Теплообменник для тягового преобразователя

Теплообменник для тягового преобразователя

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится, вообще, к теплообменнику. В частности, настоящее изобретение относится к теплообменнику, который может быть использован в тяговом преобразователе, и к тяговому преобразователю.

Уровень техники

Современный автотранспорт и железнодорожные составы приводятся в движение с помощью систем приводов, для которых необходимы преобразователи электрической энергии. Действующий в настоящее время в условиях конкуренции рынок требует использования экономичных, эффективных и надежных преобразователей. В традиционных системах компоненты электронного управления электрическим питанием, такие как отдельные или встроенные (т.е. модульного типа) полупроводниковые устройства, индукторы, резисторы, конденсаторы и медные электрические шины установлены в непосредственной близости друг от друга. В процессе работы указанные компоненты выделяют теплоту в различных количествах. Кроме того, эти компоненты способны выдерживать температуры различных уровней. Температурные условия отличаются, в зависимости от того, в каких точках планеты используются преобразователи. Используемый принцип терморегулирования и интегрирования приводной системы, помимо электрических характеристик системы, должен также учитывать влажность и другие факторы.

Проектирование современных железнодорожных составов требует использования соответствующих технических средств, которые могут быть размещены на крыше состава или ниже уровня пола (например, в расположенном под полом преобразователе). Следует отметить, что полупроводниковые компоненты и мощные резисторы являются в тяговых преобразователях источниками теплоты. Обычно их монтируют с использованием конструкции с установочной плитой и крепления болтами или прижатия к плоской поверхности, которую поддерживают при подходящей низкой, можно сказать, небольшой температуре. Типичными примерами таких поверхностей теплообмена являются алюминиевый теплоотвод, охлаждаемый воздухом, нагнетаемым вентилятором, и холодные плиты, охлаждаемые прокачиваемой через них водой. Другие компоненты, такие как индукторы, конденсаторы и элементы схемы блока управления обычно охлаждаются потоком воздуха.

Одна из возможностей обеспечения высокой степени защиты от неблагоприятных внешних условий заключается в размещении ответственных электрических схем, содержащих полупроводниковые компоненты, в защитных оболочках. Однако при достигаемой более высокой степени защиты этих компонент отвод теплоты становится более затрудненным.

Степень защиты от неблагоприятного воздействия окружающей среды, которая обеспечивается электронным прибором, обычно выражают через «степень защиты корпуса (оболочки) (IP)». Многие производимые приводы предлагаются со стандартами степени защиты IP20, IP21, при этом в качестве оптимальных степеней защиты оболочки предлагается стандарт с IP54 или более высокие стандарты. При более низких величинах IP возможно использование конструкций, предусматривающих прохождение сквозного потока внешнего воздуха внутри корпуса привода, при этом все еще обеспечивается надлежащая защита. Для удаления из потока находящихся в воздухе твердых частиц могут быть использованы воздушные фильтры. Обращенные вниз вентиляционные отверстия на стенках корпуса предотвращают попадание вертикально падающих вниз капель воды. Однако при более высоких IP корпуса становится важным отделить внешний воздух от воздуха, находящегося внутри корпуса привода. Для более высоких степеней защиты, подобных IP65 или еще больших, могут быть необходимыми водонепроницаемые корпуса. В корпусах с высокой величиной IP обычно используют воздуховоздушный теплообменник для того, чтобы рассеивать теплоту в окружающую среду и в то же время полностью отделить друг от друга объемы внутренней камеры и внешнего воздуха. В таких устройствах используют также тепловые трубы и термоэлектрические охлаждающие элементы.

В патентном документе ЕР 2031332 описан теплообменник, использующий воздушное охлаждение. Устройство, описанное в ЕР 2031332, представляет собой термосифонный теплообменник для тяговых преобразователей. Однако степень защиты, обеспечиваемая системой, известной из указанного документа, является все же ограниченной. Кроме того, существует необходимость в более компактной и более эффективной системе охлаждения источников выделения теплоты в силовых модулях железнодорожных составов.

Раскрытие изобретения

В соответствии с изложенным задача настоящего изобретения заключается в создании более эффективных или более компактных теплообменника и тягового преобразователя с возможностью обеспечения высокой степени защиты корпуса.

Указанная задача решена с помощью теплообменника, соответствующего п.1 формулы изобретения, и использования теплообменника в соответствии с другим независимым пунктом формулы. Другие примеры воплощений настоящего изобретения соответствуют зависимым пунктам формулы.

Согласно одному аспекту раскрытых в данном описании основных воплощений обеспечивается теплообменник, содержащий первый модуль теплообменника с первым каналом испарителя и первым каналом конденсатора, при этом первый канал испарителя и первый канал конденсатора расположены в первой трубе. Кроме того, первый канал испарителя и первый канал конденсатора соединены (сообщены) друг с другом по жидкости посредством первого верхнего распределительного коллектора и первого нижнего распределительного коллектора так, что указанные первый канал испарителя и первый канал конденсатора образуют первый замкнутый контур циркуляции теплоносителя. Первый модуль теплообменника содержит, кроме того, первый теплопередающий элемент испарителя для передачи теплоты в первый канал испарителя, и первый теплопередающий элемент конденсатора для отвода теплоты из первого канала конденсатора, при этом теплообменник содержит второй модуль теплообменника, соединенный с первым модулем теплообменника с помощью соединительного элемента, обеспечивающего соединение (сообщение) по жидкости, для обмена теплоносителем между первым модулем теплообменника и вторым модулем теплообменника.

Примеры описанных здесь теплообменников позволяют использовать принцип теплообмена с двухфазным теплоносителем для эффективного отвода подводимого тепла при отсутствии необходимости в использовании нагнетателя, если труба ориентирована относительно направления действия сил тяжести таким образом, что движение теплоносителя создается за счет сил тяжести. Это приводит к снижению затрат и повышению надежности. Безнасосные системы являются предпочтительными, поскольку насосы предрасположены к изнашиванию от трения, что обуславливает необходимость их технического обслуживания и ремонта. Используется принцип работы теплообменника термосифонного типа, в котором охлаждающая способность и компактность повышаются за счет добавления к первому модулю теплообменника второго модуля теплообменника. Указанные модули теплообменника соединяют для обеспечения теплообмена между модулями. Тем самым могут быть скомпенсированы различные условия нагревания и охлаждения, существующие в различных модулях теплообменника, и при этом достигается более высокая эффективность работы теплообменника.

В примерах воплощения второй модуль теплообменника содержит второй канал испарителя и второй канал конденсатора; при этом второй канал испарителя и второй канал конденсатора находятся во второй трубе. Второй канал испарителя и второй канал конденсатора соединены друг с другом по жидкости посредством второго верхнего распределительного коллектора и второго нижнего распределительного коллектора так, что второй канал испарителя и второй канал конденсатора образуют второй контур циркуляции теплоносителя.

В примерах воплощения модули теплообменника содержат отдельные корпуса или отдельно расположенные трубы. Как правило, каждый из первого и второго модулей теплообменника является подходящим для работы в автономном режиме; в частности, в том случае, когда один из модулей не соединен с другим модулем. Другими словами, теплообменники, соответствующие изобретению, содержат, по меньшей мере, два теплопередающих модуля, которые, в принципе, в рабочем режиме могут работать независимо один от другого, т.е. когда источник теплоты подводит тепловую нагрузку к теплоносителю и когда указанная тепловая нагрузка после этого отводится на участке конденсатора (в зоне конденсации) так, что теплоноситель, который испаряется на участке испарителя (в зоне испарения), конденсируется с образованием жидкой фазы на участке конденсатора и возвращается обратно на участок испарителя, где рабочий цикл возобновляется.

Примеры воплощения предложенного теплообменника содержат первый и второй модули теплообменника, которые являются подходящими для автономного функционирования. Основные воплощения в качестве первого и второго модулей теплообменника используют, по меньшей мере, по существу идентичные модули теплообменника. В базовом примере воплощения второму модулю теплообменника присущи особенности (признаки), которые раскрыты при описании первого модуля теплообменника. Как правило, оба модуля теплообменника характеризуются раскрытыми здесь признаками как типичными для одного модуля теплообменника. При этом затраты могут быть уменьшены за счет использования унифицированных изделий. Модули теплообменника, подходящие для работы в автономном режиме, могут быть также реализованы в единственном количестве для использования для случаев охлаждения, в которых необходимо меньшая степень охлаждения. Таким образом, широкая область применения может быть перекрыта с помощью лишь небольшого количества комплектующих изделий.

Описанные здесь теплообменники и тяговые преобразователи могут быть использованы для охлаждения компонентов электрической схемы, в частности, для охлаждения систем приводов переменного тока, работающих при низком напряжении, в особенности, транспортных средств, работающих с электрическим приводом, подобных железнодорожным составам или автотранспортным средствам. Модули теплообменника могут быть использованы в конфигурации, образующей контур термосифона за счет разделения восходящих и нисходящих потоков теплоносителя, проходящих по отдельным каналам трубы, содержащей ряд проходных каналов. Для того чтобы оптимизировать характеристики испарения и конденсации, в модулях теплообменника могут быть использованы различные число и размеры каналов для восходящих и нисходящих потоков.

Признаки, раскрытые применительно к первому модулю теплообменника, в равной степени применимы и ко второму модулю теплообменника. Однако количество подъемных и опускных каналов или размеры модулей теплообменника могут отличаться. В базовых воплощениях используются модули теплообменника, имеющие идентичные размеры. Тем самым механическое соединение этих модулей осуществляется легко.

В примере воплощения теплопередающий элемент испарителя содержит соединительный монтажный элемент, имеющий установочную поверхность для монтажа источника выделения теплоты, и контактную поверхность для установления теплового контакта с частью внешней стенки трубы, относящейся к каналу испарителя. Здесь термин «теплопередающий элемент испарителя» используется для первого теплопередающего элемента испарителя, второго теплопередающего элемента испарителя, для обоих или всех теплопередающих элементов испарителя.

В типичных воплощениях первый канал испарителя и первый канал конденсатора расположены параллельно в первой трубе. За счет параллельного размещения каналов достигается компактность модуля теплообменника. Описанные здесь воплощения позволяют получить канал испарителя, имеющий большую общую площадь поперечного сечения, чем один из соответствующих каналов конденсатора. Если труба выполнена с множеством проходных каналов, например, представляет собой экструдированный алюминиевый профиль, имеющий множество продольных субканалов, которые отделены один от другого посредством внешней стенки трубы (такие трубы известны также как МРЕ-профили), то в этом случае для образования испарителя может быть использовано большее число субканалов, чем число субканалов, образующих конденсатор. Однако, например, в профиле с большим числом проходных каналов количество субканалов конденсатора обычно превышает количество субканалов испарителя. Таким образом, модули теплообменника могут быть приспособлены к различным температурным условиям.

Для достижения эффективной теплопередачи для отвода от теплоносителя тепловой нагрузки, подведенной на участке испарителя, предпочтительно, чтобы первый и/или второй теплообменный элемент конденсатора содержали на внешней стенке трубы охлаждающие ребра для увеличения внешней поверхности конденсатора. Эти охлаждающие ребра имеются только на части внешней стенки трубы, относящейся к каналу конденсатора, за счет чего обеспечивается эффективная передача теплоты от теплоносителя к окружающей среде. Наличие ребер на внешней стенке трубы, относящейся к каналу испарителя, считается недостатком, поскольку может способствовать конденсации теплоносителя уже на пути вверх к верхнему распределительному коллектору, что привело бы к неоптимальной тепловой эффективности теплообменника. В этой связи участок канала испарителя, находящийся в зоне расположения конденсатора теплообменника, используется просто как вертикальный паропровод для транспортирования пара из этого участка испарителя в верхний распределительный коллектор - в идеальном случае при отсутствии конденсации в нем пара. В нижеследующем описании и в формуле изобретения термины «первый канал испарителя», «первый канал конденсатора», «второй канал испарителя» и «второй канал конденсатора» могут включать в себя более чем один канал, соответственно, в тех случаях, когда этого требует эффективность охлаждения. В базовых воплощениях признаки, характеризующие выполнение первого модуля теплообменника, аналогичным образом присущи второму модулю теплообменника. Пример воплощения теплообменника содержит первую трубу, которая содержит ряд первых каналов испарителя и ряд первых каналов конденсатора. Другой пример воплощения теплообменника содержит другую трубу, например, вторую трубу, которая также содержит ряд вторых каналов испарителя и ряд вторых каналов конденсатора.

В примерах воплощения соответствующие трубы и каналы второго модуля теплообменника расположены подобно трубам и каналам первого модуля теплообменника. В одном примере воплощения каждый из модулей теплообменника содержит большое число труб. Трубы модулей теплообменника в примерах воплощения расположены параллельными рядами. При размещении модулей теплообменника задними сторонами вплотную друг к другу трубы соответствующих модулей теплообменника расположены симметрично соответствующими каналами испарителя и конденсатора. В одном примере воплощения второй канал конденсатора расположен напротив первого канала испарителя по отношению к первому каналу конденсатора, если смотреть в виртуальной плоскости, на которую проецируются первый канал конденсатора, второй канал конденсатора и первый канал испарителя.

Воплощения включают конструкции с первым каналом конденсатора и вторым каналом конденсатора, которые расположены между первым каналом испарителя и вторым каналом испарителя. При таком взаимном расположении обеспечиваются компактные теплообменники.

За счет размещения первого модуля теплообменника и второго модуля теплообменника параллельно друг другу, по меньшей мере, по существу в вертикальном положении, может быть достигнута хорошая эффективность отвода теплоты. В данном контексте термин «по существу» означает традиционные положения модулей с максимальным наклоном 10° или 5° относительно вертикали. Параллельное размещение модулей способствует получению компактной конструкции. В базовом воплощении модули теплообменника размещены так, что соответствующие трубы модулей теплообменника установлены параллельно. В примерах воплощения модули теплообменника размещены задними сторонами вплотную друг к другу. За счет такого расположения может быть установлен тепловой контакт между модулями теплообменника. Предпочтительно «задняя сторона» модуля теплообменника означает сторону, противоположную той стороне, на которой расположен теплопередающий элемент испарителя модуля теплообменника. В примере воплощения теплопередающий элемент испарителя установлен между трубой и источником теплоты для передачи теплоты от источника теплоты к трубе. Источниками теплоты энергетического модуля могут быть компоненты электрической схемы, например, полупроводниковые элементы подобные БТИЗам (биполярным транзисторам с изолированным затвором), тиристорам, мощным резисторам или другим электрическим компонентам, выделяющим в процессе работы теплоту.

Примеры воплощений содержат монтажный элемент в виде установочной плиты, имеющей плоскую монтажную поверхность для установки источника теплоты. В отличие от плоской монтажной поверхности, на установочной плите может быть создана контактная поверхность, содержащая, по меньшей мере, одну канавку, которая по форме и размеру согласуется с той частью внешней стенки трубы, к которой механически и с обеспечением теплового контакта присоединяют контактную поверхность канавки. Таким образом, конструкция модуля обеспечивает эффективный отвод теплоты, выделяемой компонентами, установленными на плоской плите, например, окружающему воздуху, и в то же время обеспечивается разделение объемов воздуха, находящегося внутри и снаружи оболочки, в которой размещена вся система. Плоские внешние боковые стенки плоской трубы предпочтительно могут быть ориентированы перпендикулярно плоской монтажной поверхности установочной плиты. В воплощениях теплообменника монтажный элемент содержит, по меньшей мере, крепежное отверстие или, по меньшей мере, одно крепежное отверстие или, по меньшей мере, один монтажный паз на монтажной поверхности. В воплощениях труба представляет собой плоский профиль, содержащий внутри отдельные субканалы, каждый из которых отделен по жидкости от соседнего субканала внутренней стенкой трубы, при этом труба имеет плоские внешние боковые стенки. Такая труба обеспечивает высокий коэффициент теплоотдачи к воздуху при небольшом перепаде давления воздушного потока и в компактной конструкции.

В примере воплощения первый верхний распределительный коллектор соединен с верхним концом первой трубы, а второй верхний распределительный коллектор соединен с верхним концом второй трубы, при этом первый верхний распределительный коллектор и второй верхний распределительный коллектор соединены друг с другом посредством верхнего соединения по жидкости. Описанные здесь воплощения содержат первый нижний распределительный коллектор, соединенный с нижним концом первой трубы, а второй нижний распределительный коллектор соединен с нижним концом второй трубы, причем первый нижний распределительный коллектор и второй нижний распределительный коллектор соединены посредством нижнего соединения по жидкости. Термин «соединение по жидкости» следует понимать как охватывающий более, чем одно соединение по жидкости. Следовательно, верхний элемент для соединения по жидкости, и нижний элемент для соединения по жидкости охватываются термином «элемент для соединения по жидкости».

В воплощениях распределительные коллекторы соединяют каналы испарителя и каналы конденсатора с образованием замкнутого контура циркуляции теплоносителя. Термины «верхний» и «нижний» относятся к направлению относительно каналов в трубах, а именно, вверх - направление движения испаряющегося теплоносителя, а вниз - направление течения конденсирующегося теплоносителя.

За счет соединения распределительных коллекторов, по меньшей мере, двух термосифонных теплообменников, которые могут работать независимо друг от друга, между модулями теплообменника, даже если они не соединены, происходит передача теплоты. Настоящее изобретение основано на конструкции термосифонного теплообменника, участки конденсации которого были расположены один над другим таким образом, что внешний теплоноситель (охлаждающий агент), например, воздух, может проходить через участок конденсатора первого модуля теплообменника и после этого через конденсатор второго модуля теплообменника. Благодаря последовательному прохождению первого модуля теплообменника и второго модуля теплообменника воздух перед прохождением через второй модуль теплообменника уже воспринял первую тепловую нагрузку от первого модуля теплообменника. Другими словами, в воплощении, в котором внешним теплоносителем является воздух, температура воздуха после прохождения второго модуля теплообменника была выше, чем после прохождения первого модуля теплообменника, поскольку он уже был подогрет при прохождении через первый модуль теплообменника. Температурные условия ряда расположенных друг над другом модулей теплообменника являются такими, что модуль теплообменника расположенный ниже по ходу движения теплоносителя имеет более высокую температуру конденсации теплоносителя (циркулирующего внутри теплообменника) или рабочего вещества по сравнению с модулем теплообменника, расположенным выше по ходу движения внешнего теплоносителя. В результате этого температура модуля теплообменника, находящегося ниже по потоку внешнего охладителя, выше, чем температура модуля, находящегося ниже по потоку.

За счет сообщения модулей теплообменника по текучей среде давление конденсации теплоносителя в обоих модулях, при их функционировании, является одинаковым. При этом температуры теплоносителя, проходящего через зоны конденсации двух модулей теплообменника, распределяется в равной степени между обоими модулями теплообменника. В результате, предлагаемый новый теплообменник обеспечивает эффективное охлаждение даже в том случае, если различные электрические и/или электронные компоненты имеют тепловую связь с различными модулями теплообменника.

В оптимальном варианте воплощения модули теплообменника расположены таким образом, что ряд из большого количества труб модуля теплообменника расположен перпендикулярно направлению воздушного потока. В этом случае каждая из труб ряда труб находится, по меньшей мере, по существу в одинаковых условиях работы. При размещении модулей теплообменника задними сторонами вплотную друг к другу ряд вторых труб второго модуля теплообменника расположен по ходу движения воздушного потока позади ряда первых труб первого модуля теплообменника. Хотя вторые трубы второго модуля теплообменника обтекаются уже подогретым внешним теплоносителем (например, воздухом), все вторые трубы второго модуля теплообменника находятся в одинаковых температурных условиях. За счет установления между модулями теплообменника соединения (сообщения) по жидкости с помощью элемента для соединения по жидкости различия температур модулей теплообменника могут быть скомпенсированы.

Положительный побочный эффект заключается в том, что указанное соединение по жидкости обеспечивает выравнивание тепловых нагрузок различных величин в первом и втором модулях теплообменника в рабочем режиме термосифонного теплообменника и силового модуля, соответствующих настоящему изобретению. Если необходимо, чтобы к испарителю одного из модулей теплообменник поступало большее количество теплоносителя в жидкой фазе, это может быть обеспечено за счет другого модуля теплообменника, и наоборот. Ели источник теплоты для первого модуля теплообменника генерирует более количество пара по сравнению с источником теплоты, находящимся в тепловой связи со вторым модулем теплообменника, теплоноситель может перетекать из первого модуля теплообменника во второй модуль теплообменника (в верхнем распределительном коллекторе), а охлажденный теплоноситель может быть направлен из второго модуля теплообменника в первый модуль теплообменника (в нижнем распределительном коллекторе). Таким образом, при соединении распределительных коллекторов по жидкости теплообменник работает более эффективно.

В примерах воплощения элемент для соединения по жидкости реализуется, по меньшей мере, в виде одного отверстия, выполненного в соответствующих распределительных коллекторах. Воплощения содержат соединительный элемент, предназначенный для соединения распределительных коллекторов. Элемент для соединения коллекторов может иметь 1-образную форму с отверстиями в них для обмена теплоносителем между распределительными коллекторами. При этом достигается механически устойчивая конструкция.

В примерах воплощения элемент для соединения по жидкости представляет собой верхний соединительный трубопровод для соединения верхних распределительных коллекторов или нижний соединительный трубопровод для соединения нижних распределительных коллекторов. При использовании соединительных трубопроводов такой элемент для сообщения по жидкости двух модулей теплообменника может быть легко установлен.

В соответствии с одним примером воплощения теплообменника монтажные элементы изготовлены из алюминия или меди. Кроме того, предпочтительно, чтобы трубы были выполнены из алюминия. В частности, предпочтительно использовать медненный алюминий, например, широко используемый в автомобильной промышленности, для снижения стоимости изготовления, получения небольших размеров и высоких тепловых и гидравлических характеристик. Воплощения являются подходящими для автоматизированного производства, осуществляемого с помощью машин для сборки основной части теплообменника, обычно используемых в индустрии средств охлаждения автомобильного транспорта. Так, повторное использование имеющегося серийного производственного оборудования уменьшает стоимость изготовления.

В примерах воплощений теплообменник содержит разделительный элемент, предназначенный для отделения первой окружающей среды от второй окружающей среды, при этом температура первой окружающей среды выше температуры второй окружающей среды. Обычно первая окружающая среда - это так называемый чистый отсек, в котором находится источник выделяемой теплоты, например, электронные компоненты или электрические приборы, а вторая окружающая среда - это так называемый загрязненный отсек. В загрязненном отсеке расположены теплопередающие элементы второго конденсатора для отвода теплоты от теплоносителя, циркулирующего в трубе, окружающей среде, находящейся в загрязненном отсеке. Окружающей средой может быть воздух или вода.

В одном примере воплощения разделительный элемент представляет собой герметизирующую пластину, которая присоединена к первому модулю теплообменника и второму модулю теплообменника с использованием уплотнения. Указанная герметизирующая пластина с уплотнением обычно обеспечивает степень защиты IP64 или большую степень (подобную IP65 или IP67), т.е. загрязненный отсек в воплощении может быть даже затоплен водой при отсутствии влияния этого затопления на компоненты, находящиеся в чистом отсеке. Тем самым обеспечивается система, содержащая преобразователь, обладающая высокой степенью надежности. В воплощениях внешнее уплотнение обеспечивается по внешнему периметру герметизирующей пластины. За счет этого чистый отсек может быть герметизирован полностью по отношению к загрязненному отсеку. В примерах воплощениях наверху теплообменников установлена дополнительная герметизирующая пластина. Дополнительная герметизирующая пластина может быть установлена непосредственно ниже распределительных коллекторов, вокруг распределительных коллекторов и непосредственно выше распределительных коллекторов. Герметизирующие пластины имеют, например, U-образную форму для того чтобы создать подходящую поверхность для уплотнения. Герметизирующие пластины в примерах воплощения прикреплены к теплообменникам с обеспечением компактной части конструкции, которая может быть легко заменена.

Примеры воплощения изобретения относятся к теплообменнику, имеющему высоту менее 700 мм, менее 600 мм или менее 500 мм. Такие размеры позволяют монтировать теплообменник, соответствующий изобретению, на крыше локомотива или трамвая или автономного вагона или даже ниже пола указанных транспортных средств, например, в расположенном под полом силовом преобразователе. Высоту обычно измеряют в направлении труб или сформованных в них каналов. Один пример воплощения теплообменника, соответствующего настоящему изобретению, включает участок воздушного канала. Указанный участок воздушного канала может образовать сквозной проход и направить внешний теплоноситель через участок конденсатора первого и второго модулей теплообменника, при этом другие участки воздушного канала, прилегающие к указанному участку воздушного канала для силового модуля или термосифонного теплообменника, используются в объекте более высокого порядка и принадлежат ему, например, всей конструкции тягового преобразователя. В зависимости от требований и технических условий для силового модуля указанная часть канала может иметь форму щелевого канала, который ограничивает поток воздуха во все стороны в боковом направлении при функционировании силового модуля в рабочем режиме.

В качестве альтернативы часть воздушного канала для силового модуля может содержать только один или несколько разделительных элементов, например, верхнюю стенку канала и нижнюю стенку канала, в то время как остальные структурные элементы использует общая конструкция. В таком воплощении канал в форме щелевого канала вблизи участка конденсатора первого и второго модулей теплообменника может быть использован только в том случае, если силовой модуль установлен на выделенном для него месте в пределах общей конструкции. В таком примере воплощения первый разделительный элемент размещен выше первого и второго теплопередающих элементов испарителя, а второй разделительный элемент размещен ниже первого и второго теплопередающих элементов конденсатора.

Опыты подтвердили, что могут быть созданы удовлетворительные воплощения теплообменника, если участок испарителя с теплопередающими элементами выполнен так, чтобы он был примерно в два раза длиннее участка конденсатора первой и/или второй трубы, если смотреть в продольном направлении указанной трубы, определяемом ее формой. При этом высота указанного участка воздушного канала, насколько это возможно, будет соответствовать размеру участка конденсатора. Поскольку размер испарителя обычно определяется охлаждаемыми компонентами, становится возможным получение, таким образом, компактного теплообменника и компактного тягового преобразователя.

В одном примере воплощения компоненты теплообменника получены путем их соединения вместе в одностадийном процессе пайки в печи. Кроме того, перед осуществлением процесса пайки компоненты теплообменника могут быть покрыты твердым припоем, например, припоем AlSi. В примерах воплощений перед пайкой на компоненты теплообменника наносят материал флюса, и процесс пайки проводят в неокислительной атмосфере.

В воплощениях, соответствующих изобретению, все компоненты, кроме монтажных элементов, могут быть соединены друг с другом в одностадийном процессе пайки в печи, а монтажный элемент прижимают внешними стенками с использованием между этим элементом и стенками теплопроводного заполнителя зазора.

Другой аспект изобретения в одном из описанных воплощениях относится к тяговому преобразователю с теплообменником. Такой тяговый преобразователь может быть выполнен компактным, надежным и эффективным в работе. Обычно тяговый преобразователь предусматривает использование загрязненного отсека и чистого отсека. Загрязненный отсек и чистый отсек, как правило, разделяют с помощью уплотнительной пластины или разделительного элемента. В загрязненном отсеке преимущественно размещен вентилятор для продувки воздуха через модули теплообменника. Во входном отверстии для воздуха обычно установлен фильтр частиц, препятствующий поступлению в загрязненный отсек более крупных твердых частиц. Теплообменник размещен между указанным фильтром частиц и вентилятором, при этом два модуля теплообменника могут быть размещены один за другим в воздушном потоке, создаваемым вентилятором в процессе его работы.

Воплощения тягового преобразователя содержат нишу с отверстием с одной стороны, при этом теплообменник устанавливают в нише через это отверстие. Модули теплообменника обычно устанавливают задними сторонами вплотную друг к другу и параллельно направлению движения транспортного средства, в котором используется рассматриваемый тяговый преобразователь. Теплообменник может быть установлен с одной стороны транспортного средства. Тем самым становится возможной быстрая и легкая замена тягового преобразователя. В других воплощениях теплообменник ориентирован в другом направлении, например, перпендикулярно направлению движения транспортного средства.

Еще одним аспектом изобретения является использование теплообменника, соответствующего одному из описанных воплощений, в тяговом преобразователе.

Краткое описание чертежей

Примеры воплощений представлены на чертежах и подробно раскрыты в нижеследующем описании.

На фиг.1 показано первое воплощение теплообменника, схематический вид в разрезе;

на фиг.2 - схематическое изображение элемента конструкции теплообменника для воплощения, представленного на фиг.1;

на фиг.3 - другое воплощение теплообменника, схематический вид в разрезе;

на фиг.4 - воплощение тягового преобразователя, схематический вид в разрезе;

на фиг.5 - пример модуля теплообменника для воплощений, представленных на фиг.1 или 3;

на фиг.6 - изображение деталей модуля теплообменника, показанного на фиг.5, схематический вид в частичном разрезе;

на фиг.7 - еще одно воплощение теплообменника, схематический вид в разрезе.

Осуществление изобретения

На фигурах одинаковые или подобные элементы конструкции обозначены одинаковыми ссылочными номерами позиций.

На фиг.1 представлен схематический вид в разрезе первого воплощения теплообменника 1. Теплообменник содержит два идентичных модуля теплообменника, а именно, первый модуль 10 теплообменника и второй модуль 210 теплообменника, размещенные так, что их задние стороны обращены друг к другу. Первый модуль теплообменника содержит ряд первых труб 11, второй модуль теплообменника содержит ряд вторых труб 211. Направление расположения каждого ряда труб перпендикулярно плоскости, в которой изображена фиг.1. Трубы 11, 211 модулей 10, 210 теплообменника примера воплощения, представленного на фиг.1, механически соединены друг с другом, например, сварены вместе или соединены крепежными болтами с использованием фланцев. В трубах 11, 211 рабочая жидкость (теплоноситель) может испаряться и конденсироваться. Испарение происходит за счет теплоты, подводимой к трубам 11, 21 от источников 20 теплоты.

Для передачи теплоты от источников 20 теплоты к трубам 11, 211 в нижней части труб 11, 211 установлены первый и второй теплопередающие элементы 28, 228. Нижние части труб 11, 211 могут быть также именованы как части испарителя. На верхней части труб 11, 211, выполняющей функцию зоны конденсации, размещены первый и второй теплопередающий элементы 29, 229 конденсатора, служащие для отвода теплоты от части конденсатора труб 11, 211 в окружающую среду, например, внешнему теплоносителю 44 подобному потоку охлаждающего воздуха. Первый и второй теплопередающие элементы 29, 229 конденсатора образованы охлаждающими ребрами 29, 229, которые расположены между соседними трубами 11, 211 модулей 10, 210 теплообменника, если смотреть в направлении Z. Теплопередающие элементы 29, 229 могут быть образованы из металлических полосок, имеющих зигзагообразную форму, которые имеют тепловой контакт с трубами 11, 211. При