车辆冷却系统及对应操作方法与流程

本发明涉及一种车辆冷却系统，尤其用于轨道车辆，优选呈地板下冷却系统的形式。

背景技术：

车辆冷却系统使用在电驱动轨道车辆、所谓的轨道车中，用于冷却主要部件，诸如电源电子设备以及电动机。为了该目的，车辆冷却系统能够具有冷却回路，液体冷却剂循环在冷却回路中，主要部件以热-传递方式并入冷却回路中。此外，冷却器件并入该回路中，冷却空气能够流经该回路以将被冷却剂占据的热量输送至冷却空气。此外，有用的是使用冷却器件的废气用于冷却车辆的辅助部件，诸如扼流线圈、辅助变压器、辅助电动机以及开关盒。

从DE19632053C2公知了一种车辆冷却系统，其具有冷却回路的冷却器件，用于冷却车辆的主要部件，其中，冷却空气能够流经冷却器件。公知冷却系统额外地具有供给室，其用于将冷却空气供给至冷却器件的入口侧。此外，提供了风扇室，其连接至冷却器件的出口侧，风扇布置于风扇室中并且具有用于冷却空气的主出口以及用于冷却空气的辅出口。而主出口通向车辆的周围，辅出口连接至废气通道，车辆的辅助部件布置于废气通道，废气通道具有用于冷却空气的废气出口，废气出口也通向车辆的周围。

为了在风扇故障的情形下也能够确保用于相应主要部件、尤其用于相应辅助部件的足够冷却，基本上可行的是将车辆冷却系统设计成风扇是有余度的，使得至少提供两个风扇。在该情况下，方便将两个风扇单独布置在风扇室中，每个风扇室连接至冷却器件的出口侧，但是具有单独主出口。然后两个风扇室经由单独辅出口连接至废气通道。借助于控制设备，控制设备然后能够根本地打开用于正常操作的两个辅出口，使得两个风扇一方面将冷却空气运送至相应的主出口，另一方面通过废气通道将冷却空气运送至相应辅助部件和废气出口。如果一个风扇现在出现故障，借助于控制设备处于紧急操作，被分派至关闭的风扇的辅出口现在能够被关闭，使得剩余打开的风扇一方面通过附属主出口运送冷却空气，另一方面通过附属辅出口和废气通道将冷却空气运送至相应辅助部件和废气出口。这种构造的一个问题是，一方面分开通过相应风扇运送至附属主出口的冷却空气，另一方面运送至附属打开的辅出口的冷却空气仅通过不同的流动阻力控制。现在为了能够从相应风扇通过显著较长流动路径运送足够冷却空气通过附属辅出口、废气通道(流动发生在相应辅助部件周围和/或流过相应辅助部件)以及废气出口，流动能够发生的附属主出口的截面必须具有对应较小尺寸以在此处产生对应背压。但是，结果，流经冷却器件的空气量最终降低，这降低了冷却器件或者附属冷却回路的冷却能力。

技术实现要素：

本发明关注的问题是提供一种用于这种包括多个风扇室的车辆冷却系统的改进的实施例，以及附属操作方法，其特征尤其在于改进的冷却能力。

根据本发明该问题通过独立权利要求的主题解决。有利实施例是从属权利要求的主题。

本发明基于的总体构思是，在包括至少两个风扇的车辆冷却系统中，在冷却器件的下游，在两个风扇都打开的正常操作状态中，利用一个或者第一风扇仅运送冷却空气通过废气通道，而利用其他或者第二风扇，冷却空气的空气不被运送通过废气通道，而是基本仅通过附属主出口。分派至第一风扇的主出口下文指代为第一主出口，而分派至第二风扇的主出口下文指代为第二主出口。由于在正常操作状态中，因此未要求第二风扇将冷却空气运送通过废气通道，第二主出口比分派至第一风扇的第一主出口能够关于冷却空气能够流经的截面具有显著较大尺寸。因此，能够依靠相对简单、执行起来便宜的测量来增加至少用于正常操作状态的车辆冷却系统的冷却能力，正常操作状态代表车辆冷却系统的所有操作状态中压倒多数的状态。作为较大第二主出口的结果，能够以降低的背压移除第二风扇运送的整个气流，使得最终更多冷却空气能够被冷却器件提取。因此，冷却器件的冷却能力和关联的冷却回路能够改进，而为了该目的无需增加第二风扇的电功率。

如果第一风扇现在出现故障，那么此处提出的车辆冷却系统能够在第一紧急操作状态被操作，在第一紧急操作状态中第二风扇现在用以将冷却空气运送通过废气通道。由于第二主出口大于第一主出口，因此如果第一风扇和第二风扇具有相同功率，那么被运送通过废气通道的气流在第一紧急操作状态中相应地低于在正常操作状态期间。但是，用于相应辅助部件的降低的冷却能力可被接受用于第一紧急操作状态，这是由于一方面仅包含辅助部件，另一方面，第一紧急操作状态仅罕见发生，此外，仅比较简单地发生。

另一方面，如果第二风扇出现故障，那么在第二紧急操作状态中冷却空气仅借助于第一风扇被抽吸通过冷却器件，但是仍像在正常操作状态中一样被分隔在第一主出口和废气通道之间。因而，可获得用于相应辅助部件的基本相同冷却能力。

根据本发明的解决方案是尤其重要的，这是由于能够仅通过气流的改变控制以及加大的第二主出口而改进车辆冷却系统的性能。尤其，为了增加该能力无需改变冷却器件和/或风扇。

根据有利实施例，控制设备能够包括用于控制辅出口的至少一个可调节的致动器，其能够以压力可控方式调节，此外，被动地取决于废气通道和风扇室之间的压差。换句话说，不需要单独的致动驱动器来调节致动器。相反，能够通过作用在其上的压差对致动器进行调节。例如，对于正常操作状态，作为加大的第二主出口的结果，第二风扇室中的压力迄今为止能够减低，使得致动器自动采用这样的位置，在该位置其打开第一辅出口并且关闭第二辅出口。当第二风扇在第二紧急操作状态中出现故障时，致动器自动采用该相同位置，使得在第二风扇室中基本环境压力或者甚至低于环境压力的负压力主导。另一方面，如果第一风扇在第一紧急操作状态中出现故障，那么第一风扇室中的压力下降至环境压力或者更低，结果是，压力比迫使致动器采用不同的位置，在该位置其关闭第一辅出口并且打开第二辅出口。对于被动可调节的致动器关键的是，考虑到废气通道的流动阻力，冷却空气能够流经的第二主出口的截面相关于冷却空气能够流经的第一主出口的截面的尺寸设定。因此，对于被动操作致动器，包括流过相应辅助部件或者在其周围流动的第一主出口、第二主出口以及废气通道的流动阻力以及废气出口的流动阻力彼此匹配，使得在正常操作状态中第二风扇室中主导的压力低于第二风扇室以及在废气通道的入口区域中的压力。

根据另一实施例，冷却空气能够流经的第二主出口的截面能够至少两倍大于冷却空气能够流经的第一主出口的截面。利用该尺寸设定，尤其能够实现先前解释的被动控制设备。

在另一实施例中，冷却空气能够流经的第一主出口的截面、冷却空气能够流经的第一辅出口的截面以及第一风扇能够彼此匹配，使得在正常操作状态中以及在第二紧急操作状态中由第一风扇驱动的冷却空气还流经第一主出口。

额外地或者可替换地，能够提供的是，冷却空气能够流经的第二主出口的截面、冷却空气能够流经的第二辅出口的截面以及第二风扇彼此匹配，使得在第一紧急操作状态中，被第二风扇驱动的冷却空气还流经第二主出口。

特别有利的是这样的实施例，壳体设置在该实施例中，壳体包含冷却器件、风扇室和至少一个废气通道的入口段。通过该方式能够实现特别紧凑的设计，该设计一方面能够预组装车辆冷却系统，另一方面简化了其集成至车辆。

根据有利的进一步发展，相应风扇能够具有布置在相应风扇室中的风扇叶轮以及布置在电动机舱中用于驱动风扇叶轮的风扇电动机。作为该设计的结果，风扇电动机能够较好地被保护而免于会产生于冷却气流中的杂质。此处方便地，相应的电动机舱相对于相应风扇室以及相对于废气通道被密封，使得相应的电动机舱不使冷却空气流经其。方便地，相应的电动机舱还布置在前述壳体中。可替换地，还能够提供的是，还将相应风扇电动机布置在相应风扇室中。能够进一步提供的是，利用废气流动冷却相应风扇电动机而不管其是否还布置在相应风扇室或者单独电动机舱中。

如果提供了两个风扇室以及两个电动机舱，那么废气通道能够行进通过两个电动机舱之间，导致特别紧凑的尤其扁平的设计。优选地，车辆冷却系统是用于轨道车辆的地板下冷却系统。在车辆冷却系统的安装状态中，主出口和相应的废气出口然后朝下方敞口。如果轨道车辆站立或者正确地行驶在轨道上，主出口和相应的废气出口因而朝向轨道底座敞口。

根据本发明用于具有两个或多个风扇的车辆冷却系统的操作方法，其特征在于先前指示的至少三个不同操作状态，即正常操作状态、第一紧急操作状态和第二紧急操作状态。在正常操作状态中两个风扇被打开。在第一紧急操作状态中第一风扇已经出现故障或者被关闭而第二风扇被打开。另一方面，在第二紧急操作状态中第一风扇被打开而第二风扇已经出现故障或者被关闭。在正常操作状态期间在根据本发明的操作方法中，仅借助于第一风扇将冷却空气引导至要冷却的车辆的至少一个辅助部件，而借助于第二风扇仅将冷却空气绕开相应辅助部件引导至周围或者通过附属第二主出口，另一方面，在第一紧急操作状态中，第二风扇用来将冷却空气引导至相应辅助部件。在第二紧急操作状态中，第一风扇用来将冷却空气引导至相应辅助部件。

优选地，操作方法还利用压力控制被动控制设备操作以控制冷却系统内部的气流。

附图说明

参考附图，本发明的进一步重要的特征及优势获得于从属权利要求、附图以及附属的附图说明。

应理解的是，先前提到的以及下文将进一步解释的特征不仅能够分别使用在给定组合中，而且能够使用在其他组合中或者单独使用，这并不超出本发明的范围。

本发明的优选示范实施例提出于附图并且在以下说明书中详细解释，其中，相同附图标记涉及相同或者类似或者功能地相同部件。

在图中，在每个情况下示意地，

图1以侧视图a和顶视图b示出了在每个情况下在正常操作状态期间车辆冷却系统的高度简化的回路框图示意图，

图2示出了与图1一样的视图a和b，但是处于第一紧急操作状态期间，

图3示出了与图1一样的视图a和b，但是处于第二紧急操作状态期间。

具体实施方式

根据图1-图3，车辆冷却系统1优选包括轨道车辆的地板下冷却系统，其包括至少一个冷却器件2，冷却器件2并入冷却回路3，优选地液体冷却剂在冷却回路3中循环，并且冷却回路3用作冷却车辆的至少一个此处仅象征性示出的主要部件32。例如，主要部件32是功率电子单元或者车辆的电驱动电动机。冷却回路3包含用于驱动冷却剂的泵33。冷却器件2能够使冷却空气4根据箭头流经其。通过相应地位于冷却设备2上游的进料室6能够将冷却空气4供给至冷却器件2的入口侧5。

车辆冷却系统1额外地包括多个风扇室，即第一风扇室7和第二风扇室8。在示出的例子中精确地提供了两个风扇室7、8。清楚的是，在另一实施例中还能够提供三个或多个风扇室7、8。相应风扇室7、8在每个情况下流体地连接至冷却器件2的出口侧9，使得冷却空气4能够从冷却器件2进入风扇室7、8。在每个情况下，一个风扇10、11位于相应风扇室7、8中。在该情况下，第一风扇10布置在第一风扇室7中，而第二风扇11布置在第二风扇室8中。两个风扇室7、8每个具有用于冷却空气4的主出口12、13，在每个情况下具有用于冷却空气4的一个辅出口14、15。在该情况下，第一主出口12和第一辅出口14分派至第一风扇室7，而第二主出口13和第二辅出口15分派至第二风扇室8。

车辆冷却系统1进一步包括废气通道16，车辆的至少一个辅助部件17布置于废气通道16中。例如，相应辅助部件17能够是电扼流线圈或者辅助变压器或者电辅助电动机或者电气开关柜。以这种方式将相应辅助部件17布置在废气通道16中，使得相应辅助部件17能够使冷却空气4在其周围流动和/或流经其，使得相应辅助部件17能够借助于冷却空气4被冷却。废气通道16的入口段18流体地连接至第一辅出口14以及第二辅出口15，使得冷却空气4能够从风扇室7、8流入废气通道16。废气通道16在至少一个废气出口20处具有出口段19，冷却空气4能够通过至少一个废气出口20流出。在例子中，相应辅助部件17布置在废气通道16中，位于入口段18和出口段19之间。

主出口12、13和废气出口20优选每个通向车辆冷却系统1或者装配其的车辆的周围21，使得冷却空气4能够通过相应出口12、13、20离开而进入周围21。在车辆冷却系统1的安装状态中，主出口12、13和废气出口20每个朝下方向周围21敞口。

车辆冷却系统1额外地装配有控制设备22，控制设备22用来控制辅出口14、15的能够发生流动的截面。在例子中，控制设备22是皮瓣状致动器23，其能够绕图1b和图3b示出的第一切换位置S1和图2b示出的第二切换位置S2之间的枢转轴线24枢转。在第一切换位置S1，致动器23打开第一辅出口14同时其阻塞第二辅出口15。在第二切换位置S2，致动器23打开第二辅出口15同时阻塞第一辅出口14。对应于此，因而能够借助于控制设备22设定两个切换状态，两个切换状态对应于致动器23的切换位置S1和S2，并且相应地还能够指代为S1或者S2。在控制设备22的第一切换状态S1中，第一辅出口14相应地打开而第二辅出口15关闭。另一方面，在第二切换状态S2中第一辅出口14关闭而第二辅出口15打开。

正如能够从图1b、图2b和图3b推论的，第二主出口13比第一主出口12具有较大尺寸。相应地，第二主出口13比第一主出口12具有冷却空气4能够流经的较大截面。在图中表示出流动能够发生的第二主出口13的截面至少两倍大于流动能够发生的第一主出口12的截面。

控制设备22现在构造为使得其能够执行用于车辆冷却系统1的至少三个不同操作状态，即图1a和图1b示出的正常操作状态RZ、图2a和图2b示出的第一紧急操作状态NZ1，以及图3a和图3b示出的第二紧急操作状态NZ2。

在根据图1b的正常操作状态RZ中，第一风扇10和第二风扇11打开，使得它们每个均运送新鲜空气4。在正常操作状态RZ中，控制设备22打开第一辅出口14并且关闭第二辅出口15。相应地，控制设备22采用其第一切换状态S1。结果，被第一风扇10驱动的冷却空气4能够从第一风扇室7流动而通过第一辅出口14、废气通道16以及废气出口20。这样做，流动发生在相应辅助部件17周围或者流过相应辅助部件17，由此其相应地被冷却。另一方面，被第二风扇11驱动的冷却空气4从第二风扇室8绕开废气通道16流过第二主出口13。由于较大第二主出口13仅具有较小流动阻力，能够借助于第二风扇11运送较大冷却气流，这使得能够有效冷却冷却器件2，因此能够有效的冷却在冷却回路3中循环的冷却剂。

在根据图2b的第一紧急操作状态NZ1中，关闭第一风扇10而打开第二风扇11。在第一紧急操作状态NZ1中，控制设备22关闭第一辅出口14并且打开第二辅出口15。相应地，控制设备22采用其第二切换状态S2，或者致动器23被调节至第二切换位置S2。通过此结果，被第二风扇11驱动的冷却空气4从第二风扇室8流过第二辅出口15、废气通道16和相应的废气出口20。这样做，流动发生在布置于废气通道16中的相应辅助部件17周围或通过相应辅助部件17。由于第二主出口13较大以及相应地具有较低流动阻力，因此在该第一紧急操作状态NZ1中相比于正常操作状态RZ，流过废气通道16的冷却空气4显著降低。但是，用于短期紧急操作这是可接受的。

在根据图3b的第二紧急操作状态中，打开第一风扇10而关闭第二风扇11。在第二紧急操作状态NZ2中，控制设备22再次采用其第一切换状态S1。相应地，致动器23再次被调节至其第一切换位置S1。结果，再次打开辅出口14而再次关闭第二辅出口15。第一风扇10现在再次驱动冷却空气4，使得该流动从第一风扇室7通过第一辅出口14、废气通道16和废气出口20。在该情况下，像其在正常操作状态RZ中一样，发生相应辅助部件17的冷却。

方便地，操作控制设备22无需外部能量，即压力控制。为此，致动器23是被动可调节的，即取决于作用在其上的压差。在根据图1b的正常操作状态RZ以及在根据图3b的第二紧急操作状态NZ2中，第一风扇室7中以及废气通道16的入口段18中的压力高于第二风扇室8中的压力，其结果是，致动器22自动采用第一切换位置S1，用于关闭第二辅出口15以及用于打开第一辅出口14。另一方面，在根据图2b的第一紧急操作状态NZ1中，第二风扇室8和废气通道16的入口段18中的压力高于第一风扇室7中的压力，其结果是，致动器23自动调节至其第二切换位置S2，在第二切换位置S2关闭第一辅出口14并且释放第二辅出口15。

第一主出口12和第二主出口13未受控制，即永远打开。但是它们的流动能够发生的截面匹配相应风扇10、11的容量以及废气通道16的流动阻力，使得在每个情况下当打开附属风扇10、11时发生冷却空气流过相应的主出口12、13。

正如能够从图1至图3推论的，车辆冷却系统1还具有壳体25，其包含冷却器件2、风扇室7、8和至少一个废气通道16的入口段18。在该情况下，风扇室7、8布置成水平地彼此邻近，使得在正常操作状态RZ中通过风扇室7、8的平行流动发生。风扇10、11均包括风扇叶轮，即第一风扇叶轮26和第二风扇叶轮27；以及风扇电动机，即第一风扇电动机28和第二风扇电动机29。第一风扇电动机28在该情况下布置在第一电动机舱30中并且用来驱动第一风扇叶轮26。第二风扇电动机29用来驱动第二风扇叶轮27并且布置在第二电动机舱31中。电动机舱30、31流体地与风扇室7、8以及与废气通道16分离，使得没有冷却空气4流经它们。此外，电动机舱30、31优选还收纳在壳体25中。

用于操作车辆冷却系统1的方法能够概述如下：

在根据图1a和图1b的正常操作状态RZ中，打开第一风扇10和第二风扇11，使得仅被第一风扇10驱动的冷却空气4从冷却器件2被引导至相应辅助部件17，然后通过废气出口4。被第二风扇11驱动的冷却空气4在该情况下不被引导至相应辅助部件17而是仅通过第二主出口13。

根据图2a和图2b，在第一紧急操作状态NZ1中关闭第一风扇10并且打开第二风扇11，其中，被第二风扇11驱动的冷却空气4首先从冷却器件2被引导至相应辅助部件17，然后通过废气出口20。

根据图3a和图3b，在第二紧急操作状态NZ2中打开第一风扇10并且关闭第二风扇11，由此仅被第一风扇10驱动的冷却空气4从冷却器件2被引导至相应辅助部件17，然后通过废气出口20。

由于在此处提出的车辆冷却系统1中以压力可控方式操作控制设备22，所以相应风扇10、11的打开或关闭引起致动器23所需的压差，用于分别设定致动器23的期望切换位置S1或S2或者控制设备22的相应切换状态S1或者S2。因而，尤其能够省略用于致动器23的电动机驱动器等。