CN216709294U - 一种余热再利用系统及轨道车辆 - Google Patents

Abstract

本实用新型首先提供了一种余热再利用系统，包括第一换热器、第一散热器和控制器，所述第一换热器和第一散热器串联在第一循环回路上，所述第一换热器从第一高温散热设备上取热，由所述第一散热器散热，至少还包括一个第二循环回路，所述第二循环回路上至少设置一个第二散热器，所述第一循环回路和第二循环回路通过第一散热器关联，所述第二循环回路上设置有第二循环泵，所述控制器控制所述第二循环泵的开、停及转速。本实用新型进一步提供了应用所述余热再利用系统的轨道车辆。本实用新型提供一种余热再利用系统，通过设置与主循环回路用的第一循环回路并联的第二循环回路，并通过循环泵控制第二循环回路，停止向用热设备散热，有效控制对用热设备的供热状态。

Description

一种余热再利用系统及轨道车辆

技术领域

本实用新型涉及轨道车辆控制技术领域，尤其是对车辆运行过程中产生高温的设备进行余热再利用系统及轨道车辆。

背景技术

电气设备在运转过程中会产生大量的热，设备长期运行过程中运行热积聚较多，在设备周围或在某些部件处产生高温，为避免高温烧损电气设备，需将电气设备产生的热量释放出去。在轨道车辆上同样设置有大量的电气设备，对于一些大功率设备，由于产生的热量较多，为确定设备安全，通常配在大功率设备处设置水冷/油冷冷却系统，冷却系统从发热元器件吸收热量，再将热量释放到大气环境中，这部分热量总量大，是极大的能源损耗。

为充分利用这些热量，现有技术中，冷却系统的循环管路将热量导入到车辆其他需要热量的位置、设备处，再通过换热器，将热量释放出来，循环管路上可串联多个换热器，为多个用热设备/位置供热。但在现有技术的冷却系统中，多个换热器串联连接，当用热设备无需热量时，无法关停换热器，一方面造成热量损失，另一方面，也会给用热设备带来一定的负担，损伤用热设备。

实用新型内容

本实用新型主要目的在于提供一种余热再利用系统，通过设置与主循环回路用的第一循环回路并联的第二循环回路，并通过循环泵控制第二循环回路，停止向用热设备散热，有效控制对用热设备的供热状态。本实用新型进一步提供了设置有所述余热再利用系统的轨道车辆。

为实现上述目的，本实用新型首先提供了一种余热再利用系统，其技术方案是：

一种余热再利用系统，包括第一换热器、第一散热器和控制器，所述第一换热器和第一散热器串联在第一循环回路上，所述第一换热器从第一高温散热设备上取热，由所述第一散热器散热，至少还包括一个第二循环回路，所述第二循环回路上至少设置一个第二散热器，所述第一循环回路和第二循环回路通过第一散热器关联，所述第二循环回路上设置有第二循环泵，所述控制器控制所述第二循环泵的开、停及转速。

进一步的，所述第一换热器的冷却液入口端的循环管路上还串联有对所述第一循环回路的剩余热量散热用的第二换热器。

进一步的，所述第二换热器设置在所述第一高温散热设备的风机处，由所述风机加快散热。

进一步的，所述第一散热器和第二换热器之间设置有第三换热器，所述第三换热器设置在第二高温设备的风机处。

进一步的，所述第一换热器和第一散热器之间的循环管路上设置控制所述第一循环回路中冷却液循环速度的第一循环泵。

进一步的，所述第一循环回路内的冷却液为冷却油或冷却水，所述第二循环回路内的冷却液为冷却水。

本实用新型的第二目的在于提供一种轨道车辆，采用如下技术方案：

一种轨道车辆，包括如前文所述的余热再利用系统，所述第一散热器和/或第二散热器设置在客室内。

进一步的，所述轨道车辆还包括控制器，所述控制器控制所述第二循环泵转速从而控制进入所述第二循环回路热量的控制器。

进一步的，还包括所述第一散热器和/或第二散热器热量不足时补充供暖的辅助加热系统。

进一步的，所述辅助加热系统包括电加热器和/或空调。

综上所述，本实用新型提供的一种余热再利用系统及轨道车辆，与现有技术相比，具有如下技术优势：

1.通过将高温散热设备排出的热量导入到客室，提升客室温度，实现热量再利用，可节约车辆空调采暖能耗，实现节能的目的；

2.第一循环回路和第二循环回路通过第一散热器并联设置，通过监控客室内外温度与系统回收热量，调节变频空调采暖功率和电加热器的功率，优化能源利用；

3.通过控制第二循环泵的开停和转速，有效控制第二散热器的热量，从控制客室内的温度；

4.通过设置并联的第二循环回路，且在第二循环回路中使用冷却水做为冷却液，可避免冷却油等易燃液体泄露进客室，避免安全隐患；

5.整体结构简单，有效控制余热的再回收利用。

附图说明：

图1：本实用新型一种余热再利用系统组成第一实施例示意图；

图2：本实用新型一种余热再利用系统组成第二实施例示意图；

图3：本实用新型一种轨道车辆余热再利用系统控制逻辑示意图；

图中：第一换热器1，第一散热器2，第二散热器3，第二换热器4，第一循环回路5，第二循环回路6，风机7，第一循环泵8，第二循环泵9，第一高温散热设备10，客室11，进水温度传感器12，出水温度传感器13，第二高温散热设备14，第三换热器15，第二风机16。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步的详细描述。

本实用新型首先提供了一种余热再利用系统，包括第一换热器1、第一散热器2和控制器，第一换热器1和第一散热器2串联在第一循环回路5上，第一换热器1从第一高温散热设备10上取热，由第一散热器1散热，至少还包括一个第二循环回路6，第二循环回路6上至少设置一个第二散热器3，第一循环回路5和第二循环回路6通过第一散热器1关联，第二循环回路6上设置有第二循环泵9，控制器控制第二循环泵9的开、停及转速。

以轨道车辆为例，介绍本实用新型提供的余热再利用系统的具体组成以及在车辆上的具体应用，轨道车辆上使用的第一高温散热设备10较多，可为车下的大型电机、蓄电池组等，均可利用本实施例提供的余热再利用系统，通过余热再利用系统，为大型电机、蓄电池组实现有效散热，并在供暖季，在散热的同时，将大型电机、蓄电池组产生的高温导入到客室11内，为客室11供热。本实用新型提供的余热再利用系统包括如下两种系统组成：

实施例一

如图1所示，余热再利用系统包括第一循环回路5，第一循环回路5上串联有第一换热器1和第一散热器2，第一换热器1和第一散热器2与第一循环回路的连接方式可采用现有技术或将来可能出现的任意技术，不做限制和要求。第一换热器1设置在第一高温散热设备10处，第一换热器1可直接与第一高温散热设备10的高温处或易于取热的任意位置直接或间接贴合固定，采用热传导的方式从第一高温散热设备10处取热，或设置在第一高温散热设备10处，通过热辐射方式从第一高温散热设备10处取热。

第一换热器1与第一散热器2之间通过循环管路连接形成第一循环回路5，第一循环回路5的管路中灌注冷却液，考虑第一循环回路5设置在客室11外，第一循环回路5中灌注冷却油，冷却效率更高。冷却液从第一换热器1处取热，在第一循环回路5上设置第一循环泵8，驱动冷却液在第一循环回路中循环流动，实现热量流动，将第一高温散热设备10的热量经第一换热器1、循环管路、冷却液导入到第一散热器2中，经第一散热器2散热降温后的冷却液重新回到第一换热器1处。第一循环回路5上还串联有第二换热器4，第二换热器4设置在第一散热器1的冷却液出口与第一换热器1冷却液入口之间的循环管路上，进一步将第一循环回路5中未能有效散热后剩余热量扩散出去，使回到第一换热器内的冷却液温度降到最低。进一步的，在本实施例中，第二换热器4设置在第一高温散热设备10处，确切的说，设置在第一高温散热设备10的散热风机7处，利用风机7，同时对第二换热器4进行有效散热。

在第一散热器2处，还设置有第二循环回路6，通过第一散热器2的连接，使第一循环回路5和第二循环回路6实现“并联”连接，第二循环回路6从第一散热器2处取热。在第二循环回路6上串联有第二散热器3，在本实施例中，第二散热器3设置在轨道车辆的客室11内，为客室11供暖。在第一散热器2和第二散热器3之间的循环管路上设置第二循环泵9，第二循环泵9驱动第二循环回路6中的冷却液循环，并通过控制第二循环泵9的开停，控制第二循环回路6的循环通断，实现热量在第二循环回路6中的流转。为避免易燃的冷却油泄露，污染客室11，在本实施例中，第二循环回路6中灌注冷却水，从第一散热器2处取的热传导到第二散热器3处。

第二实施例

与第一实施例区别在于，如图2所示，在第一散热器2与第二换热器4之间，还设有第三换热器15，进一步提高第一循环回路的散热效率，可在第三换热器15处设置散热用风机。在第一高温散热设备10处还设置有第二高温散热设备14，第三换热器15设置在第二高温散热设备14处，在第二高温散热设备14处设置第二风机16，为第二高温散热设备14散热的同时，提高第三换热器15的散热效率。

前文所述的两种方式的余热再利用系统，由第二循环泵11控制第二循环回路6的通断。当第二循环泵9关闭，冷却水无法实现流转，第二散热器3无法取热，停止向客室11供热。余热再利用系统还包括控制器，由控制器控制第二循环泵9的开、停，还可通过控制第二循环泵9的运转频率/转速，控制冷却水的循环速度，以控制第二散热器3的供热量。控制器可与轨道车辆的总控制器集成，通过司控台，控制第二循环泵9的开、停及转速。在第二散热器3的冷却液进出口处，分别设置进水温度传感器12和出水温度传感器13，通过检测冷却水在第二散热器3处的进出水温，可计算第二散热器3的散热量，从而由控制器精准控制第二循环泵9的转速。为进一步简化控制程序，在控制器内可预存第二循环回路6中冷却水进水温度、出水温度差值区间与第二循环泵9转速的对应表，控制器根据进水温度传感器12和出水温度传感器13的实时温度数据计算温度差，并根据对应表，选择对应的转速，控制第二循环泵的开、停以及转速。

控制器还可控制第一循环泵8的转速，从而控制第一循环回路5的散热速率，配合控制第二循环泵9的开、停及转速，控制客室11内的温度。

为确保供暖期内客室11内的温度，在本实施例中，轨道车辆还设置有客室辅助加热系统，包括但不限于设置在客室内的电加热器和/或空调装置，根据第二散热器3的供热量，控制电加热器的供热效率(功率)和/或空调装置的供热量(压缩机功率)。

第二散热器3设置在客室11，可设置在客室11侧壁的空腔内，与电加热器间隔设置，使车厢内温度均匀。也可将第二散热器3放置在板板上，实现地热效果。对于长期运行在高寒地区的轨道车辆，可将第一散热器2也放置在客室11，为客室11供暖，提高供暖效率，此时，为避免原第一循环回路5中的冷却油污染客室，可在第一循环回路5中灌注冷却水做为冷却液。

本实用新型进一步提供了第二循环回路6的供暖量控制的方法，如图3所示，以第一实施例的余热再利用系统在轨道车辆上应用时，在供暖季(冬季)需为客室11供暖时，第二循环泵9导通，第一高温散热设备10释放的热量Q1通过第一换热器1进入第一循环回路5，当冷却液流经第一散热器2时，一部分热量Q2通过热交换进入第二循环回路6，第二循环回路6在第二散热器3处释放热量Q3到客室11内，实现热量的再利用，节约车辆制热能耗。第一循环回路5中剩余热量Q4在第二换热器4处，由第一高温散热设备10的风机7吹出设备，排入环境大气中。当客室11无需供暖(夏季)时，第二循环泵9关闭，切断第二循环回路6。第一高温散热设备10释放的热量Q1通过换热器1进入第一循环回路5，冷却液仅通过第一散热器2进行散热冷却，经第一散热器2散热后，剩余热量Q4可通过第二换热器4(若有)进一步散热，提高换热效率。

进一步的，轨道车辆设有温度传感器可监测客室外温度T_外，预设客室目标温度为T₀。

客室冬季需采暖总负荷q1＝q2+q3-q4

其中，q2为通过车体壁面损失的热量；q3为加热进入车内的新鲜空气所需的热量；q4为车内旅客的散热量。q2、q3均与温差(T₀-T_外)成正比，q4与定员有关，为固定值。

客室回收热量Q3＝c×d×(T_进-T_出)

其中，T进、T出为换热器3进出水温度，为监测值；c为冷却液比热容；d为循环管路2质量流量。

当q1小于Q3时，表示热回收充足，控制器控制降低第二循环泵9的转速，减少流量，降低进入到第二循环回路9的热量Q2。相应的，由于Q2降低，第一循环回路5中剩余热量多，散热不充分，会使第一高温散热设备10温度升高，为此，第一高温散热设备10的风机7采用分级控制，由控制器根据剩余热量匹配对应转速，使散热充分。

当q1大于Q3时，表示客室11采暖不足，由控制器控制电加热器和/或空调进行采暖辅助。q5＝q1-Q3为客室采暖差额。空调采用变频空调，根据采暖差额q5的变化实时调节电加热器加热功率和/或空调采暖功率。

当车辆长期运行在高寒地区，第一散热器2也设置在客室11内时，第一散热器2的热量分为三部分，一部分热量Q2通过热效换进入第二循环回路，一部分热量经第一循环回路5进入第二换热器15和/或第一换热器1，还有一部分热量，散入客室11内。控制器根据车内温度和/或第一散热器2进出水端的温度差控制第二循环泵9的开、停和转速。

需要说明的是，第二散热器3不仅可放置在客室11内，为客室11供暖，还可设置在轨道车辆的任意用热设备处，为用热设备供热，同样的，第二循环回路6上还可以串联多个散热器，分别为客室和/或用热设备供热，第一散热器2也可设置在任意用热设备处，为该用热设备供热。进一步的，也可在第一散热器2处“并联”多个循环回路，为多个用热设备分别供热。

前文以余热再利用系统在轨道车辆上的应用为例，介绍本实施例提供的余热再利用系统的具体组成及相应的控制方法，在实际应用中，余热再利用系统还可应用于需对可产生高温的设备进行散热并可将收集的高温进行合理再利用的场景。由第一换热器1从高温散热备取热10处取热，通过第一散热器2，进行散热，并通过第一散热器2“并联”一个或多个循环回路，每个循环回路上至少串联一个散热器和循环泵，每个散热器应于一个指定的用热区域和/或设备，通过控制各循环泵的开、停和转速，控制对应循环回路的导通或切断，实现热量的再利用控制。

综上所述，本实用新型提供的一种余热再利用系统及轨道车辆，与现有技术相比，具有如下技术优势：

1.通过将高温散热设备排出的热量导入到客室，提升客室温度，实现热量再利用，可节约车辆空调采暖能耗，实现节能的目的；

2.第一循环回路和第二循环回路通过第一散热器并联设置，通过监控客室内外温度与系统回收热量，调节变频空调采暖功率和电加热器的功率，优化能源利用；

3.通过控制第二循环泵的开停和转速，有效控制第二散热器的热量，从控制客室内的温度；

4.通过设置并联的第二循环回路，且在第二循环回路中使用冷却水做为冷却液，可避免冷却油等易燃液体泄露进客室，避免安全隐患；5.整体结构简单，有效控制余热的再回收利用。

如上所述，结合所给出的方案内容，可以衍生出类似的技术方案。但凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种余热再利用系统，其特征在于：包括第一换热器、第一散热器和控制器，所述第一换热器和第一散热器串联在第一循环回路上，所述第一换热器从第一高温散热设备上取热，由所述第一散热器散热，至少还包括一个第二循环回路，所述第二循环回路上至少设置一个第二散热器，所述第一循环回路和第二循环回路通过第一散热器关联，所述第二循环回路上设置有第二循环泵，所述控制器控制所述第二循环泵的开、停及转速。

2.如权利要求1所述的一种余热再利用系统，其特征在于：所述第一换热器的冷却液入口端的循环管路上还串联有对所述第一循环回路的剩余热量散热用的第二换热器。

3.如权利要求2所述的一种余热再利用系统，其特征在于：所述第二换热器设置在所述第一高温散热设备的风机处，由所述风机加快散热。

4.如权利要求2所述的一种余热再利用系统，其特征在于：所述第一散热器和第二换热器之间设置有第三换热器，所述第三换热器设置在第二高温设备的风机处。

5.如权利要求1所述的一种余热再利用系统，其特征在于：所述第一换热器和第一散热器之间的循环管路上设置控制所述第一循环回路中冷却液循环速度的第一循环泵。

6.如权利要求1所述的一种余热再利用系统，其特征在于：所述第一循环回路内的冷却液为冷却油或冷却水，所述第二循环回路内的冷却液为冷却水。

7.一种轨道车辆，其特征在于，包括如权利要求1至6任一项所述的余热再利用系统，所述第一散热器和/或第二散热器设置在客室内。

8.如权利要求7所述的一种轨道车辆，其特征在于：所述轨道车辆还包括控制器，所述控制器控制所述第二循环泵转速从而控制进入所述第二循环回路热量的控制器。

9.如权利要求7所述的一种轨道车辆，其特征在于：还包括所述第一散热器和/或第二散热器热量不足时补充供暖的辅助加热系统。

10.如权利要求9所述的一种轨道车辆，其特征在于：所述辅助加热系统包括电加热器和/或空调。

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