用于軌道交通的射流兩相換熱冷板及冷卻系統的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種用于軌道交通的射流兩相換熱冷板，包括設置有空腔的冷板殼體，冷板殼體上開設有冷媒入口和冷媒出口，空腔內設置有冷媒管道，冷媒管道一端經冷媒入口伸出至冷板殼體外部并與發熱部件的制冷單元相連用于通入高壓液態冷媒，冷板殼體內部的冷媒管道上開設有朝向于發熱部件發熱面的小孔。本發明的冷板具有結構簡單緊湊、工作可靠以及換熱效率高等優點。本發明還公開了一種用于軌道交通的冷卻系統，包括制冷單元，還包括如上所述的射流兩相換熱冷板，制冷單元的冷凝組件與伸出冷媒入口的冷媒管道的一端直連，制冷單元的壓縮組件與冷板殼體的冷媒出口相連。本發明的冷卻系統具有結構簡單緊湊以及散熱冷卻效果好等優點。
【專利說明】
用于軌道交通的射流兩相換熱冷板及冷卻系統
技術領域
[0001]本發明主要涉及電子器件散熱冷卻技術領域，特指一種用于軌道交通的射流兩相換熱冷板及冷卻系統。
【背景技術】
[0002]在現有的大功率電力電子器件的散熱器中，直接接觸液冷散熱器(包括采用冷媒的散熱器)效率較高，其功率密度可以滿足現有的器件需求。但是隨著更高功率密度設備的出現，現有的散熱形式逐漸不能滿足，溫升將超過器件的耐受極限，因此需要更高效的散熱形式。
【發明內容】
[0003]本發明要解決的技術問題就在于:針對現有技術存在的技術問題，本發明提供一種結構簡單緊湊、耐壓度以及換熱效率高的用于軌道交通的射流兩相換熱冷板，并相應公開了一種結構簡單緊湊且散熱冷卻效果好的冷卻系統。
[0004]為解決上述技術問題，本發明提出的技術方案為:
一種用于軌道交通的射流兩相換熱冷板，包括外表面與軌道交通發熱部件發熱面相貼合的冷板殼體，所述冷板殼體內部設置有空腔，所述冷板殼體上開設有與空腔相連的冷媒入口和冷媒出口，所述空腔內設置有一端封閉的冷媒管道，所述冷媒管道的另一端經冷媒入口伸出至冷板殼體外部并與發熱部件制冷單元相連用于通入高壓液態冷媒，所述冷板殼體內部的冷媒管道上開設有朝向于所述發熱部件發熱面的小孔。
[0005]作為上述技術方案的進一步改進:
所述冷媒管道呈“S”形分布在所述空腔內。
[0006]所述冷媒管道為銅管。
[0007]所述銅管的外徑為5?7mm，壁厚為1mm。
[0008]所述小孔的孔徑為0.1?0.5mm。
[0009]本發明還相應公開了一種用于軌道交通的冷卻系統，包括制冷單元，還包括如上所述的射流兩相換熱冷板，所述制冷單元的冷凝組件與伸出冷媒入口的冷媒管道的一端直連，所述制冷單元的壓縮組件與冷板殼體的冷媒出口相連。
[0010]作為上述技術方案的進一步改進:
所述制冷單元的冷媒為氟利昂。
[0011 ]與現有技術相比，本發明的優點在于:
本發明的用于軌道交通的射流兩相換熱冷板，通過將發熱部件(如變流器)中現有制冷單元中的高壓液態冷媒引入至冷媒管道內，通過冷媒管道上小孔將液態冷媒直接噴射至與發熱部件發熱面相貼合的沖擊面上，極大的提高換熱效率;另外采用冷媒管道作為高壓側，而空腔則承受低壓，降低了對整體結構的強度要求，從而減少了冷板殼體厚度，減輕了重量。本發明的用于軌道交通的冷卻系統，不僅具有冷板所述的優點，而且省去了節流組件，同時提高了冷卻效果。
【附圖說明】
[0012]圖1為本發明的冷板的內部結構示意圖。
[0013]圖2為本發明的冷板的分解結構示意圖。
[0014]圖3為本發明的冷板中冷媒管道的結構示意圖(省去冷板殼體上的蓋體)。
[0015]圖4為本發明的冷板中冷媒管道的結構示意圖。
[0016]圖中標號表示:1、冷板殼體；11、蓋板；12、臺面；13、空腔；2、冷媒管道;21、小孔；22、固定座;3、冷媒入口 ；4、冷媒出口；5、變流器。
【具體實施方式】
[0017]以下結合說明書附圖和具體實施例對本發明作進一步描述。
[0018]如圖1至圖4所示，本實施例的用于軌道交通的射流兩相換熱冷板，具體應用于變流器5中，包括冷板殼體I，冷板殼體I的一側(臺面12)與軌道交通變流器發熱面相貼合，冷板殼體I內部設置有空腔13(即冷板殼體I由腔體以及位于腔體上方的蓋板11焊接而成)，冷板殼體I上開設有與空腔13相連的冷媒入口 3和冷媒出口 4，空腔13內設置有一端封閉的冷媒管道2，冷媒管道2的另一端經冷媒入口 3伸出至冷板殼體I外部并與變流器5制冷單元相連用于通入高壓液態冷媒，冷板殼體I內部的冷媒管道2上開設有朝向于變流器5發熱面的小孔21，高壓液態冷媒在冷媒管道2內流動，并經冷媒管道2上的小孔21以極高的速度噴射沖擊至空腔13的內壁上，液態冷媒吸收了變流器5的熱量后，劇烈沸騰成氣態，并在空腔13內繼續膨脹至過熱，最后經冷媒出口4排出。本發明的用于軌道交通的射流兩相換熱冷板，通過采用射流沖擊散熱以及沸騰換熱的方式，極大提高了換熱效率;而且采用冷媒管道2作為高壓側承受高壓，不僅能夠保證耐壓能力，而且相對應的空腔13承受低壓，能夠簡化冷板殼體I的結構并減輕重量。另外變流器5的制冷單元是變流器5自有的，因此可將此冷板應用于現有設備的改造，且系統改動非常小。
[0019]本實施例中，由于冷媒管道2入口處的液態冷媒壓力較高(超過1.5Mpa)，通過小孔21高速噴出的液態冷媒，由于小孔21的節流作用，壓力瞬間降低到適當的蒸發壓力(低于IMpa)，相當于毛細管的節流作用，因此空腔13內的冷媒臨界溫度大大降低，而變流器5的巨大熱量所產生的巨大溫差使得冷媒發生劇烈沸騰，而同時高速的垂直沖擊壁面，可以大大加強沖擊點及其附近的換熱能力。
[0020]本實施例中，冷板殼體I的空腔13內設置有多個固定座22，冷媒管道2呈“S”形均勻分布在空腔13的固定座22上并覆蓋空腔13的全部區域，而且小孔21也是均勻分布在冷媒管道2上，以保證散熱的均勻性。在其它實施例中，冷媒管道2可以螺旋狀分布或其它形式分布。
[0021]本實施例中，冷媒管道2為銅管，其中銅管的外徑為5?7mm，壁厚為Imm;小孔21的孔徑為0.1?0.5mm。銅管由于外徑較小(一般約6mm)，在壁厚為Imm的條件下，不僅能夠耐受的最大壓力很高(超過4Mpa)，而且適用于變流器5發熱面較大的情況。同時，由于小孔21孔徑較小(0.2mm左右)，其節流阻力遠遠大于液態冷媒在高壓銅管內流動的沿程阻力，因此在接近冷媒入口 3的小孔21處與遠離冷媒入口 3的小孔21處，其噴射壓差是接近的，因此整個冷板上的換熱強度和溫度是十分均勻的。另外，由于銅管內的冷媒是純液體，而非兩相流，而從小孔21流出的冷媒汽化速度較快，在低壓空腔13內的氣體可迅速均勻混合，而無大量的氣液兩相狀態，因此冷板的性能不會受到重力的影響，即不會受到安裝角度的影響。
[0022]本發明還公開了一種用于軌道交通的冷卻系統，包括制冷單元，還包括如上所述的射流兩相換熱冷板，制冷單元的冷凝組件與伸出冷媒入口 3的冷媒管道2的一端直連，制冷單元的壓縮組件與冷板殼體I的冷媒出口 4相連。在實際運行時，高壓液態冷媒(如氟利昂)從制冷單元的冷凝器直接進入至冷媒管道2內，由于小孔21的節流作用，因此可節省節流部件;液態冷媒經小孔21噴射出來后沖擊到空腔13的內壁上，吸收變流器5的能量后劇烈沸騰為氣態，經冷媒出口4排出至制冷單元的壓縮機內。本發明的冷卻系統結構簡單緊湊且換熱效率高。
[0023]以上僅是本發明的優選實施方式，本發明的保護范圍并不僅局限于上述實施例，凡屬于本發明思路下的技術方案均屬于本發明的保護范圍。應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理前提下的若干改進和潤飾，應視為本發明的保護范圍。
【主權項】
1.一種用于軌道交通的射流兩相換熱冷板，其特征在于，包括外表面與軌道交通發熱部件的發熱面相貼合的冷板殼體(1)，所述冷板殼體(I)內部設置有空腔(13)，所述冷板殼體(I)上開設有與空腔(13 )相連的冷媒入口( 3 )和冷媒出口( 4)，所述空腔(13 )內設置有一端封閉的冷媒管道(2)，所述冷媒管道(2)的另一端經冷媒入口(3)伸出至冷板殼體(I)外部并與發熱部件的制冷單元相連用于通入高壓液態冷媒，所述冷板殼體(I)內部的冷媒管道(2)上開設有朝向于所述發熱部件發熱面的小孔(21)。2.根據權利要求1所述的用于軌道交通的射流兩相換熱冷板，其特征在于，所述冷媒管道(2)呈“S”形分布在所述空腔(13)內。3.根據權利要求1或2所述的用于軌道交通的射流兩相換熱冷板，其特征在于，所述冷媒管道(2)為銅管。4.根據權利要求3所述的用于軌道交通的射流兩相換熱冷板，其特征在于，所述銅管的外徑為5?7mm，壁厚為1mm。5.根據權利要求4所述的用于軌道交通的射流兩相換熱冷板，其特征在于，所述小孔(21)的孔徑為0.1?0.5_。6.—種用于軌道交通的冷卻系統，包括制冷單元，其特征在于，還包括如權利要求1至5中任意一項所述的射流兩相換熱冷板，所述制冷單元的冷凝組件與伸出冷媒入口(3)的冷媒管道(2)的一端直連，所述制冷單元的壓縮組件與冷板殼體(I)的冷媒出口(4)相連。7.根據權利要求6所述的用于軌道交通的冷卻系統，其特征在于，所述制冷單元的冷媒為氟利昂。
【文檔編號】H05K7/20GK105828575SQ201610181172
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年3月28日
【發明人】姚磊, 胡家喜, 李彥涌, 王雄, 王幸智, 鄧文川, 王春燕, 郭宗坤
【申請人】中車株洲電力機車研究所有限公司