Холодильник с теплонесущими трубами и преобразователь энергии

 

Изобретение относится к холодильной технике, в частности, представляющей холодильник с тепловыми трубами, устанавливаемый под полом железнодорожного моторного вагона. В холодильнике с длинными и короткими тепловыми трубами установлен проводник тепла, который предназначен для передачи тепла от теплопроводника к коротким тепловым трубам при температуре окружающей среды ниже точки замерзания хладагента. Использование изобретения позволит снизить габаритный размер холодильника и обеспечить предварительно заданный режим охлаждения при температуре окружающей среды ниже точки замерзания хладагента. 7 с. и 3 з.п.ф-лы, 10 ил.

Настоящее изобретение относится к холодильнику с теплонесущими трубами и преобразователю энергии, в частности, предпочтительно, к холодильнику с теплонесущими трубами и преобразователю энергии, устанавливаемым под полом железнодорожного моторного вагона.

Среди известных обычных типов холодильников с теплонесущими трубами преобразователя энергии, устанавливаемых под полом железнодорожного моторного вагона имеется, например, такой как представлен в выкладке заявки на патент Японии N 7-176660, в котором несколько длинных и коротких теплонесущих труб с ребрами вставлены в блок теплоприемника и присоединены к нему, в котором установлено несколько полупроводниковых устройств для использования в качестве переключающих элементов для инвертора железнодорожного вагона (первое техническое решение), или такой, в котором использованы толстостенные и длинные теплонесущие трубы вместо коротких теплонесущих труб (второе техническое решение), и еще такой, в котором используют простые длинные металлические стержни (третье техническое решение).

Из этих типов предшествующих технических решений холодильников с теплонесущими трубами технология первого предшествующего технического решения требует большего количества тепла, чем некоторая предельная величина для теплонесущих труб, чтобы они могли работать при более низкой температуре окружающей среды, чем точка замерзания рабочей жидкости. Однако, когда холодильник с теплонесущими трубами используют в преобразователе энергии, в котором количество генерируемого тепла изменяется в соответствии с условиями работы в железнодорожном вагоне, существует возможность, что количество генерируемого тепла может оказаться ниже, чем предельное количество, влияющее на условия работы, что приводит в результате к повреждению холодильника в процессе работы. Подобным же образом, при использовании в железнодорожных вагонах способность рассеивать тепло в окружающий воздух может изменяться и возрастать в зависимости от ветра, возникающего в процессе движения. В этом случае, даже когда количество генерированного тепла оказывается больше предельной величины, температура рабочей жидкости теплонесущих труб может не увеличиться до точки замерзания и теплонесущие трубы могут быть повреждены в процессе работы. В качестве контрмеры для решения этой проблемы может быть предложена технология второго предшествующего технического решения, использующего толстостенные теплонесущие трубы, и технология третьего предшествующего технического решения, использующего металлические стержни. Однако, при использовании технологии второго предшествующего технического решения, чтобы обеспечить достаточную теплопередачу, необходимо сделать теплонесущие трубы толстостенными, что в свою очередь приводит к ухудшению эксплуатационных качеств теплонесущих труб. При использовании технологии третьего предшествующего технического решения способность передавать тепло у металлического стержня приблизительно в несколько десятков раз меньше, чем у теплонесущей трубы, и поэтому нельзя получить удовлетворительный режим охлаждения. По этой причине технологии второго и третьего предшествующих технических решений нуждаются в принятии некоторых мер, таких как увеличение площади рассеивающих тепло ребер, что неизбежно приведет к увеличению габаритного размера холодильника.

Технической задачей настоящего изобретения является создание холодильника с теплонесущими трубами и преобразователя энергии, которые могут иметь предварительно заданный режим охлаждения при условиях окружающей среды, когда температура окружающего воздуха ниже, чем точка замерзания хладагента в теплонесущих трубах, даже когда количество генерируемого тепла в преобразователе энергии изменяется в зависимости от условий работы или когда способность рассеивать тепло изменяется в зависимости от обдувания ветром холодильника в процессе движения, и которые также могут иметь высокую теплопередающую способность в процессе работы при нормальной температуре, что может снизить габаритный размер холодильника.

Данная техническая задача решается за счет того, что в холодильнике с теплонесущими трубами, содержащем теплоприемник, соединенный с нагревающим объектом и имеющий высокую теплопроводность, несколько теплонесущих труб, содержащих хладагент, герметизированный в них, и имеющих один свой конец в качестве участков испарения, термически связанных с теплоприемником, а другой конец в качестве участков конденсации, выступающих из теплоприемника, и множество рассеивающих тепло ребер, прикрепленных к участкам конденсации теплонесущих труб, согласно изобретению теплонесущие трубы содержат длинные теплонесущие трубы и короткие теплонесущие трубы, причем предусмотрен проводник тепла для передачи тепла от теплоприемника к участкам конденсации коротких труб при температуре ниже точки замерзания хладагента в коротких теплонесущих трубах.

Проводник тепла расположен предпочтительно вблизи коротких теплонесущих труб и термически соединен с короткими теплонесущими трубами через рассеивающие тепло ребра, прикрепленные к коротким теплонесущим трубам.

Кроме того, проводник тепла предпочтительно представляет собой металлический стержень из меди, алюминия и т.п. с высокой теплопроводностью и имеет длину, почти равную длине коротких теплонесущих труб, и расположен вблизи от них.

Кроме того, проводник тепла предпочтительно соединен с короткими теплонесущими трубами через проводящий тепло элемент большей толщины, чем у рассеивающих тепло ребер.

Техническая задача также решается за счет того, что в холодильнике с теплонесущими трубами, включающем теплоприемник, соединенный с нагревающим объектом и имеющий высокую теплопроводность, несколько теплонесущих труб, содержащих хладагент, герметизированный в них, и имеющих один свой конец в качестве участков испарения, термически связанных с теплоприемником, а другой конец в качестве участков конденсации, выступающих из теплоприемника, и множество рассеивающих тепло ребер, прикрепленных к участкам конденсации теплонесущих труб, согласно изобретению теплонесущие трубы содержат длинные теплонесущие трубы и короткие теплонесущие трубы, в котором предусмотрен проводник тепла для передачи тепла от теплоприемника к участкам конденсации коротких труб при температуре ниже точки замерзания хладагента, герметизированного в коротких теплонесущих трубах, в котором проводник тепла представляет собой металлический стержень из меди, алюминия и т.п. с высокой теплопроводностью и имеет длину, почти равную длине коротких теплонесущих труб, и расположен вблизи от них, и в котором проводник тепла термически связан с короткими теплонесущими трубами через рассеивающие тепло ребра, прикрепленные к коротким теплонесущим трубам.

Кроме того, техническая задача решается за счет того, что в холодильнике с теплонесущими трубами, включающем теплоприемник, соединенный с нагревающим объектом и имеющий высокую теплопроводность, несколько теплонесущих труб, содержащих хладагент, герметизированный в них, и имеющих свой один конец в качестве участков испарения, термически связанных с теплоприемником, а другой конец в качестве участков конденсации, выступающих из теплоприемника, и множество рассеивающих тепло ребер, прикрепленных к участкам конденсации теплонесущих труб, согласно изобретению теплонесущие трубы имеют более трех различных вариантов рассеяния тепла.

Техническая задача решается и за счет того, что в холодильнике с теплонесущими трубами, включающем теплоприемник, соединенный с нагревающим объектом и имеющий высокую теплопроводность, несколько теплонесущих труб, содержащих хладагент, герметизированный в них, и имеющих свой один конец в качестве участков испарения, термически связанных с теплоприемником, а другой конец в качестве участков конденсации, выступающих из теплоприемника, и множество рассеивающих тепло ребер, прикрепленных к участкам конденсации теплонесущих труб, согласно изобретению теплонесущие трубы содержат первые длинные теплонесущие трубы, вторые короткие теплонесущие трубы и третьи более короткие теплонесущие трубы, и в котором третьи более короткие теплонесущие трубы предназначены для передачи тепла от теплоприемника к участкам конденсации вторых коротких теплонесущих труб при температуре ниже точки замерзания хладагента во вторых коротких теплонесущих трубах.

Техническая задача также решается за счет того, что в холодильнике с теплонесущими трубами, включающем теплоприемник, соединенный с нагревающим объектом и имеющий высокую теплопроводность, несколько теплонесущих труб, содержащих хладагент, герметизированный в них, и имеющих свой один конец в качестве участков испарения, термически связанных с теплоприемником, а другой конец в качестве участков конденсации, выступающих из теплоприемника, и множество рассеивающих тепло ребер, прикрепленных к участкам конденсации теплонесущих труб, согласно изобретению теплонесущие трубы содержат первые длинные теплонесущие трубы, вторые короткие теплонесущие трубы и третьи короткие теплонесущие трубы, более толстостенные, чем вторые короткие теплонесущие трубы, и в котором третьи толстостенные короткие теплонесущие трубы предназначены для передачи тепла от теплоприемника к участкам конденсации вторых коротких теплонесущих труб при температуре ниже точки замерзания хладагента во вторых коротких теплонесущих трубах.

Кроме того, техническая задача решается за счет того, что в холодильнике с теплонесущими трубами, включающем теплоприемник, соединенный с нагревающим объектом и имеющий высокую теплопроводность, несколько теплонесущих труб, содержащих хладагент, герметизированный в них, и имеющих свой один конец в качестве участков испарения, термически связанных с теплоприемником, а другой конец в качестве участков конденсации, выступающих из теплоприемника, и множество рассеивающих тепло ребер, прикрепленных к участкам конденсации теплонесущих труб, согласно изобретению теплонесущие трубы содержат первые длинные теплонесущие трубы, вторые короткие теплонесущие трубы и третьи герметизированные теплонесущие трубы с несжимаемым газом, и в котором третьи герметизированные теплонесущие трубы с несжимаемым газом предназначены для передачи тепла от теплоприемника к участкам конденсации вторых коротких теплонесущих труб при температуре ниже точки замерзания хладагента во вторых коротких теплонесущих трубах.

Дополнительно техническая задача решается за счет того, что в преобразователе энергии, установленном под полом железнодорожного моторного вагона, имеющем цепь преобразователя энергии для преобразования постоянного электрического тока, чтобы регулировать двигатель, и холодильник с теплонесущими трубами для охлаждения цепи преобразователя энергии, согласно изобретению холодильник с теплонесущими трубами содержит теплоприемник, соединенный с полупроводниковым устройством, входящим в состав цепи преобразователя энергии, и имеющий высокую теплопроводность, несколько теплонесущих труб, содержащих хладагент, герметизированный в них, и имеющих свой один конец в качестве участков испарения, термически связанных с теплоприемником, а другой конец в качестве участков конденсации, выступающих из теплоприемника, и множество рассеивающих тепло ребер, прикрепленных к участкам конденсации теплонесущих труб, в котором теплонесущие трубы содержат длинные теплонесущие трубы и короткие теплонесущие трубы, а проводник тепла предусмотрен для передачи тепла от теплоприемника в участки конденсации коротких теплонесущих труб при температуре ниже точки замерзания хладагента в коротких теплонесущих трубах.

Далее изобретение будет пояснено подробнее со ссылкой на чертежи, на которых На фиг. 1 - трехмерное изображение первого варианта холодильника с теплонесущими трубами в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг. 2 - схематичное изображение конструкции варианта, поясняющего работу холодильника, показанного на фиг. 1.

На фиг. 3 - характерные графики, показывающие изменение температуры от времени различных частей холодильника в условиях низкой температуры холодильника, показанного на фиг. 2.

На фиг. 4 - температурная характеристика холодильника, показанного на фиг. 2, в зависимости от температуры наружного воздуха.

На фиг. 5 - поперечное сечение второго варианта холодильника с теплонесущими трубами в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг. 6 - поперечное сечение третьего варианта холодильника с теплонесущими трубами в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг. 7 - поперечное сечение четвертого варианта холодильника с теплонесущими трубами в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг. 8 - поперечное сечение пятого варианта холодильника с теплонесущими трубами в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг. 9 - схема, показывающая преобразователь энергии, в соответствии с настоящим изобретением, как использовано в железнодорожном моторном вагоне.

На фиг. 10 - коммутационная схема, показывающая главную цепь преобразователя энергии первого варианта настоящего изобретения.

Со ссылкой на фиг. 10 следует охарактеризовать предложенный в настоящем изобретении преобразователь энергии. Главная цепь, включающая инвертор 101, является составной частью преобразователя энергии, устанавливаемого под полом железнодорожного моторного вагона, работающего в секции питателя постоянного тока, присоединена к токосъемнику 106 через разъединитель цепи 105, дроссель 104 фильтра и конденсатор 102 фильтра и питается постоянным электрическим током. Инвертор 101 по конструкции представляет собой полупроводниковое устройство, включающее, например, полупроводниковое средство переключения 101a, такое как IGBT-ы и противопараллельные диоды 101b, и преобразует подаваемый постоянный ток в подвергнутый широтно-импульсной модуляции (PWM) трехфазный переменный ток с переменным напряжением и переменной частотой при выходных импульсах трех уровней, отрицательных и нейтральных. Двигатели 103 переменного тока для привода железнодорожного моторного вагона присоединены к инвертору 101 для приема переменного тока с переменным напряжением и переменной частотой и регулирования их оборотов для привода вагона. В процессе регенеративной фазы, при которой двигатели 103 переменного тока функционируют как генераторы, энергия возвращается в токосъемник 106 в направлении, противоположном направлению тока, который поступает в процессе фазы потребления энергии.

Все устройства, образующие главную цепь этого преобразователя энергии, представляют собой объекты, выделяющие тепло в систему охлаждения, если установлены с высокой плотностью, что делает напряженным тепловой режим главной цепи. Поэтому преобразователь оборудован холодильником с теплонесущими трубами. Выделяемое этими устройствами тепло не всегда является постоянным, а существенно изменяется в зависимости от расхода на нужды пассажиров и состояния железнодорожного пути. Кроме того, способность к рассеянию энергии участка, рассеивающего энергию, время от времени изменяется из-за влияния охлаждающего воздуха, обдувающего вагон в процессе движения. Из-за влияния этих факторов в диапазоне температур, когда герметизированный в теплонесущих трубах хладагент не замерзает, холодильник с теплонесущими трубами удовлетворительно выполняет функцию охлаждения по отводу тепла, образованного в преобразователе энергии. Однако в диапазоне температур ниже точки замерзания хладагента теплонесущие трубы работать не могут, что приводит к возрастанию вероятности перегрева преобразователя энергии. Холодильник в соответствии с настоящим изобретением удовлетворительно выполняет функцию охлаждения при температурах ниже и выше точки замерзания хладагента в теплонесущих трубах и тем самым предотвращает перегрев преобразователя энергии.

Далее со ссылкой на фиг. 1 будет описана конструкция первого варианта холодильника с теплонесущими трубами в соответствии с настоящим изобретением. Преобразователь энергии имеет инвертор 201 главной цепи и холодильник 10 с теплонесущими трубами. На фиг. 1 показаны шесть полупроводниковых модулей 5, входящих в состав инвертора 201 главной цепи. Холодильник имеет теплоприемник 4, несколько практически L-образных теплонесущих труб 1, монолитные металлические стержни 2 одинаковой цилиндрической формы, как и теплонесущие трубы 1, и ребра 3, прикрепленные к рассеивающим тепло участкам теплонесущих труб 1 и к монолитным металлическим стержням 2. Имеется два вида теплонесущих труб 1: теплонесущие трубы 1a, имеющие длинный рассеивающий тепло участок с прикрепленными к ним всеми ребрами 3; и теплонесущие трубы 1b, имеющие короткий рассеивающий тепло участок, с прикрепленными к ним только теми ребрами 3, которые находятся вблизи от теплоприемника 4. Эти теплонесущие трубы 1a, 1b являются тонкостенными, чтобы обеспечить хорошее рассеяние тепла от находящегося внутри хладагента в окружающий воздух. Монолитные металлические стержни 2 имеют такую же длину, как у коротких теплонесущих труб 1b, расположены вплотную к отдельным коротким теплонесущим трубам 1b и точно так же, как и они, и отделены ребрами 3 от коротких теплонесущих труб 1b. Монолитные металлические стержни 2 изготовлены из материала с высокой теплопроводностью, такого как медь и алюминий. Теплонесущие трубы 1 имеют практически вертикальный теплоприемный участок и практически горизонтальный участок конденсации. Теплоприемные участки теплонесущих труб 1 вмонтированы в теплоприемник 4 и термически связаны с ним. К участкам конденсации тепла теплонесущих труб 1 прикреплены ребра 3, а свободные концы труб слегка отогнуты кверху, чтобы обеспечить плавный возврат жидкости из участка конденсации в теплоприемный участок, даже когда вагон наклоняется. В качестве хладагента, герметизированного в теплонесущих трубах 1, можно использовать такие жидкости, как вода, фторуглерод и перфторуглерод. В данном варианте в качестве рабочей среды используют воду, которая в случае утечек не оказывает значительного влияния на окружающую среду. Другая сторона теплоприемника 4 вмонтирована в полупроводниковые модули 5 и другие составляющие инвертора 201 главной цепи преобразователя энергии и термически связана с ними.

Далее со ссылкой на фиг. 2-4 будут описаны динамические характеристики холодильника с теплонесущими трубами. На фиг. 2 схематично показаны теплонесущие трубы 1 и монолитные металлические стержни 2, стоящие вертикально.

Сначала последует пояснение со ссылкой на фиг. 3, как изменяется во времени температура различных частей холодильника с теплонесущими трубами. На фиг. 3 показано изменение температуры во времени частей HB, HL, HS и CS холодильника 10, показанного на фиг. 2, для случая, когда при температуре окружающего воздуха -50^oC был произведен пуск преобразователя энергии, который не работал в течение многих часов, и количество тепла Q, выделяемого полупроводниковыми модулями 5 и другими частями, постепенно возрастает, чтобы достичь предварительно заданного уровня (как показано одной пунктирной линией на фиг. 3). В теплонесущих трубах 1 хладагентом является чистая вода, а монолитные металлические стержни сделаны из меди. Заданный режим охлаждения холодильника 10 является таким, чтобы поддерживать допустимую температуру теплоприемника 4 с полупроводниковыми модулями 5 ниже 80^oC. Сплошными линиями на фиг. 3 показаны кривые изменения температуры различных частей холодильника 10, где A_HB представляет собой кривую температуры части HB теплоприемника, A_HL представляет собой кривую температуры части свободного конца HL участка рассеяния тепла длинных теплонесущих труб 1a, A_HS представляет собой кривую температуры части HS свободного конца участка рассеяния тепла коротких теплонесущих труб 1b и A_CS представляет собой кривую температуры части CS свободного конца участка рассеяния тепла монолитных металлических стержней 2. Когда полупроводниковые модули 5 и другие части начинают выделять тепло холодильник 10 получает тепло, и температура части HB теплоприемника 4 возрастает, как показано кривой A_HB. Температура частей HL, HS и CS теплонесущих труб 1a, 1b и монолитных металлических стержней 2 возрастает, как показано кривыми A_HL, A_HS и A_CS. Когда все эти части нагреются таким образом и температура теплоприемника 4 приближается к 0^oC, хладагент, замерзший в участках испарения теплонесущих труб 1a, 1b, начинает плавиться с превращением в жидкость, а затем начинает испаряться. Хладагент, превратившийся в газ, начинает переносить тепло в участки конденсации или участки рассеяния тепла посредством отдачи скрытой теплоты испарения. Однако передние концы теплонесущих труб 1a, 1b в это время еще имеют температуру ниже 0^oC, и вода, которая движется к участкам конденсации, замерзает после конденсации в передних концах теплонесущих труб 1a, 1b и, таким образом, не может вернуться в участки испарения. Когда хладагент в участках испарения таким образом испарится весь, участки испарения освобождаются от жидкости и теплонесущие трубы 1a, 1b становятся бездействующими. Следовательно, холодильник 10 рассеивает тепло в окружающий воздух посредством передачи тепла от теплоприемника 4, главным образом, в монолитные металлические стержни 2 и в ребра 3, прикрепленные к стержням 2, поднимая температуру A_CS монолитных металлических стержней 2 выше температуры окружающего воздуха. Режим охлаждения холодильника 10 в этом случае значительно ухудшается. Однако, поскольку температура окружающего воздуха является низкой, то температура теплоприемника 4 поддерживается ниже установочной величины 80^oC. Короткие теплонесущие трубы 1b нагреваются от ребер 3, прикрепленных к монолитным металлическим стержням 2, так что их температура A_HS является почти равной температуре A_CS монолитных металлических стержней 2.

Далее со ссылкой на фиг. 4 будет пояснено, как изменяется температура различных частей холодильника с теплонесущими трубами в зависимости от температуры наружного воздуха. На фиг. 4 показано изменение температуры различных частей холодильника для случая, когда после того, как был произведен пуск преобразователя энергии при температуре окружающего воздуха -50^oC, как показано на фиг. 3, и участок теплонесущих труб холодильника оказался не в состоянии работать, остальной хладагент замерзает в участках испарения, количество выделившегося тепла Q остается постоянным и температура окружающего воздуха постепенно возрастает до 40^oC.

Сначала при температуре окружающего воздуха B_AR -50^oC (точка 1 рабочего цикла) температура A_HB теплоприемника 4 на фиг. 3 является стабильной и, поскольку монолитные металлические стержни нагреваются за счет передачи тепла от теплоприемника 4, температура их переднего конца B_SB становится выше, чем температура B_AR наружного воздуха. Короткие теплонесущие трубы 1b нагреваются теплом, поступающим в них от монолитных металлических стержней 2, и температура B_HS их переднего конца является практически равной температуре монолитных металлических стержней 2. Когда в этом состоянии температура B_AR окружающего воздуха медленно растет, то температуры различных частей холодильника 10 также возрастают, а температура B_HB теплоприемника 4 несколько превосходит допустимую температуру 80^oC до того, как температура H_AR окружающего воздуха достигнет 0^oC (точка 2 рабочего цикла). Этот вариант, однако, имеет такую конструкцию, чтобы вызвать в монолитных металлических стержнях 2 и коротких теплонесущих трубах 1b, в целом, возрастание температуры приблизительно до 0^oC или выше до того, как температура B_HB теплоприемника 4 превысит допустимую температуру 80^oC. Таким образом, хладагент, замерзший в участках конденсации коротких теплонесущих труб 1b, плавится, обеспечивая, чтобы короткие теплонесущие трубы 1b начали выполнять свою функцию. В результате температура B_HB теплоприемника 4 может быстро снизиться в этой точке 2 рабочего цикла так, чтобы она не превысила допустимую температуру 80^oC. Когда температура B_AR окружающего воздуха возрастает от точки 2 рабочего цикла, то температуры различных частей холодильника 10 также растут и температура B_HB теплоприемника 4 приближается к допустимой температуре 80^oC. Но поскольку холодильник 10 сконструирован так, чтобы температура H_AR окружающего воздуха достигала 0^oC до того, как температура B_HB теплоприемника 4 превысит допустимую температуру 80^oC, то температура B_HL передних концов длинных теплонесущих труб 1a становится равной или выше 0^oC, обеспечивая, чтобы длинные теплонесущие трубы 1a начали выполнять свою функцию. В результате температура B_HB теплоприемника 4 может быстро снизиться от этой точки 3 рабочего цикла и поэтому не достигает допустимой температуры 80^oC. Ребра 3, прикрепленные к длинным теплонесущим трубам 1a, установлены так, чтобы поддерживать температуру B_HB теплоприемника 4 ниже 80^oC при температуре окружающего воздуха 40^oC.

Поскольку они нагреваются от монолитных коротких металлических стержней 2, то короткие теплонесущие трубы 1b могут работать, в то время как температура теплоприемника 4 еще является ниже допустимой температуры, даже если количество выделяемого тепла колеблется и уменьшается или если количество рассеиваемого тепла возрастает из-за изменения ветра, действующего в процессе движения, когда температура окружающего воздуха является ниже точки замерзания хладагента. Это позволяет обеспечить предварительно заданный режим охлаждения. Кроме того, поскольку длинные теплонесущие трубы 1a также действуют, то может быть получен необходимый режим охлаждения, что позволяет обеспечить необходимый режим охлаждения во всех диапазонах температур.

Далее будет описан второй вариант холодильника с теплонесущими трубами в соответствии с настоящим изобретением со ссылкой на фиг. 5. В данном варианте холодильника вместо монолитных металлических стержней 2, как в первом варианте, используют теплонесущие трубы 1c еще более короткой длины. В используемом холодильнике при условиях, когда колебания количества выделяемого тепла и способности рассеяния тепла не падают до очень низкой пороговой величины, нагрев более коротких теплонесущих труб теплом, поступающим от теплоприемника 4, до более высокой температуры, чем температура окружающего воздуха, которая является более низкой, чем точка замерзания хладагента, а затем нагрев коротких теплонесущих труб 1b от более коротких теплонесущих труб 1c, может довести температуру коротких теплонесущих труб 1b до величины, превышающей точку замерзания хладагента, при которой температура наружного воздуха является ниже точки замерзания хладагента. Конструкция холодильника с использованием только теплонесущих труб может снизить вес холодильника по сравнению с вариантом, когда используют монолитные металлические стержни.

Далее со ссылкой на фиг. 6 будет описан третий вариант холодильника с теплонесущими трубами в соответствии с настоящим изобретением. В данном варианте холодильника вместо монолитных металлических стержней 2 используют теплонесущие трубы 1d такой же длины, но большей толщины, чем у соседних коротких теплонесущих труб 1b. Такая конструкция не только снижает способность к рассеянию тепла у теплонесущих труб 1d большей толщины, но передача тепла утолщенными теплонесущими трубами способствует нагреву соседних теплонесущих труб.

Далее со ссылкой на фиг. 7 будет описан четвертый вариант холодильника с теплонесущими трубами в соответствии с настоящим изобретением. Этот вариант представляет собой холодильник первого варианта, имеющий теплопроводные элементы 7, прикрепленные к каждой паре, состоящей из монолитного металлического стержня 2 и соседней короткой теплонесущей трубы 1b, чтобы облегчить теплообмен между ними. Такая конструкция, кроме того, облегчает нагрев коротких теплонесущих труб 1b, расширяя рабочий диапазон коротких теплонесущих труб 1b. Это снижает температуру теплоприемника 4, что, в свою очередь, позволяет сделать конструкцию холодильника более компактной.

Далее со ссылкой на фиг. 8 будет описан пятый вариант холодильника с теплонесущими трубами в соответствии с настоящим изобретением. Этот вариант представляет собой холодильник первого варианта, в котором используют герметизированные теплонесущие трубы 1e с переменной теплопроводностью, заполненные неконденсируемым газом, вместо монолитных металлических стержней 2 спаренные с соседними короткими теплонесущими трубами 1b. При низких температурах, при которых давление пара хладагента является низким, участки конденсации теплонесущих труб 1e с переменной теплопроводностью заполнены газом, и тем самым способность рассеяния тепла естественно снижается. Следовательно, может быть обеспечена стабильная работа, даже когда выделение тепла является небольшим или когда способность рассеяния тепла у ребер постепенно возрастает.

Далее со ссылкой на фиг. 9 будет описано, как используют преобразователь энергии в соответствии с настоящим изобретением в железнодорожном моторном вагоне. На фиг. 9 схематично представлено поперечное сечение, как видно в направлении движения железнодорожного моторного вагона, оборудованного преобразователем энергии, с трехмерным изображением холодильника с теплонесущими трубами данного варианта, подробно показанного выше. Под полом корпуса вагона 107 установлен преобразователь энергии 100, который имеет главную цепь, показанную на фиг. 10, и холодильник 10, в котором использованы двухрядные теплонесущие трубы, что несколько отличается от фиг. 1. Этот вариант имеет конструкцию, в которой размер преобразователя является особенно малым в высотном направлении и поэтому, как показано на фиг. 9, холодильники устанавливают вертикально в два ряда для уменьшения габаритного размера преобразователя энергии.

Здесь приведено описание вариантов преобразователя, используемого в системе инвертора для привода индукционных двигателей, таких как двигатели переменного тока, путем подачи постоянного тока. Настоящее изобретение не ограничено этими вариантами и может использоваться также в системе преобразователя-инвертора для привода индукционных двигателей при подаче переменного тока. Хотя инвертор описан как двухуровневый преобразователь энергии, он может быть и трехуровневым преобразователем энергии. Кроме того, подходящие средства переключения включают такие средства переключения, в которых обычно используют устанавливаемую на поверхности конструкцию герметичного блока с односторонним охлаждением, такие как силовые транзисторы и MOSFET-ы (транзисторы, регулируемые полем), наряду с IGBT-ами.

При использовании настоящего изобретения можно получить холодильник с теплонесущими трубами и преобразователь энергии, который может иметь предварительно заданный режим охлаждения в условиях окружающей среды, когда температура окружающего воздуха является ниже точки замерзания хладагента в теплонесущих трубах, даже когда количество тепла, выделяемого в преобразователе энергии, изменяется в зависимости от условий работы, или когда способность рассеяния тепла изменяется в зависимости от ветра, обдувающего холодильник в процессе движения. Холодильник и преобразователь могут иметь также высокую способность к передаче тепла в процессе работы при нормальной температуре, что позволяет уменьшить их габаритный размер, включая кожух холодильника.

Настоящее изобретение может иметь другие различные формы выполнения без отклонения от сущности и основных признаков изобретения. Поэтому в данном описании предпочтительные варианты приведены в качестве неограничивающих примеров. Сфера притязаний настоящего изобретения конкретизирована в прилагаемой формуле изобретения и любые варианты, которые попадают в существо сферы притязаний формулы изобретения, входят в сферу притязаний настоящего изобретения.

Формула изобретения

1. Холодильник с теплонесущими трубами, включающий теплоприемник, прикрепленный к нагревающему объекту и имеющий высокую теплопроводность, несколько теплонесущих труб, содержащих хладагент, герметизированный в них, и имеющих один свой конец в качестве участков испарения, термически связанных с теплоприемником, и другой конец в качестве участков конденсации, выступающих из теплоприемника, и множество рассеивающих тепло ребер, прикрепленных к участкам конденсации теплонесущих труб, отличающийся тем, что теплонесущие трубы включают длинные теплонесущие трубы и короткие теплонесущие трубы, причем предусмотрен проводник тепла для передачи тепла от теплоприемника в участки конденсации коротких труб при температуре ниже точки замерзания хладагента в коротких теплонесущих трубах.

2. Холодильник с теплонесущими трубами по п.1, отличающийся тем, что проводник тепла расположен вблизи от коротких теплонесущих труб и термически связан с короткими теплонесущими трубами через рассеивающие тепло ребра, прикрепленные к коротким теплонесущим трубам.

3. Холодильник с теплонесущими трубами по п.1, отличающийся тем, что проводник тепла представляет собой металлический стержень из меди, алюминия и т.п. с высокой теплопроводностью и имеет длину, почти равную длине коротких теплонесущих труб, и расположен вблизи от них.

4. Холодильник с теплонесущими трубами по п.1 или 3, отличающийся тем, что проводник тепла присоединен к коротким теплонесущим трубам через теплопроводный элемент, большей толщины, чем рассеивающие тепло ребра.

5. Холодильник с теплонесущими трубами, включающий теплоприемник, прикрепленный к нагревающему объекту и имеющий высокую теплопроводность, несколько теплонесущих труб, содержащих хладагент, герметизированный в них, и имеющих один свой конец в качестве участков испарения, термически связанных с теплоприемником, и другой конец в качестве участков конденсации, выступающих из теплоприемника, и множество рассеивающих тепло ребер, прикрепленных к участкам конденсации теплонесущих труб, отличающийся тем, что теплонесущие трубы включают длинные теплонесущие трубы и короткие теплонесущие трубы, причем предусмотрен проводник тепла для передачи тепла от теплоприемника в участки конденсации коротких теплонесущих труб при температуре ниже точки замерзания хладагента в коротких теплонесущих трубах, при этом проводник тепла представляет собой металлический стержень из меди, алюминия и т.п. с высокой теплопроводностью и имеет длину, почти равную длине коротких теплонесущих труб, и расположен вблизи от них, и проводник термически связан с короткими теплонесущими трубами через рассеивающие тепло ребра, прикрепленные к коротким теплонесущим трубам.

6. Холодильник с теплонесущими трубами, включающий теплоприемник, прикрепленный к нагревающему объекту и имеющий высокую теплопроводность, несколько теплонесущих труб, содержащих хладагент, герметизированный в них, и имеющих один свой конец в качестве участков испарения, термически связанных с теплоприемником, и другой конец в качестве участков конденсации, выступающих из теплоприемника, и множество рассеивающих тепло ребер, прикрепленных к участкам конденсации теплонесущих труб, отличающийся тем, что теплонесущие трубы имеют более трех различных вариантов рассеяния тепла.

7. Холодильник с теплонесущими трубами, включающий теплоприемник, прикрепленный к нагревающему объекту и имеющий высокую теплопроводность, несколько теплонесущих труб, содержащих хладагент, герметизированный в них, и имеющих один свой конец в качестве участков испарения, термически связанных с теплоприемником, и другой конец в качестве участков конденсации, выступающих из теплоприемника, и множество рассеивающих тепло ребер, прикрепленных к участкам конденсации теплонесущих труб, отличающийся тем, что теплонесущие трубы включают первые длинные теплонесущие трубы, вторые короткие теплонесущие трубы и третьи более короткие теплонесущие трубы, причем третьи более короткие теплонесущие трубы предназначены для передачи тепла от теплоприемника к участкам конденсации вторых коротких теплонесущих труб при температуре ниже точки замерзания хладагента во вторых коротких теплонесущих трубах.

8. Холодильник с теплонесущими трубами, включающий теплоприемник, прикрепленный к нагревающему объекту и имеющий высокую теплопроводность, несколько теплонесущих труб, содержащих хладагент, герметизированный в них, и имеющих один свой конец в качестве участков испарения, термически связанных с теплоприемником, и другой конец в качестве участков конденсации, выступающих из теплоприемника, и множество рассеивающих тепло ребер, прикрепленных к участкам конденсации теплонесущих труб, отличающийся тем, что теплонесущие трубы включают первые длинные теплонесущие трубы, вторые короткие теплонесущие трубы и третьи короткие теплонесущие трубы, более толстостенные, чем вторые короткие теплонесущие трубы, причем третьи толстостенные теплонесущие трубы предназначены для передачи тепла от теплоприемника к участкам конденсации вторых коротких теплонесущих труб при температуре ниже точки замерзания хладагента во вторых коротких теплонесущих трубах.

9. Холодильник с теплонесущими трубами, включающий теплоприемник, прикрепленный к нагревающему объекту и имеющий высокую теплопроводность, несколько теплонесущих труб, содержащих хладагент, герметизированный в них, и имеющих один свой конец в качестве участков испарения, термически связанных с теплоприемником, и другой конец в качестве участков конденсации, выступающих из теплоприемника, и множество рассеивающих тепло ребер, прикрепленных к участкам конденсации теплонесущих труб, отличающийся тем, что теплонесущие трубы включают первые длинные теплонесущие трубы, вторые короткие теплонесущие трубы и третьи герметизированные теплонесущие трубы с несжимаемым газом, причем третьи герметизированные теплонесущие трубы с несжимаемым газом предназначены для передачи тепла от теплоприемника к участкам конденсации вторых теплонесущих труб при температуре ниже точки замерзания хладагента во вторых коротких теплонесущих трубах.

10. Преобразователь энергии, установленный под полом железнодорожного моторного вагона, содержащий цепь преобразователя энергии для преобразования постоянного электрического тока, чтобы регулировать двигатель, и холодильник с теплонесущими трубами для охлаждения цепи преобразователя энергии, отличающийся тем, что холодильник с теплонесущими трубами содержит теплоприемник, соединенный с полупроводниковым устройством, входящим в состав цепи преобразователя энергии, и имеющий высокую теплопроводность, несколько теплонесущих труб, содержащих хладагент, герметизированный в них, и имеющих один свой конец в качестве участков испарения, термически связанных с теплоприемником, и другой конец в качестве участков конденсации, выступающих из теплоприемника, и множество рассеивающих тепло ребер, прикрепленных к участкам конденсации теплонесущих труб, в котором теплонесущие трубы включают длинные теплонесущие трубы и короткие теплонесущие трубы, и предусмотрен проводник тепла для передачи тепла от теплоприемника в участки конденсации коротких теплонесущих труб при температуре ниже точки замерзания хладагента в коротких теплонесущих трубах.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10