电力机车余热直接利用装置及电力机车的制作方法

1.本实用新型涉及重载运输领域，具体而言，涉及一种电力机车余热直接利用装置及电力机车。


背景技术：

2.当前，电力机车司机室取暖采用电取暖的方式、即采用膝炉，暖风机、空调等以电能为能源的供暖方式。在冬季低温天气，机车运行过程中，暖风炉、膝炉，空调等需要全部投入运行，才能确保司机室处于人体感觉舒适的温度区间，机车驾驶人员能够正常工作。
3.电力机车的机械室，没有专门设计的供暖设备。国内北方地区运行的机车机械室的制动系统管路，风管等大多采用额外的、临时的保温措施，如电伴热管路或者加装保温棉等。这些额外的电能加热方式可以避免有冷凝水冻结、堵塞管路。
4.电力驱动的交流电力机车，牵引变流器和牵引变压器运行过程中伴随大量热量产生。牵引变流器和变压器通过冷却介质采用复合冷却塔冷却。复合冷却塔通过强迫通风的方式进行散热。相关技术中的交流电力机车，牵引变流器散热功率约为121kw，变压器散热功率约为150kw。
5.如上述内容，交流电力机车司机室采用膝炉、暖风炉、空调等以电能为能源的取暖方式。电热丝供暖导致司机室内空气干燥，体感舒适度低。干燥空气加速驾驶员视觉疲劳，加速驾驶员倦怠，不利于驾驶人员长期保持良好的精神状态，同时也不利于驾驶人员健康。干燥空气容易导致空间内静电频发，静电容易导致驾驶室内的电子设备被击穿、烧毁，威胁行车安全。
6.交流电力机车司机室大约15立方米，冬季行车过程中，为了保持司机室内温度16℃以上。膝炉、暖风机、空调等需要全部投入运行，才能提供约25kw的热功率，单节电力机车供暖能耗大约为6kw
‑
8kw。机车供暖耗费了大量的电能。
7.电力机车机械室内，为了避免制动系统管路、风管等因温差产生大量的凝结水冻结，需要采用电伴热保温措施，电伴热功率大约为3kw
‑
5kw。电伴热耗费了一定量的电能，且容易产生着火、漏电等安全隐患。


技术实现要素：

8.本实用新型的主要目的在于提供一种电力机车余热直接利用装置及电力机车，以解决相关技术中的电力机车的司机室和机械室在低温天气进行电取暖导致空气干燥和耗费大量电能的问题，进而节约了能源，低碳绿色，有利于环保。
9.为了实现上述目的，根据本实用新型的一个方面，提供了一种电力机车余热直接利用装置，包括：发热装置，包括变流器或者变压器，发热装置具有液体箱，液体箱包括第一进口和第一出口；散热装置，包括第二进口和第二出口，其中，第一出口与第二进口连通；冷却塔，包括第三进口和第三出口，其中，第二出口与第三进口连通；泵体，包括第四进口和第四出口，其中，第三出口与第四进口连通，第四出口与第一进口连通。
10.进一步地，第一出口与第二进口之间通过第一连通管路连通，第一连通管路上设置有第一阀门。
11.进一步地，第二出口与第三进口之间通过第二连通管路连通，第二连通管路上设置有第二阀门。
12.进一步地，第一连通管路与第二连通管路之间通过第三连通管路连通，第三连通管路上设置有第三阀门，第三连通管路的第一端位于第一出口和第一阀门之间，第三连通管路的第二端位于第三进口和第二阀门之间。
13.进一步地，第二连通管路上还间隔地设置有第一温度检测器以及压力检测器，第一温度检测器和压力检测器均位于第三连通管路的第二端和第三进口之间。
14.进一步地，当发热装置包括变流器时，液体箱中盛放水冷却液，泵体为水泵；散热装置包括多个暖气片，多个暖气片依次串联，多个暖气片中最上游的暖气片的第二进口与第一出口连通，多个暖气片中最下游的暖气片的第二出口与第三进口连通。
15.进一步地，当发热装置包括变压器时，液体箱中盛放油，泵体为油泵；散热装置包括多个散热器，多个散热器依次串联，多个散热器中最上游的散热器的第二进口与第一出口连通，多个散热器中最下游的散热器的第二出口与第三进口连通。
16.根据本实用新型的另一方面，提供了一种电力机车，包括司机室、机械室、电控柜、以及电力机车余热直接利用装置，电力机车余热直接利用装置为上述的电力机车余热直接利用装置，电力机车余热直接利用装置中的散热装置位于司机室和/或机械室内；电控柜包括电源以及控制器，电力机车余热直接利用装置包括第一温度检测器和压力检测器，第一温度检测器和压力检测器均与控制器连接。
17.进一步地，电力机车还包括第一风扇以及第二温度检测器，第一风扇和第二温度检测器均安装在司机室内，第一风扇位于散热装置的底部或侧部外，第二温度检测器与控制器连接。
18.进一步地，电力机车还包括第二风扇以及第三温度检测器，第二风扇和第三温度检测器均安装在机械室，第二风扇位于散热装置的底部或侧部外，第三温度检测器与控制器连接。
19.应用本实用新型的技术方案，电力机车余热直接利用装置包括：发热装置、散热装置、冷却塔和泵体。发热装置包括变流器或者变压器。发热装置具有液体箱。液体箱包括第一进口和第一出口。散热装置包括第二进口和第二出口。其中，第一出口与第二进口连通。冷却塔包括第三进口和第三出口。其中，第二出口与第三进口连通。泵体包括第四进口和第四出口，其中，第三出口与第四进口连通，第四出口与第一进口连通。将散热装置安装在电力机车的司机室和机械室内，泵体使从第四进口进入的液体具有动能，发热装置的液体箱内的液体产生热量后变成热源，通过泵体的动能将液体引入至司机室内的散热装置中，用于低温天气为司机室直接供暖，实现余热利用供暖代替电供暖，避免司机室空气干燥。通过泵体的动能将液体引入至机械室内的散热装置中，能够直接用于机械室空间取暖，实现余热利用供暖代替电供暖，能够确保制动系统管路，风管等所在空间温度保持5℃以上，避免凝结水析出和管路冻结。节约了电力机车消耗的电能，提升了电力机车电能效率，降低了吨公里耗能量，有利于提高重载运输领域对于能源的清洁高效利用。因此，本技术的技术方案有效地解决了相关技术中的电力机车的司机室和机械室在低温天气进行电取暖导致空气
干燥和耗费大量电能的问题。
附图说明
20.构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
21.图1示出了根据本实用新型的电力机车余热直接利用装置的实施例一的利用变流器余热的结构简图；
22.图2示出了图1的电力机车余热直接利用装置的冷却塔的局部剖视示意图；
23.图3示出了根据本实用新型的电力机车余热直接利用装置的实施例二的利用变压器余热的结构简图；以及
24.图4示出了根据本实用新型的电力机车的实施例的俯视结构简图。
25.其中，上述附图包括以下附图标记：
26.10、变流器；20、变压器；41、暖气片；42、散热器；50、冷却塔；51、第三进口；52、第三出口；61、泵体；611、第四进口；612、第四出口；70、机械室；80、司机室；81、第一连通管路；82、第二连通管路；83、第三连通管路；84、第一温度检测器；85、压力检测器；91、第一阀门；92、第二阀门；93、第三阀门。
具体实施方式
27.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
28.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
29.除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本实用新型的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
30.如图1至图4所示，实施例一的电力机车余热直接利用装置包括：发热装置、散热装置、冷却塔50和泵体61。发热装置包括变流器10。发热装置具有液体箱。液体箱包括第一进口和第一出口。散热装置包括第二进口和第二出口。其中，第一出口与第二进口连通。冷却
塔50包括第三进口51和第三出口52。其中，第二出口与第三进口51连通。泵体61包括第四进口611和第四出口612，其中，第三出口52与第四进口611连通，第四出口612与第一进口连通。
31.应用实施例一的技术方案，将散热装置安装在电力机车的司机室80和机械室70内，泵体61使从第四进口611进入的液体具有动能，变流器10的液体箱内的液体产生热量后变成热源，通过泵体61的动能将液体引入至司机室80内的散热装置中，用于低温天气为司机室80直接供暖，实现余热利用供暖代替电供暖，避免司机室空气干燥。通过泵体61的动能将液体引入至机械室70内的散热装置中，能够直接用于机械室空间取暖，实现余热利用供暖代替电供暖，能够确保制动系统管路，风管等所在空间温度保持5℃以上，避免凝结水析出和管路冻结。节约了电力机车消耗的电能，提升了电力机车电能效率，降低了吨公里耗能量，有利于提高重载运输领域对于能源的清洁高效利用。因此，实施例一的技术方案有效地解决了相关技术中的电力机车的司机室和机械室在低温天气进行电取暖导致空气干燥和耗费大量电能的问题。需要说明的是，电力机车余热直接利用装置中的“直接”是指经过变流器10的液体箱内的液体产生热量直接供给散热装置，无需通过换热器等装置。
32.如图1所示，第一出口与第二进口之间通过第一连通管路81连通，第一连通管路81上设置有第一阀门91。第一阀门91的设置便于开启或者关闭第一连通管路81，以使第一连通管路81流通液体或者不流通液体。
33.如图1所示，第二出口与第三进口51之间通过第二连通管路82连通，第二连通管路82上设置有第二阀门92。第二阀门92的设置便于开启或者关闭第二连通管路82，以使第二连通管路82流通液体或者不流通液体。
34.如图1所示，第一连通管路81与第二连通管路82之间通过第三连通管路83连通。第三连通管路83上设置有第三阀门93，第三连通管路83的第一端位于第一出口和第一阀门91之间。第三连通管路83的第二端位于第三进口51和第二阀门92之间。第三阀门93的设置便于开启或者关闭第三连通管路83，以使第三连通管路83流通液体或者不流通液体。
35.如图1所示，第二连通管路82上还间隔地设置有第一温度检测器84以及压力检测器85。第一温度检测器84和压力检测器85均位于第三连通管路83的第二端和第三进口51之间。第一温度检测器84用于检测第二连通管路82内液体的温度，具备高温报警功能。第一温度检测器84的温度测量范围为0
‑
100℃。压力检测器85用于监测第二连通管路82内的液体压力，防止泵体61过载以及第二连通管路82泄漏。第一温度检测器84优选为温度变送器；压力检测器85优选为压力变送器。
36.如图1所示，当发热装置包括变流器10时，液体箱中盛放水冷却液，泵体61为水泵。水冷却液优选为乙二醇水冷却液。这样，泵体61能够泵送乙二醇水冷却液。泵体61的功率为3kw，扬程为10m，采用变频器控制。
37.在实施例一中，交流电力机车的牵引变流器运行过程中会伴随着大量的热量产生，交流电力机车的牵引变流器产生的热量大约为121kw左右，牵引变流器采用乙二醇水冷却液通过复合冷却塔进行冷却。牵引变流器的乙二醇水冷却液的流量为20m3/h。
38.如图1所示，散热装置包括两个暖气片41，两个暖气片41依次串联，两个暖气片41中最上游的暖气片41的第二进口与第一出口连通，两个暖气片41中最下游的暖气片41的第二出口与第三进口51连通。当然，在图中未示出的实施例中，暖气片的数量可以不限于两
个，还可以是一个、三个及以上。暖气片41能够充分利用变流器10的液体箱内的液体产生的热量，给司机室和机械室供暖。
39.需要说明的是，最上游的暖气片41是指与第一出口直接连通的一个暖气片41。最下游的暖气片41是指与第三进口51直接连通的一个暖气片41。
40.如图1所示，牵引变流器的乙二醇水冷却液经过冷却塔50的第三进口51进入至冷却塔50中，经过冷却塔50的冷却后，经第三出口52接入泵体61，经过泵体61后流入牵引变流器的液体箱中，关闭第三阀门93，开启第一阀门91，液体箱内的液体进入至第一连通管路81中，从最上游的暖气片41的第二进口进入至司机室的两个暖气片41中，开启第二阀门92，经过最下游的暖气片41的第二出口流回冷却塔50中。其中，最下游的暖气片41的第二出口处的乙二醇水冷却液的温度为63℃左右；第三出口52处的乙二醇水冷却液的温度为60℃左右；变流器10的第一出口处的乙二醇水冷却液的温度为66℃左右。每个暖气片41的热功率为15kw。
41.在实施例一中，第一连通管路81、第二连通管路82以及第三连通管路83均优选采用dn50的管。
42.在本技术的电力机车余热直接利用装置的实施例二中，与实施例一的区别在于发热装置包括变压器。如图3和图4所示，在实施例二中，当发热装置包括变压器20时，液体箱中盛放油，泵体61为油泵。变压器优选为牵引变压器。
43.在实施例二中，交流电力机车的牵引变压器运行过程中产生大量的热量，交流电力机车的牵引变压器产生的热量大约为150kw左右，牵引变压器采用油冷却通过复合冷却塔进行冷却，油流量为45m3/h。
44.应用实施例二的技术方案，将散热装置安装在电力机车的司机室80和机械室70内，泵体61使从第四进口611进入的液体具有动能，变压器20的液体箱内的液体产生热量后变成热源，通过泵体61的动能将液体引入至司机室内的散热装置中，用于低温天气为司机室80直接供暖，实现余热利用供暖代替电供暖，避免司机室空气干燥。通过泵体61的动能将液体引入至机械室70内的散热装置中，能够直接用于机械室空间取暖，实现余热利用供暖代替电供暖，能够确保制动系统管路，风管等所在空间温度保持5℃以上，避免凝结水析出和管路冻结。节约了电力机车消耗的电能，提升了电力机车电能效率，降低了吨公里耗能量，有利于提高重载运输领域对于能源的清洁高效利用。因此，实施例二的技术方案有效地解决了相关技术中的电力机车的司机室和机械室在低温天气进行电取暖导致空气干燥和耗费大量电能的问题。
45.如图3所示，牵引变流器的油经过冷却塔50的第三进口51进入至冷却塔50中，经过冷却塔50的冷却后，经第三出口52接入泵体61，经过泵体61后流入牵引变流器的液体箱中，关闭第三阀门93，开启第一阀门91，液体箱内的液体进入至第一连通管路81中，从最上游的散热器42的第二进口进入至司机室80的两个散热器42中，开启第二阀门92，经过最下游的散热器42的第二出口流回冷却塔50中。其中，最下游的散热器42的第二出口处的油的温度为81℃左右；第三出口52处的油的温度为78℃左右；变流器10的第一出口处的油的温度为85℃左右。每个散热器42的热功率为20kw。
46.散热装置包括两个散热器42，两个散热器42依次串联，两个散热器42中最上游的散热器42的第二进口与第一出口连通，两个散热器42中最下游的散热器42的第二出口与第
三进口51连通。当然，在图中未示出的实施例中，散热器的数量可以不限于两个，还可以是一个、三个及以上。散热器42能够充分利用变流器10的液体箱内的液体产生的热量，给司机室80和机械室70供暖。
47.需要说明的是，最上游的散热器42是指与第一出口直接连通的一个散热器42。最下游的散热器42是指与第三进口51直接连通的一个散热器42。
48.在本技术中，冷却塔50优选为复合冷却塔。复合冷却塔是用来对牵引变压器和牵引变流器进行冷却的设备，其通过各个管路、泵体与牵引变流器或者牵引变压器相连。冷却塔50采用复合结构，上层用于牵引变流器的冷却液散热，下层用于牵引变压器的油散热。采用强迫通风与双层散热器进行热交换。复合冷却塔风机由变频变压变流器(vvvf)提供变频变压电源。3ac 440v(80～440v，10～60hz)，电机的电压和频率由控制系统根据牵引变流器的水温，牵引变压器的油温等因素决定。
49.在相关技术中，交流电力机车的司机室空间体积大约15m3，由前挡风玻璃、两侧车门、侧窗、车顶及侧壁铁皮等组成。司机室安装有2台2kw电加热后墙暖风机，2个膝炉，功率为0.8kw，空调可以输出的热功率为6kw。
50.在相关技术中，后墙暖风机和膝炉采用电热丝的方式，通过小风扇、加速空气流动。空调的加热方式与暖风机类似。这样的加热方式容易导致司机室内空气干燥，干燥空气容易导致静电频发，威胁电子器件的安全。
51.在相关技术中，交流电力机车机械室用于安装车体内的所有机械设备，例如牵引变流器、复合冷却塔、电源柜、低压柜、信号柜、制动柜、空压机以及风缸等。位于单节机车尾部的制动柜、空气压缩机等压缩空气管路为避免管路内外温差导致冷凝水析出冻结堵塞管路，通常管路、接头，阀门等采用电伴热。伴热带的典型功率为3kw左右。除了电伴热，保温棉等，机械室内没有其他的供暖设备。
52.本技术还提供了一种电力机车，如图1至图4所示，本实施例的电力机车包括司机室80、机械室70、电控柜、以及电力机车余热直接利用装置，电力机车余热直接利用装置中的散热装置位于司机室80和机械室70内，电力机车余热直接利用装置为上述的电力机车余热直接利用装置。由于上述的电力机车余热直接利用装置能够解决相关技术中的电力机车的司机室和机械室在低温天气进行电取暖导致空气干燥和耗费大量电能的问题，包括该电力机车余热直接利用装置的电力机车能够解决同样的技术问题。并且通过将牵引变流器、牵引变压器运行过程中产生的热量再利用、解决了司机室，机械室取暖用能、司机室空气干燥等一系列问题。节约了电力机车消耗的电能，提升了电力机车电能效率，降低了吨公里耗能量，有利于提高重载运输企业对于能源的清洁，高效利用。电控柜包括电源以及控制器，电力机车余热直接利用装置包括第一温度检测器84和压力检测器85，第一温度检测器84和压力检测器85均与控制器连接。上述的电控柜用于电力机车余热直接利用装置的供电及控制，电源的功率为10kw，控制器采用plc控制器控制，并配置小型人机界面，用于信息显示及操作。电控柜具有上位机接口，易于集成到电力机车控制系统中。
53.如图1和图4所示，电力机车还包括第一风扇以及第二温度检测器，第一风扇和第二温度检测器均安装在司机室80内，第一风扇位于散热装置的底部或侧部外，第二温度检测器与控制器连接。第一风扇能够加速空气流动，扩散散热装置的热量，增加散热装置热交换的效率。第二温度检测器用于测量司机室80内的空气温度，控制器根据该第二温度检测
器测量的温度数据，自动启动停止供热循环管路，自动调节泵体61的流量，从而控制司机室80内的温度。第二温度检测器优选为温度变送器。
54.如图1和图4所示，电力机车还包括第二风扇以及第三温度检测器，第二风扇和第三温度检测器均安装在机械室70，第二风扇位于散热装置的底部或侧部外，第三温度检测器与控制器连接。第二风扇能够加速空气流动，扩散散热装置的热量，增加散热装置热交换的效率。第三温度检测器用于测量机械室70内的空气温度，控制器根据该第三温度检测器测量的温度数据，自动启动停止供热循环管路，自动调节泵体61的流量，从而控制机械室70内的温度。第三温度检测器优选为温度变送器。在机械室70中安装保温防火隔板，将机械室70所在空间单独隔离，形成封闭空间，空间体积大约25m3。
55.在本实用新型的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
56.为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在
……
之上”、“在
……
上方”、“在
……
上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在
……
上方”可以包括“在
……
上方”和“在
……
下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
57.此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制。
58.以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。