一种混合动力轨道车余热利用系统及控制方法与流程

本发明属于混合动力轨道车技术领域，尤其涉及一种混合动力轨道车余热利用系统及控制方法。

背景技术：

为了保证旅客乘车的舒适性，要求混合动力轨道车的空调系统能够在低温环境下提供大量暖气，以便为司机室和乘客室供暖，由于混合动力轨道车空间大，因此，需要消耗的电加热功率大，影响轨道车运行效率。

混合动力轨道车除了配置有弓网或第三轨电力供电以外，还配置有柴油机作为辅助动力，因此，该类机车发热元件有变压器和柴油机，如果能够利用变压器和柴油机运行时的余热为司机室供暖或者为柴油机预热，将能减小整个轨道车的能量消耗，提高轨道车的运行效率。

在汽车行业或其他民用行业虽然也有对柴油机进行余热回收利用的装置或方法，例如授权公告号为cn2851617，名称为以柴油机尾气预热油箱柴油的装置的专利文献，但是并没有利用变压器余热为柴油机预热的装置或方法，工业用或民用移动电源车、电站对柴油机进行预热多数是利用蓄电池供电进行电加热，其原因在于：一是混合动力汽车或民用混合动力车没有变压器；二是即使有变压器，也因为在结构上，柴油机与变压器之间无关联关系，不能利用变压器为柴油机预热，且柴油机与变压器的冷却介质不同，柴油机一般采用水冷，变压器一般采用油冷，导致在技术上不可能利用变压器余热对柴油机进行预热，利用其他能源（例如蓄电池）进行预热，浪费能源。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种混合动力轨道车余热利用系统及控制方法，以解决现有混合动力轨道车为司机室供暖消耗能量大而影响运行效率，以及供电模式切换过程中不能无间断切换等问题。

本发明独立权利要求的技术方案解决了上述发明目的中的一个或多个。

本发明是通过如下的技术方案来解决上述技术问题的：一种混合动力轨道车余热利用系统，包括变压器换热器、柴油机换热器、空调换热器、第一水泵、第二水泵以及第三水泵；所述第一水泵的入口通过第一管路与所述空调换热器的第二端口连接，第一水泵的出口通过第二管路与变压器换热器的第一端口连接，所述变压器换热器的第二端口通过第三管路与柴油机换热器的第二端口连接，所述柴油机换热器的第一端口通过第四管路与空调换热器的第一端口连接；所述变压器换热器的第三端口通过第五管路与变压器的输入口连接，变压器换热器的第四端口通过第六管路与变压器的输出口连接，所述第二水泵设于第五管路上；所述柴油机换热器的第三端口通过第七管路与柴油机的输入口连接，柴油机换热器的第四端口通过第八管路与柴油机的输出口连接，所述第三水泵设于第七管路上；其特征是：

还包括第一电磁阀、第二电磁阀以及第三电磁阀；所述第一电磁阀设于所述第二管路上，且所述第一电磁阀还通过第九管路与所述第三管路连接；在所述变压器换热器第二端口与第九管路之间的第三管路上设有第二电磁阀，且所述第二电磁阀还通过第十管路与所述第四管路连接；在所述柴油机换热器第一端口与第十管路之间的第四管路上设有第三电磁阀，且所述第三电磁阀还通过第十一管路与第一管路连接；所述第一电磁阀、第二电磁阀以及第三电磁阀均由dcu（drivecontrolunit，牵引控制单元）控制。

本发明所述混合动力轨道车余热利用系统，通过控制第一电磁阀、第二电磁阀以及第三电磁阀，实现变压器供热模式、柴油机供热模式、柴油机预热模式以及变压器供热柴油机预热模式四种不同的工作模式，从而实现四种不同的功能；在变压器供热模式或柴油机供热模式下，利用变压器或柴油机的余热为空调换热器加热，从而将热量带入司机室为司机室供暖，在提高了变压器或柴油机散热能力的同时，提高了司机室供暖功率，降低了司机室电加热功率，节能环保，提高了机车运行效率；在柴油机预热模式或变压器供热柴油机预热模式下，利用变压器的余热为柴油机换热器加热，减少了柴油机预热时间，实现了机车弓网或第三轨电力供电无间断地切换至柴油机供电，保证了机车无间断供电，提高了柴油机使用寿命。该余热利用系统仅在原有结构的基础上增加管路和电磁阀即可实现柴油机和变压器的余热利用，结构简单，效果显著。

进一步地，所述第一水泵、第二水泵以及第三水泵均通过一无极调速模块与对应的水泵变速电机连接，通过控制水泵变速电机转速实现管路内冷却液流量的无极调节，从而实现了热量利用的无极调节。

进一步地，所述空调换热器设于空调机组内，使空调机组的结构更加紧凑，节省了司机室空间。

本发明还提供一种如上所述混合动力轨道车余热利用系统的控制方法，包括：

弓网或第三轨电力供电模式下，控制第一电磁阀的第一端口与第三端口接通，第二电磁阀的第一端口与第三端口接通，第三电磁阀关断，使从空调换热器第二端口流出的冷却液在第一水泵的压力作用下，经第一电磁阀流入变压器换热器的第一端口，进行热交换吸收变压器的热量后，再从变压器换热器的第二端口流出，经第二电磁阀和第十管路流入空调换热器的第一端口，利用变压器的余热对空调换热器加热，实现司机室供暖；

弓网或第三轨电力供电模式切换至柴油机供电模式下，控制第一电磁阀的第一端口与第三端口接通，第二电磁阀的第二端口与第三端口接通，第三电磁阀的第一端口与第二端口接通，使从柴油机换热器第一端口流出的冷却液经第三电磁阀和第十一管路后流入第一水泵，在第一水泵的压力作用下，经第一电磁阀流入变压器换热器的第一端口，进行热交换吸收变压器的热量后，再从变压器换热器的第二端口流出，经第二电磁阀和第三管路流入柴油机换热器的第二端口，利用变压器的余热对柴油机换热器加热，实现柴油机预热；

柴油机供电模式下，控制第一电磁阀的第一端口和第二端口接通，第二电磁阀关断，第三电磁阀的第二端口和第三端口接通，使从空调换热器第二端口流出的冷却液在第一水泵的压力作用下，经第一电磁阀、第九管路和第三管路流入柴油机换热器的第二端口，进行热交换吸收柴油机的热量后，再从柴油机换热器的第一端口流出，经第三电磁阀和第四管路流入空调换热器的第一端口，利用柴油机的余热对空调换热器加热，实现司机室供暖。

本发明所述控制方法，通过对第一电磁阀、第二电磁阀以及第三电磁阀的控制，形成不同的冷却液循环回路，在不同的冷却液循环回路中，通过吸收变压器或柴油机的余热来实现对司机室空调换热器和/或柴油机换热器的加热，从而实现对司机室供暖或柴油机预热，降低了司机室电加热功率，提高了机车运行效率，提高了变压器或柴油机的散热能力，减少了柴油机预热时间，保证了机车供电的无间断切换。

进一步地，所述控制方法还包括：弓网或第三轨电力供电模式切换至柴油机供电模式下，控制第一电磁阀的第一端口与第三端口接通，第二电磁阀的第二端口与第三端口接通，第三电磁阀的第二端口与第三端口接通，使从空调换热器第二端口流出的冷却液在第一水泵的压力作用下，经第一电磁阀流入变压器换热器的第一端口，进行热交换吸收变压器的热量后，再从变压器换热器的第二端口流出，经第二电磁阀和第三管路流入柴油机换热器的第二端口，并从柴油机换热器的第一端口流出，经第三电磁阀和第四管路流入空调换热器的第一端口，利用变压器的余热对柴油机换热器和空调换热器加热，实现柴油机预热和司机室供暖。

有益效果

与现有技术相比，本发明所提供的一种混合动力轨道车余热利用系统及控制方法，通过控制第一电磁阀、第二电磁阀以及第三电磁阀，实现变压器供热模式、柴油机供热模式、柴油机预热模式以及变压器供热柴油机预热模式四种不同的工作模式；在变压器供热模式或柴油机供热模式下，利用变压器或柴油机的余热为空调换热器加热，从而将热量带入司机室为司机室供暖，在提高了变压器或柴油机散热能力的同时，提高了司机室供暖功率，降低了司机室电加热功率，节能环保，提高了机车运行效率；在柴油机预热模式或变压器供热柴油机预热模式下，利用变压器的余热为柴油机换热器加热，减少了柴油机预热时间，实现了机车弓网或第三轨电力供电无间断地切换至柴油机供电，保证了机车无间断供电，提高了柴油机使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例中变压器供热模式下的工作原理图；

图2是本发明实施例中柴油机预热模式下的工作原理图；

图3是本发明实施例中变压器供热柴油机预热模式下的工作原理图；

图4是本发明实施例中柴油机供热模式下的工作原理图；

其中，1-第一管路，2-第二管路，3-第三管路，4-第四管路，5-第五管路，6-第六管路，7-第七管路，8-第八管路，9-第九管路，10-第十管路，11-第十一管路，12-水泵变速电机，虚线箭头表示加热前的冷却液，实线箭头表示加热后的冷却液，黑色填充管路表示有冷却液流通的管路，无填充管路表示无冷却液流通的管路；

图5是本发明实施例中各模式下的工作流程图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-4所示，本发明所提供的一种混合动力轨道车余热利用系统，包括变压器换热器h2、柴油机换热器h3、空调换热器h1、第一水泵m1、第二水泵m2、第三水泵m3、第一电磁阀d1、第二电磁阀d2以及第三电磁阀d3；第一水泵m1的入口通过第一管路1与空调换热器h1的第二端口b连接，第一水泵m1的出口通过第二管路2与变压器换热器h2的第一端口a连接，变压器换热器h2的第二端口b通过第三管路3与柴油机换热器h3的第二端口b连接，柴油机换热器h3的第一端口a通过第四管路4与空调换热器h1的第一端口a连接；变压器换热器h2的第三端口c通过第五管路5与变压器的输入口连接，变压器换热器h2的第四端口d通过第六管路6与变压器的输出口连接，第二水泵m2设于第五管路5上；柴油机换热器h3的第三端口c通过第七管路7与柴油机的输入口连接，柴油机换热器h3的第四端口d通过第八管路8与柴油机的输出口连接，第三水泵m3设于第七管路7上；第一电磁阀d1设于第二管路2上，且第一电磁阀d1还通过第九管路9与第三管路3连接；在变压器换热器h2第二端口b与第九管路9之间的第三管路3上设有第二电磁阀d2，且第二电磁阀d2还通过第十管路10与第四管路4连接；在柴油机换热器h3第一端口a与第十管路10之间的第四管路4上设有第三电磁阀d3，且第三电磁阀d3还通过第十一管路11与第一管路1连接；第一电磁阀d1、第二电磁阀d2以及第三电磁阀d3均由dcu控制。

第一水泵m1、第二水泵m2以及第三水泵m3均通过无极调速模块与对应的水泵变速电机12连接，通过控制水泵变速电机12转速实现管路内冷却液流量的无极调节，从而实现了热量利用的无极调节。

空调换热器h1设于空调机组内部，使空调机组的结构更加紧凑，节省了司机室空间。

机车运行在不同的供电模式下，dcu控制第一电磁阀d1、第二电磁阀d2以及第三电磁阀d3不同的端口接通或关断，形成不同的冷却液循环回路，实现变压器供热模式、柴油机供热模式、柴油机预热模式以及变压器供热柴油机预热模式四种不同的工作模式，从而利用变压器或柴油机余热对司机室供暖，或利用变压器余热对柴油机预热，或利用变压器余热对柴油机预热和司机室供暖。

机车运行在弓网或第三轨电力供电模式下，变压器将弓网或第三轨电力的高压降低至机车供电系统可接受的低压，此时可以利用变压器变压产生的大量热量来为司机室供暖，如图1和5所示，变压器供热模式的具体工作过程为：控制第一电磁阀d1的第一端口a与第三端口c接通、第二端口b关断，第二电磁阀d2的第一端口a与第三端口c接通、第二端口b关断，第三电磁阀d3关断，使从空调换热器h1第二端口b流出的冷却液在第一水泵m1的压力作用下，经第一电磁阀d1流入变压器换热器h2的第一端口a，从变压器换热器h2的第三端口c流入变压器，吸收变压器产生的热量，从变压器流入变压器换热器h2的第四端口d，再从变压器换热器h2的第二端口b流出，经第二电磁阀d2和第十管路10流入空调换热器h1的第一端口a，利用变压器余热对空调换热器h1加热，并通过空调送风将热量带入司机室为司机室供暖。

机车运行在弓网或第三轨电力供电模式切换至柴油机供电模式下是指机车运行在弓网或第三轨电力供电模式下，即将进入柴油机供电模式；在弓网或第三轨电力断电前，利用变压器余热为柴油机预热，可以节省柴油机预热时间，实现切换过程中机车供电无间断，如图2和5所示，柴油机预热模式的具体工作过程为：控制第一电磁阀d1的第一端口a与第三端口c接通、第二端口b关断，第二电磁阀d2的第二端口b与第三端口c接通、第一端口a关断，第三电磁阀d3的第一端口a与第二端口b接通、第三端口c关断，使从柴油机换热器h3第一端口a流出的冷却液经第三电磁阀d3和第十一管路11后流入第一水泵m1，在第一水泵m1的压力作用下，经第一电磁阀d1流入变压器换热器h2的第一端口a，从变压器换热器h2的第三端口c流入变压器，吸收变压器产生的热量，从变压器流入变压器换热器h2的第四端口d，再从变压器换热器h2的第二端口b流出，经第二电磁阀d2和第三管路3流入柴油机换热器h3的第二端口b，从柴油机换热器h3的第三端口c流入柴油机，为柴油机预热，从柴油机流入柴油机换热器h3的第四端口d，再从柴油机换热器h3的第一端口a流出，利用变压器的余热对柴油机换热器h3加热，实现柴油机预热。

机车运行在弓网或第三轨电力供电模式切换至柴油机供电模式下，还可以利用变压器余热同时为司机室供暖和柴油机预热，如图3和5所示，变压器供热柴油机预热模式的具体工作过程为：控制第一电磁阀d1的第一端口a与第三端口c接通、第二端口b关断，第二电磁阀d2的第二端口b与第三端口c接通、第一端口a关断，第三电磁阀d3的第二端口b与第三端口c接通、第一端口a关断，使从空调换热器h1第二端口b流出的冷却液在第一水泵m1的压力作用下，经第一电磁阀d1流入变压器换热器h2的第一端口a，从变压器换热器h2的第三端口c流入变压器，吸收变压器产生的热量，从变压器流入变压器换热器h2的第四端口d，再从变压器换热器h2的第二端口b流出，经第二电磁阀d2和第三管路3流入柴油机换热器h3的第二端口b，从柴油机换热器h3的第三端口c流入柴油机，为柴油机预热，从柴油机流入柴油机换热器h3的第四端口d，并从柴油机换热器h3的第一端口a流出，利用变压器的余热对柴油机换热器h3加热，实现柴油机预热，经第三电磁阀d3和第四管路4流入空调换热器h1的第一端口a，利用变压器的余热对空调换热器h1加热，并通过空调送风将热量带入司机室为司机室供暖。

机车运行在柴油机供电模式下，利用柴油机发电为机车提供动力，柴油机发电产生的热量可以为司机室供暖，如图4和5所示，控制第一电磁阀d1的第一端口a和第二端口b接通、第三端口c关断，第二电磁阀d2关断，第三电磁阀d3的第二端口b和第三端口c接通、第一端口a关断，使从空调换热器h1第二端口b流出的冷却液在第一水泵m1的压力作用下，经第一电磁阀d1、第九管路9和第三管路3流入柴油机换热器h3的第二端口b，从柴油机换热器h3的第三端口c流入柴油机，吸收柴油机发电时产生的热量，从柴油机流入柴油机换热器h3的第四端口d，再从柴油机换热器h3的第一端口a流出，经第三电磁阀d3和第四管路4流入空调换热器h1的第一端口a，利用柴油机的余热对空调换热器h1加热，并通过空调送风将热量带入司机室为司机室供暖。

本发明还提供一种如上所述混合动力轨道车余热利用系统的控制方法，包括：

弓网或第三轨电力供电模式下，控制第一电磁阀d1的第一端口a与第三端口c接通，第二电磁阀d2的第一端口a与第三端口c接通，第三电磁阀d3关断，使从空调换热器h1第二端口b流出的冷却液在第一水泵m1的压力作用下，经第一电磁阀d1流入变压器换热器h2的第一端口a，进行热交换吸收变压器的热量后，再从变压器换热器h2的第二端口b流出，经第二电磁阀d2和第十管路10流入空调换热器h1的第一端口a，利用变压器的余热对空调换热器h1加热，实现司机室供暖，如图1和5所示。

弓网或第三轨电力供电模式切换至柴油机供电模式下，控制第一电磁阀d1的第一端口a与第三端口c接通，第二电磁阀d2的第二端口b与第三端口c接通，第三电磁阀d3的第一端口a与第二端口b接通，使从柴油机换热器h3第一端口a流出的冷却液经第三电磁阀d3和第十一管路11后流入第一水泵m1，在第一水泵m1的压力作用下，经第一电磁阀d1流入变压器换热器h2的第一端口a，进行热交换吸收变压器的热量后，再从变压器换热器h2的第二端口b流出，经第二电磁阀d2和第三管路3流入柴油机换热器h3的第二端口b，利用变压器的余热对柴油机换热器h3加热，实现柴油机预热，如图2和5所示；或

控制第一电磁阀d1的第一端口a与第三端口c接通，第二电磁阀d2的第二端口b与第三端口c接通，第三电磁阀d3的第二端口b与第三端口c接通，使从空调换热器h1第二端口b流出的冷却液在第一水泵m1的压力作用下，经第一电磁阀d1流入变压器换热器h2的第一端口a，进行热交换吸收变压器的热量后，再从变压器换热器h2的第二端口b流出，经第二电磁阀d2和第三管路3流入柴油机换热器h3的第二端口b，并从柴油机换热器h3的第一端口a流出，利用变压器的余热对柴油机换热器h3加热，经第三电磁阀d3和第四管路4流入空调换热器h1的第一端口a，利用变压器的余热对空调换热器h1加热，实现柴油机预热和司机室供暖，如图3和5所示。

柴油机供电模式下，控制第一电磁阀d1的第一端口a和第二端口b接通，第二电磁阀d2关断，第三电磁阀d3的第二端口b和第三端口c接通，使从空调换热器h1第二端口b流出的冷却液在第一水泵m1的压力作用下，经第一电磁阀d1、第九管路9和第三管路3流入柴油机换热器h3的第二端口b，进行热交换吸收柴油机的热量后，再从柴油机换热器h3的第一端口a流出，经第三电磁阀d3和第四管路4流入空调换热器h1的第一端口a，利用柴油机的余热对空调换热器h1加热，实现司机室供暖，如图4和5所示。

本发明控制方法，通过对第一电磁阀d1、第二电磁阀d2以及第三电磁阀d3的控制，形成不同的冷却液循环回路，在不同的冷却液循环回路中，通过吸收变压器或柴油机的余热来实现对司机室空调换热器h1或柴油机换热器h3的加热，从而实现对司机室供暖和/或柴油机预热，降低了司机室电加热功率，提高了机车运行效率，提高了变压器或柴油机的散热能力，减少了柴油机预热时间，保证了机车供电的无间断切换。

以上所揭露的仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或变型，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

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