CN102398495A - 一种适用于大型车辆的车载空气制冷循环系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种与发动机相关的制冷系统，通过从涡轮增压发动机引出一部分高压空气作为空气制冷循环系统的高压气源，驱动空气调节系统进行制冷循环。它由连接在涡轮增压发动机供气管道上的三通阀、离心式压气机、径轴流涡轮和空气冷却器组成。其中压气机和涡轮同轴工作，三通阀用来调节由涡轮增压出来的高压空气进入空气制冷系统的流量。此方法可以同时完成空气增压功能和传统空气制冷剂的制冷功能，解决了传统空气制冷循环的瓶颈。本发明简单易行，安装操作方便，并且能够提高发动机的能源利用率。

Description

一种适用于大型车辆的车载空气制冷循环系统和方法

技术领域

本实用新型涉及一种适用于大型车辆的空气制冷循环系统，该系统具有轻型、易于控制和调节的特点，适于解决现今高速列车以及装甲车等大型车辆中的空气温度调节问题。

背景技术

空气制冷循环系统是以空气作为制冷介质，根据热力学原理提供制冷的系统。传统的空气循环系统通常包括具有合适压力的增压气源、换热器和包括压气机及涡轮的空气制冷系统。气源的空气压力必须高于涡轮出口空气的压力，这样才能形成压差并克服管路流道和空气制冷机内部的摩擦阻力，驱动制冷机运转起来。所以如何获得到高压气源是解决问题的重点。传统的空气循环制冷机有专用的增压设备，但是系统的重量和体积都非常大，不便于使用。

现今，一种作为与主发动机独立的空气制冷循环系统，已经在国外的高速列车上得到实际应用。图1为其制冷循环原理图，首先，用电动机11驱动1级压缩机12将经过室内热交换器6换热后的空气吸入(约3个大气压)，压缩成4、5个大气压，因被压缩的空气温度上升，通常应在1级压缩机2和二级压缩机13之间设有散热装置，但由于考虑到降低成本，所以图1的系统中没有设置，而直接将其由2级压缩机13进一步压缩成6个大气压的压缩空气后，进入室外热交换器15散热。该2级压缩机13和涡轮增压器14在同一轴上。空气然后膨胀到约3个大气压，可得到0度左右的低温空气，通过室内热交换器16冷却车内空气。

利用高速电机驱动的高效空气制冷机，克服了传统空气制冷机对高压气源的依赖。通过在离心式压气机12上安装了一台同轴工作的高速电机11，通过电机11带动制冷系统的运转。

但是由于所需的电机要达到2000r/s以上，才能使空气制冷机的效能达到最好，这对电机是一个很高的要求，而且使整个系统变得很复杂。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种用于大型车辆的空气循环方法，其特征在于包括：

用一个第一压气机对来自所述车辆的进气口的空气进行增压；

用所述发动机的废气驱动与所述第一压气机同轴的一个第一涡轮，从而驱动所述第一压气机；

通过一个三通阀，从所述第一压气机引出一部分空气；

用一个第二压气机对所述第一压气机引出的一部分空气进行增压；

用与所述第二压气机同轴的一个第二涡轮对所述第二压气机输出的空气进行膨胀降压，并使所述第二涡轮受该膨胀降压的空气的膨胀功的驱动，从而带动所述第二压气机。

附图说明

图1是现有技术的一种车载空气制冷循环装置的示意图。

图2根据本发明的一个实施例的一种大型车辆发动机的空气循环系统的工作原理图。

具体实施方式

如图2所示，采用了根据本发明的一个实施例的一种大型车辆的空气循环系统的工作原理。在图2所示的系统中，新鲜的空气首先经过空气过滤器1净化。经净化的空气通过第二分流三通阀21，其中一部分通过左右通路直接进入管道，另一部分通过旁路先进入由连接在发动机轴上的曲轴传动器23驱动的机械增压套件2；然后上述两部分空气混合后进入压气机4；压气机4通过吸收废气涡轮5的膨胀功增加压力；涡轮5由发动机3的废气进行驱动。从压气机4出来的空气通过第一分流三通阀22的控制，一部分空气进入中冷器6冷却，然后通过进气歧管吹入发动机3的燃烧室；另一部分则进入空气制冷系统作为该空气制冷系统的高压气源。根据本发明的该实施例，通过从发动机的进气端引气来获得用于制冷的高压空气，解决了传统空气制冷系统不易获得高压气源的缺点。

根据一个具体实施例，第一和第二分流三通阀22和21的阀体各有三个口，一进两出，当内部阀芯在不同位置时，对应的流体出口不同，从而对流体进行不同形式的流量控制。如阀芯在下部时，左右相通，如阀芯在上部时，右出口被堵住，左和下口通，如阀芯在中部时，对流体进行流量配比控制。

根据一个具体实施例，发动机3采用涡轮增压中冷式大功率柴油机。

机械增压套件2的驱动力来自与发动机3的轴连接的曲轴传动器23，利用皮带连接曲轴皮带轮，间接将曲轴运转的扭力带动增压器，达到增压的目的。

根据一个具体实施例，机械增压套件2包括在椭圆形的壳体中设置的两个茧形的转子，转子之间保有极小的间隙而不直接相连，藉由螺旋齿轮连动，其中一个转子的转轴与驱动的皮带轮连结，转子转轴的皮带轮上装有电磁离合器，在不需要增压时即放开离合器以停止增压，离合器则由计算机控制以达到省油的目的，如本领域中所已知的。

此种机械增压套件是直接利用引擎出力来驱动增压器，增压空气再通过涡轮增压装置4和5进一步增压，可以在更好地满足对于增压气源的要求，也更合理地利用了能源。并且也能够提高引擎的输出功率。

更具体地，在如图1所示的根据本发明的实施例中，从压气机4的出口引出的一部分压缩空气，经阀门21进入压气机8中作进一步压缩，其中压气机8通过吸收涡轮9的膨胀功对上述压缩空气作进一步压缩。经过压缩的高温高压气体首先通过诸如空气冷却器的冷却器10降低温度，然后在涡轮9内膨胀做功，进一步降低温度，就可以直接提供制冷能力；同时，涡轮9与压气机8在同轴，涡轮9所做的膨胀功用来带动压气机8工作。

本发明的优点：

1、对于大型车辆(如装甲车等)的进气量很大的发动机，利用本发明的方案引出一部分高压空气对车内的空气进行制冷，可以改善现有技术中如装甲车的大型车辆上由于温度过高而导致乘员工作效率低的问题；

2、通过从进入涡轮增压发动机的空气中引出一部分增压空气，用于空气制冷系统，解决了现有技术空气制冷系统的瓶颈；

3、采用空气制冷系统以空气为制冷剂，可以解决现有技术的蒸汽压缩式制冷系统所带来的环境问题，尤其是制冷工质泄漏所带来的严重危害。

4、利用发动机的尾气提升进气端的气压，和/或利用制冷系统的膨胀做功驱动制冷系统的二级加压，提高了包括空气制冷系统在内的整个发动机系统的效率。

Claims (10)

1.用于大型车辆的空气循环方法，其特征在于包括：

用一个第一压气机(4)对来自所述车辆的进气口的空气进行增压；

用所述发动机(3)的废气驱动与所述第一压气机(4)同轴的一个第一涡轮(5)，从而驱动所述第一压气机(4)；

用一个第二压气机(8)对所述第一压气机(4)输出的空气的一部分进行增压；

用与所述第二压气机(8)同轴的一个第二涡轮(9)对所述第二压气机(8)输出的空气进行膨胀降压，并使所述第二涡轮(9)受该膨胀降压的空气的膨胀功的驱动，从而带动所述第二压气机(8)。

2.根据权利要求1所述的空气循环方法，其特征在于

用设置在所述第二压气机(8)与所述第二涡轮(9)之间的一个冷却器(10)对所述第二压气机(8)输出的气体进行降温；

用经所述第二涡轮(9)膨胀降压的空气作为空气制冷系的冷源。

3.根据权利要求2所述的空气循环方法，其特征在于进一步包括：

借助在所述第一压气机(4)的下游设置的一个第一分流三通阀(22)，使所述第一压气机(4)输出的空气的所述一部分进入所述第二压气机(8)并使所述第一压气机(4)输出的空气的其余部分进入所述发动机(3)的燃烧室。

4.根据权利要求3所述的空气循环方法，其特征在于进一步包括：

利用位于所述第一压气机(4)与所述发动机(3)之间的一个中冷器(6)对所述其余部分的空气进行冷却；

把冷却后的所述其余部分的空气通过一进气歧管吹入所述发动机(3)的燃烧室。

5.根据权利要求1所述的空气循环方法，其特征在于进一步包括

用设置在所述第一压气机(4)的上游的一个空气过滤器(1)净化从所述进气口进入的空气；

利用一个第二分流三通阀(21)，使经过所述空气过滤器(1)的空气的一部分经过一个机械增压套件(2)，所述机械增压套件(2)由连接在所述发动机(3)的轴上的曲轴传动器(23)驱动，

利用所述第二分流三通阀(21)，使经过所述空气过滤器(1)的空气的其余部分去旁路而不经过所述机械增压套件(2)；

使上述两部分空气混合，

使混合后的上述两部分空气进入所述第一压气机(4)；

其中，所述冷却器(10)是空气冷却器；

所述发动机(3)是涡轮增压中冷式大功率柴油机。

6.用于大型车辆的空气循环系统，其特征在于包括：

一个第一压气机(4)，用于接收来自所述车辆的进气口的空气，并对该空气进行增压；

与所述第一压气机(4)同轴的一个第一涡轮(5)，用于受所述发动机(3)的废气驱动，从而驱动所述第一压气机(4)；

一个第二压气机(8)，用于对所述第一压气机(4)输出的一部分空气进行增压；

与所述第二压气机(8)同轴的一个第二涡轮(9)，用于对所述第二压气机(8)输出的空气进行膨胀降压，并受该膨胀降压的空气的膨胀功的驱动，从而带动所述第二压气机(8)。

7.根据权利要求6所述的空气循环系统，其特征在于包括：

连接在所述第二压气机(8)与所述第二涡轮(9)之间的一个冷却器(10)，用于对所述第二压气机(8)输出的气体进行降温；

经所述第二涡轮(9)膨胀降压的空气作为空气制冷系统的冷源。

8.根据权利要求6所述的空气循环系统，其特征在于包括：

设置在所述第一压气机(4)的下游的一个第一分流三通阀(22)，用于使所述第一压气机(4)输出的所述一部分空气进入所述第二压气机(8)，并使该空气的其余部分进入所述发动机(3)的燃烧室。

9.根据权利要求8所述的空气循环系统，其特征在于进一步包括：

位于所述压气机(4)与所述发动机(3)之间的一个中冷器(6)，所述其余部分的空气进入所述中冷器(6)进行冷却后通过进气歧管吹入所述发动机(3)的燃烧室。

10.根据权利要求6所述的空气循环系统，其特征在于进一步包括：

设置在所述第一压气机(4)的上游的一个空气过滤器(1)，用于净化从所述进气口进入的空气；

一个第二分流三通阀(21)，用于对经过所述空气过滤器(1)的空气进行分流；

由连接在所述发动机(3)的轴上的曲轴传动器(23)驱动的一个机械增压套件(2)，

其中

所述第二分流三通阀(21)用于使经过所述空气过滤器(1)的空气的一部分经过所述机械增压套件(2)，并用于使经过所述空气过滤器(1)的空气的其余部分去旁路而不经过所述机械增压套件(2)；

上述两部分空气混合后进入所述第一压气机(4)；

所述冷却器(10)是空气冷却器；

所述发动机(3)是涡轮增压中冷式大功率柴油机。

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