CN104236162B - 一种机车制冷/制热装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种机车制冷/制热装置，包括：发生器1、引射器2、回热器4、冷凝器5、预冷器6、热交换器8、热管13。本发明通过回收机车发动机循环冷却水和排放出的尾气的废热来解决机车所需要供冷供热问题，降低发动机能耗，减少废热排放量，稳定机车动力性能；利用脉动热管提高废热回收利用率，与传统机车动力驱动的蒸汽压缩制冷系统相比，不消耗燃料，系统结构简单。与机车废热驱动的吸收制冷及吸附制冷技术相比，解它们无法供热问题，该装置具有结构简单、造价低、运行可靠稳定等优点，更满足实用化要求，具有广阔应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种机车制冷/制热装置，属于机车制冷/制热技术领域。
背景技术
随着我国汽车工业的发展，车辆能耗与日俱增，车辆的节能减排问题也越来越受关注。然而，以现有内燃机车发动机的所消耗燃料的利用效率一般为35％～40％左右，约占燃料发热量50％以上的能量被发动机循环冷却水及尾气以余热形式排放到大气中，若能回收和利用这部分余热来驱动制冷(制热)系统为机车供冷或供热，将具有重大节能环保意义。
目前机车空调主要是由发动机的动力直接驱动的，这类空调器增加机车能耗，是不节能的，还会引起机车行驶时因空调器工作而出现动力不足等问题。机车空调器的制冷方式主要以氟利昂为制冷剂消耗机械功(或电能)蒸汽压缩式循环实现制冷，并利用另一套换热系统供热，也就是说，现有机车供冷或供热系统是完全独立的两套系统。
为了提高能源利用效率，目前常采用发动机废热驱动吸收制冷和吸附制冷技术实现制冷模式，然而吸收制冷却存在机车行驶所出现液面波动导致系统失效问题，同时溶液充灌量和机组体积偏大也给吸收制冷技术应用于机车空调带来困难；吸附制冷最大缺点就是占用空间较大致使其在机车上很难走向实用化，尤其这两种技术往往只能实现制冷模式，尚需解决如何实现供热问题。
机车发动机高温冷却水进出口水温分别为70～75℃和80～85℃，所带走的热量约占燃料发热量的30％左右，而这部分高温冷却水的蓄热量可以满足机车停车时或怠速时的一部分热量供给，此外，水的传热系数大，可相对缩小换热器换热面积，有利于空调设备在机车上的布置。机车的发动机排气余热的特点是排气温度高，考虑到排气中酸性氧化物的露点腐蚀问题，可利用的排气余热最低温度约为130℃，相应的可利用热量约占燃料发热量的20％左右。由于废气的换热系数较小，废气余热回收装置需要较大的换热面积，这对空调设备的布置不利。而余热回收装置还不能增加排气压力，以免影响机车发动机的性能，这就增加了利用机车废气余热的难度。
有一申请号201010185338.0，发明名称为“吸收式汽轮机功冷混合循环系统”的发明专利，公开了一种吸收式汽轮机功冷混合循环系统，包括汽轮机，蒸发器，吸收器和发生器。该发明可以利用废热发电作为电力补给，也能提供大量的冷量用于冷却。但是该发明只能实现制冷，不能够实现制热，而且，该发明中有几处是要向环境中放热，这不但浪费了很大的热量，没有充分利用，并且对环境造成了热污染。
发明内容
本发明的目的是提供一种机车制冷/制热装置，用以解决现有装置不能充分利用热能和不能实现制冷/制热两种功能的问题。
为实现上述目的，本发明的方案包括：一种机车制冷/制热装置，包括：发生器1、引射器2、第一调节阀3、回热器4、冷凝器5、预冷器6、热交换器8、第二调节阀9、第三调节阀10、热管13。热管13连接发生器1，发生器1连接引射器2的输入端；引射器2的输出端引出主通路，在主通路上引射器2的输出端依次连接回热器4的蒸汽通路、冷凝器5、预冷器6的液体通路、热交换器8、第三调节阀10、引射器2的输入端。热交换器8与第三调节阀10之间引出第一支路，第一支路上依次连接有预冷器6的气体通路、引射器2的引射流体入口端，第一支路上设置有第二调节阀9。冷凝器5与预冷器6的液体通路之间引出第二支路，第二支路上依次连接有回热器4的液体通路、发生器1的液体入口端，所述引射器2的输出端与回热器4的蒸汽通路之间设置有第一调节阀3；热管13是脉动热管，热管13的一端置于发生器1内且淹没于发生器1内的液体中，另一端置于发动机废气管14和/或发动机冷却水箱15中。
所述预冷器6与热交换器8之间的主通路上设置有第四调节阀7；第四调节阀7与热交换器8之间引出用于与第二支路连接的第三支路，所述第三支路的另一端连接所述第二支路与主通路的连接处，第三支路上设有第五调节阀11；第二支路与第三支路的连接处与发生器1的液体入口端之间的第二支路上设置有循环泵12，第二支路与第三支路的连接处连接循环泵12的液体吸入端口。
第五调节阀11为单向阀，流向为第二支路方向。
本发明通过利用吸收热量用来制冷和放出热量用来制热，充分利用了机车的废热，节约了能源，保护了环境，并实现能量的再次利用。而且，通过设置调节阀，利用调节阀的选择性通断，借助于装置内的其他器件各自的作用，实现了一个装置能够用来制冷和制热两个功能，避免了机车同时安装两个装置来实现制冷和制热，节约了机车的空间，避免了占用太多的机车空间影响机车运行性能。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
本发明提供一种机车制冷/制热装置，包括：发生器1、引射器2、第一调节阀3、回热器4、冷凝器5、预冷器6、热交换器8、第二调节阀9、第三调节阀10、热管13；热管13连接发生器1，发生器1连接引射器2的输入端；引射器2的输出端引出主通路，主通路上依次连接回热器4的蒸汽通路、冷凝器5、预冷器6的液体通路、热交换器8、第三调节阀10、引射器2的输入端；热交换器8与第三调节阀10之间引出第一支路，第一支路上依次连接有预冷器6的气体通路、引射器2的引射流体入口端，第一支路上设置有第二调节阀9；冷凝器5与预冷器6的液体通路之间引出第二支路，第二支路上依次连接有回热器4的液体通路、发生器1的液体入口端，第二支路与主通路的连接处与引射器2之间的主通路上设置有第一调节阀3。热管13是脉动热管，热管13的一端置于发生器1内且淹没于发生器1内的液体中，另一端置于发动机废气管14和/或发动机冷却水箱15中。
基于以上技术方案，结合附图，给出一下一个具体实施方式。
如图1所示，脉动热管13的一端置于发生器1内且淹没于发生器1内的液体中，另一端分别置于发动机废气管14和发动机冷却水箱15中。
发生器1连接引射器2的输入端，引射器2的输出端经第一调节阀3依次连接回热器4的蒸汽通路、冷凝器5、预冷器6的液体通路、第四调节阀7、热交换器8、第三调节阀10、引射器2的输入端。热交换器8与第三调节阀10之间引出第一支路，第一支路经第二调节阀9依次连接预冷器6的气体通路、引射器2的引射流体入口端。冷凝器5与预冷器6的液体通路之间引出第二支路，第四调节阀7与热交换器8之间引出第三支路，第三支路与第二支路连通，连通后连接循环泵12的液体流入端口，循环泵12的液体流出端口依次连接回热器4的液体通路、发生器1的液体入口端。在第三支路上设置第五调节阀11，该第五调节阀11为单向阀，流向为第二支路方向。
该机车制冷/制热装置有制冷和制热两种模式。
在制冷模式下，第一调节阀3、第二调节阀9、第四调节阀7打开，第三调节阀10、第五调节阀11关闭，循环泵12工作。如图1所示，在制冷模式下，发动机废气管14和发动机冷却水箱15加热脉动热管13下端，脉动热管13中工质被加热汽化后上行至脉动热管13上端，脉动热管13上端工质加热发生器1中液体，脉动热管13上端蒸汽释放热量后冷凝成液体工质后经重力作用重新流入脉动热管13下端，重新被发动机废气管14和发动机冷却水箱15加热而汽化，如此循环利用。发生器1中液态制冷剂，以R600a为例，经脉动热管13加热而汽化为高温高压R600a蒸汽，该蒸汽进入引射器2作为工作蒸汽，与来自热交换器8的低压蒸汽结合而成为中压R600a蒸汽，之后进入回热器4的蒸汽通路，即高温侧通路放热后再流入冷凝器5被冷凝成液态R600a。从冷凝器5被冷凝成的液态R600a分为两支路，其中一部分液态R600a经预冷器6的液体通路过冷后变成低温低压制冷剂，然后进入热交换器8吸热而汽化为R600a蒸汽，来自热交换器8的R600a蒸汽在预冷器6的气体通路，即低压侧通路内吸热后变为低压蒸汽吸入引射器2中；从冷凝器5流出的另一部分的液态R600a则被吸入循环泵12中经加压后，在回热器4的液体通路，即低温侧通路内吸热后被送入发生器1，至此完成一个完整制冷循环过程。
在制热模式下，第三调节阀10打开，第一调节阀3、第二调节阀9关闭，循环泵12工作。发动机废气管14和发动机冷却水箱15加热脉动热管13下端，脉动热管13中液态工质被加热汽化后上行至脉动热管13上端，脉动热管13上端工质加热发生器1中液体，脉动热管13上端蒸汽释放热量后冷凝成液体工质后经重力作用重新流入脉动热管13下端，重新被发动机废气管14和发动机冷却水箱15加热而汽化，如此循环利用。发生器1中液态R600a经脉动热管13加热而汽化为高温高压R600a蒸汽，该R600a蒸汽进入热交换器8释放热量而冷凝成液态R600a后，液态R600a流回发生器1有两种路径：第一，第四调节阀关闭，单向阀11打开，液态R600a经第三支路的循环泵12吸入，然后再流入发生器1中；第二，第四调节阀打开，单向阀11关闭，液态R600a经预冷器6的液体通路后由循环泵12吸入，然后再流入发生器1中。至此完成一个完整制热循环过程。
以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。
Claims (2)
1.一种机车制冷/制热装置，其特征在于，所述制冷/制热装置包括：发生器(1)、引射器(2)、第一调节阀(3)、回热器(4)、冷凝器(5)、预冷器(6)、热交换器(8)、第二调节阀(9)、第三调节阀(10)、热管(13)；所述热管(13)连接发生器(1)，所述发生器(1)连接引射器(2)的输入端；引射器(2)的输出端引出主通路，在所述主通路上引射器(2)的输出端依次连接回热器(4)的蒸汽通路、冷凝器(5)、预冷器(6)的液体通路、热交换器(8)、第三调节阀(10)、引射器(2)的输入端；所述热交换器(8)与第三调节阀(10)之间引出第一支路，所述第一支路上依次连接有预冷器(6)的气体通路、引射器(2)的引射流体入口端，第一支路上设置有第二调节阀(9)；所述冷凝器(5)与预冷器(6)的液体通路之间引出第二支路，所述第二支路上依次连接有回热器(4)的液体通路、发生器(1)的液体入口端，所述引射器(2)的输出端与回热器(4)的蒸汽通路之间设置有第一调节阀(3)；所述热管(13)是脉动热管，热管(13)的一端置于发生器(1)内且淹没于发生器(1)内的液体中，另一端置于发动机废气管(14)和/或发动机冷却水箱(15)中；所述预冷器(6)与热交换器(8)之间的主通路上设置有第四调节阀(7)；所述第四调节阀(7)与热交换器(8)之间引出用于与第二支路连接的第三支路，所述第三支路的另一端连接所述第二支路与主通路的连接处，所述第三支路上设有第五调节阀(11)；第二支路与第三支路的连接处与发生器(1)的液体入口端之间的第二支路上设置有循环泵(12)，第二支路与第三支路的连接处连接所述循环泵(12)的液体吸入端口。
2.根据权利要求1所述的机车制冷/制热装置，其特征在于，所述第五调节阀(11)为单向阀，流向为第二支路方向。
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