CN108915845A - 装甲车用喷淋冷却式多级引射系统 - Google Patents
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Abstract
装甲车用喷淋冷却式多级引射系统，属于冷却传热技术领域，同时涉及引射技术。该系统主要由空气循环水路、水循环回路和控制系统等组成。在散热器的前部安装有喷头，喷头将冷却水雾化成水珠后在多级引射器的驱动下，将散热器中的热量带走。技术方案的要点是利用水蒸发吸热的相变原理能够增强散热器的换热能力，既取代了风扇的作用，也能够降低尾气的红外特性。主要的用途是对装甲车中的热源部件进行散热，并且通过密闭、隔热的管道连接散热系统中的各个部件，可以将散热器放置于装甲车中的任何部位。既能减小了动力舱的体积和重量，又能充分利用废气中的能量，从而提高了能源的利用率。
Description
技术领域
本发明属于冷却传热技术领域，同时涉及引射技术。
背景技术
在中国和欧美等国家的装甲车中的冷却系统，大多数都是采用大功率的风扇对散热器进行散热，这样就消耗了发动机中的大量能量，减少了发动机的有效功率。利用风扇冷却的方式，不仅仅消耗了发动机10％以上的功率，还增加了装甲车的体积和重量。因此，这种传统的装甲车辆散热系统设计理念对车辆的设计和功率的提升均有一定的限制性。它不仅占据了装甲车动力舱较大的空间和消耗了较多的能源，对动力舱高度的设计也具有不利的影响。目前，只有俄罗斯(以及前苏联)的装甲车和坦克车中采用了引射式的冷却系统，这种系统利用发动机的尾气作为引射系统的“工作流体”，利用空气作为引射系统的“引射流体”，不仅仅舍去了体型加大和消耗功率较大的风扇，还更加充分的利用了尾气的能源。但是，这种引射式系统需要较大的引射系数，也就是说排气管尾气的流量不变时，对流经散热器的引射流体(空气)的流量有较大的需求，以满足对散热器散热的要求。同时，引射器具有较低的效率，导致很难提高引射器的引射系数。
在设计风扇时，往往是根据发动机的额定功率或最大功率点所需风量进行设计的，而在越野工况和良好的路面工况下，发动机所需的散热器是不同的。所以利用风扇进行散热时，往往会导致发动机中的温度过高或过低，不能在最佳的温度点工作。在装甲车辆的散热系统中，过高的风扇转速，会导致发动机的温度过低，严重时会造成发动机拉缸的现象发生；过低的风扇转速，会导致发动机中温度的过高，从而使发动机的效率大大降低。
除此之外，装甲车中排气管中和散热器中排出的温度较高，使得装甲车的红外特性价差，在战场中存在易于被发现和被攻击的缺陷。因此，能够较低和利用尾气和散热器中的温度，对装甲车在战场上的适应能力有着很重要的意义。
针对上述缺陷，本发明提出了一种喷淋冷却式多级引射系统。本发明取代了以风扇作为散热部件，采用向散热器喷淋冷却水的多级引射系统，对提高能量的利用率，减小尾气和散热器高温红外特性以及动力舱空间和重量的减小具有重要的意义。
发明内容
针对于传统的风扇冷却系统中存在的问题，本发明提出了一种提高发动机能量利用效率、减小动力舱体积和重量、较小尾气和散热器排气温度的红外特性的冷却系统。
本发明所涉及的装甲车用喷淋式多级引射系统主要包括：
(1)空气循环回路。空气循环回路主要由大气、尾气、多级(三级或三级以上)引射器、多级(三级或三级以上)中间冷却器、散热器等组成。装甲车中排气管的尾气通过多级引射器将大气中的冷却空气经过散热器后抽出，并逐级增压冷却后排出大气。在各级引射器之间还有中间冷却器，它们将混合器中的可凝结蒸汽冷凝下来，回收利用。经过多级引射器和多级中间冷却器的作用下，引射系统排向大气中的混合气体就变成了低温的气体，同时，绝大部分可凝结的蒸汽也凝结成水，回收至喷淋系统中。
(2)水循环回路。水循环回路主要由喷头、水泵、喷淋水箱、补水箱、单向阀、疏水器等组成。水泵将喷淋水箱中的冷却水通过喷头喷向高温的散热器，利用水蒸发吸热的相变原理，能够吸收散热器中更多的热量。喷头喷出的水为无数个液态的小水珠，喷射的范围为整个密封通道，在空气循环回路的驱动下，液态水珠经过高温散热器吸收热量，变成水蒸汽。在经过了多级引射器和多级中间冷却器之后，还会少许的水蒸汽被排出大气之中，因此，在水循环回路中还有补水箱和单向阀，当喷淋水箱中的冷却水不足时，补水箱中的水通过单向阀向喷淋水箱补水。
(3)控制系统。控制系统主要由控制器、电机和风量调节板等组成。为了调节流经散热器的空气流量和喷头喷水的流量，控制系统通过采集发动机或其他热源部件的温度，对电机和水泵进行控制。通过控制水泵的流量，来控制喷头喷水量的大小；通过控制电机的转角来控制风量调节板的开度，进而控制流经散热器中的空气流量。
(4)其他部分。本发明中，水流和空气流都是在密闭的管道中流通的，因此通过改变管道的长度，可以将系统的各个部件放置于装甲车中的任何位置，为减小动力舱的体积提供了保障。
本发明具有如下优点：
(1)利用水蒸发吸热的相变原理，能够吸收散热器中较多的能量；
(2)省去了冷却系统中的风扇，节省了发动机的功率，提高了能源利用率；
(3)节省了动力舱的体积和重量，提高了功率密度；
(4)能够较好的降低尾气和散热器的红外特性，增强了装甲车在战场中的适应能力；
(5)在多级中间冷却器和引射器的联合作用下，喷淋水的循环水能够获得源源不断的冷却水，并且不需要向喷淋水箱中加水。又有补水箱的作用，时刻为喷淋水循环回路提供冷却水；
(6)利用控制系统完成对水泵和风量调节板的控制，能够更好的控制流入散热器中的水量和空气流量，进而能够更好的完成与发动机和其他热源部件的匹配。
附图说明
图1是装甲车用喷淋冷却式多级引射系统；
图2是引射器结构图。
图1中：1是补水箱、2是单向阀、3是控制器、4是水泵、5是喷淋水箱、6是喷头、7是散热器、8是密闭管道、9是一级引射器、10是一级中间冷却器、11是二级引射器、12是二级中间冷却器、13是三级引射器、14是三级中间冷却器、15是疏水器1、16是疏水器2、17是疏水器3、18是风量调节板、19是电机。
图2中：20是工作喷嘴。
具体实施方式
该系统的具体实施方式为：
由图1可以看出，该系统由空气循环回路、水循环回路、控制系统和其他部分组成。
(1)空气循环回路。空气循环回路由大气、密闭管道8、散热器7、多级引射器(9、11、13)、多级中间冷却器(10、12、14)、尾气等组成。由发动机中排出的尾气是具有高温高压特性的废气，废气以较高的速度从工作喷嘴20中喷出，进入引射器内，并把引射器前的压力较低的水蒸汽吸走。驱动大气中的冷却空气依次经过散热器7，多级引射器和多级中间冷却器后，被排出到大气中。从而在空气管道内形成了一个空气循环回路，完成将散热器中的热量排放到大气之中。被排向大气中的尾气和空气的混合气体具有温度低的特点，从而降低了尾气的红外特性，增强了装甲车的战场适应能力。在各级引射器之间还有中间冷却器，它们将混合器中的可凝结蒸汽冷凝下来，回收利用。同时，绝大部分可凝结的蒸汽也凝结成水，回收至喷淋水箱中。
(2)水循环回路。水循环回路主要由喷头6、水泵4、喷淋水箱5、补水箱1、单向阀2、疏水器等组成。水泵4将喷淋水箱5中的冷却水通过喷头6喷向高温的散热器，利用水蒸发吸热的相变原理，将散热器中的热量带走。喷头在高压水泵的作用下，喷出雾化的水蒸汽，水蒸汽可以覆盖整个的密闭管道8，并且在空气循环回路的驱动下，经过散热器、引射器和中间冷却器被排出到大气中去。在水蒸汽经过多级中间冷却器之后，混合气体中的水蒸汽就会凝结成水，并且经过疏水器(15、16和17)的作用下，冷凝之后的冷却水流回喷淋水箱5。在经过了多级引射器和多级中间冷却器之后，还会少许的水蒸汽被排出大气之中，因此，在水循环回路中还有补水箱1和单向阀2，当喷淋水箱5中的冷却水不足时，补水箱1中的水通过单向阀2向喷淋水箱5补水。
(3)控制系统。控制系统主要由控制器3、电机19和风量调节板18等组成。为了调节流经散热器7的空气流量和喷头喷水的流量，控制系统通过采集发动机或其他热源部件的温度，对电机19和水泵4进行控制。通过控制水泵4的流量，来控制喷头喷水量的大小；通过控制电机19的转角来控制风量调节板18的开度，进而控制流经散热器7中的空气流量。当发动机或其他热源部件的温度过高时，控制器3在控制系统的调节下，适当的增大水泵4的转速和增加电机19的转角；当发动机或其他热源部件的温度过高时，控制器3在控制系统的调节下，适当的减小水泵4的转速和减小电机19的转角。
水流和空气流都是在密闭的管道中流通的，因此通过改变管道的长度，可以将系统的各个部件放置于装甲车中的任何位置，为减小动力舱的体积提供了保障。
Claims (5)
1.装甲车用喷淋冷却式多级引射系统，其特征在于：在散热器的前部放置水喷头，并向密闭管道内喷水，利用水蒸发吸热的相变原理，来增强散热器的换热能力。
2.根据权利要求1所述，其特征在于：省去了冷却系统中的风扇，从而节省了发动机功率，减小了动力舱的体积和重量，以及提高了能源的利用率。
3.根据权利要求1所述，其特征在于：在多级引射器的驱动下，将喷头喷出的水雾和空气组成的混合气体抽出到大气中去，排出的混合气体具有较尾气较低的温度，因此具有很好的红外特性，增强了装甲车在战场中的适应能力。
4.根据权利要求3所述，其特征在于：在多级引射器之间还有多级中间冷却器，水蒸汽经过多级中间冷却器之后，混合气体中的水蒸汽就会凝结成水，并且经过疏水器将冷凝之后的冷却水流回喷淋水箱，形成了自己自足的水循环回路。为了防止喷淋水箱中水的缺失，还有补水箱为喷淋水箱补水。
5.根据权利要求3所述，其特征在于：喷头的喷水量和空气的流量，通过控制系统分别对水泵的流量和电机转角的控制来进行调节。从而能够实现发动机、散热器、引射器和喷头的良好匹配。
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