CN109649353B - 采用干冰的车载冷却装置及冷却方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采用干冰的车载冷却装置及冷却方法，冷却装置包括干冰存储装置、干冰研磨装置、冷却装置和气体循环装置，干冰存储装置通过干冰研磨装置连通冷却装置并向冷却装置内提供干冰，气体循环装置通过气流导向管连通冷却装置、出冰口且由一电磁阀控制气流导向管管内气流，对应的冷却方法为气体循环装置喷出的气流带动经研磨形成的干冰粉末进入冷却装置，冷却装置为喷射结构，含有干冰粉末的气流经喷射结构喷射在车辆待冷却机构表面实现降温，本发明解决了干冰粉末携带不便的问题，避免了喷洒冷却水冷却不均匀的不足，喷射的干冰吸收热量直接升华成二氧化碳气体，不会产生易结冰的水渍，保证路面清洁，防止二次污染。

Description

采用干冰的车载冷却装置及冷却方法

技术领域

本发明涉及一种车辆功能配件领域，具体涉及采用干冰的车载冷却装置及利用该装置的冷却方法。

背景技术

车辆长时间在长坡、陡峭坡路段行驶时，必须采用适当制动措施来保证行驶的安全，尤其对于大型载重车辆，要通过持续的刹车操作将其速度控制在一定范围。由于大型载重车辆与货物的总质量很大，要保证其上坡或下坡的安全性往往需要很大的制动力，而众所周知，当制动系统因长时间摩擦过热有可能会使制动系统失灵，因此需要实时对制动系统进行降温。

目前市面上的大部分载重车辆采用喷冷却水的方式降温，降温效果比较明显。但是该方式大部分采用手动开启或关闭的方式来控制，对于经验不足的新手卡车司机来说具有很大的挑战；其次，在冬天采用喷冷却水方式降温，未挥发的冷却水滴落在路面形成冰块，后面的车辆行驶在冰面上容易造成安全事故，且在冬天水箱容易结冰，可导致车辆制动系统无法及时冷却；再次，采用喷冷却水的方式对刹车毂进行冷却，容易造成刹车毂因冷却不均匀而导致刹车毂出现裂痕或失效，大大降低了刹车毂的使用寿命，存在较大的安全隐患。

另一方面，随着干冰制备技术的发展与推广，干冰被广泛应用于模具清洗、食品制药、冷藏存储等领域，干冰是固态的二氧化碳，在常温和压强为6079.8千帕压力下，把二氧化碳冷凝成无色的液体，再在低压下迅速蒸发，便凝结成一块块压紧的冰雪状固体物质。由于干冰温度是零下78.5℃，干冰在低压下易吸热升华形成气体，具有无污染、降温快、可循环利用等众多优点，目前也常被作为制冷剂应用于冷却系统。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种可直接采用块状干冰对车辆待冷却部位进行降温的车载冷却装置及基于该车载冷却装置的车辆冷却方法。

为解决上述技术问题，本发明的技术解决方案是：

一种采用干冰的车载冷却装置，其包括干冰存储装置、干冰研磨装置、冷却装置和气体循环装置，所述干冰存储装置通过所述干冰研磨装置连通所述冷却装置并向所述冷却装置内提供干冰，所述气体循环装置通过气流导向管连通所述冷却装置，所述干冰研磨装置的出冰口开设在所述气流导向管的管壁上且由一电磁阀控制所述气流导向管管内气流，所述气体循环装置喷出的气流带动经研磨形成的干冰粉末进入所述冷却装置，所述冷却装置为喷射结构，含有干冰粉末的气流经所述喷射结构喷射在车辆待冷却机构表面。

较佳的，所述气体循环装置包括空气压缩机、空气过滤器和所述气流导向管，外部空气经空气过滤器初步处理后由空气压缩机压缩形成高压气流，高压气流经气流导向管高速输出，对空气进行压缩增压可让干冰粉末与待冷却机构充分接触，避免带冷却机构运行过程周边气流干扰干冰粉末的喷射。

较佳的，所述干冰存储装置包括一保冷箱，所述保冷箱内设有温度传感器和气压传感器，温度传感器和气压传感器可用于监控保冷箱内块状干冰存量是否正常。

较佳的，所述冷却装置包括轮胎冷却装置、刹车冷却装置，所述电磁阀为2位2通电磁阀，采用单一干冰源对对点冷却避免干冰存储装置占用大量空间。

较佳的，所述轮胎冷却装置包括一中空的弧形喷射板，所述弧形喷射板弧面内侧分布有多个出口，喷射板设计利于对轮胎表面进行均匀降温，所述弧形喷射板内侧面设有轮胎温度传感器。

较佳的，所述刹车冷却装置包括一罩在刹车片表面的喷射罩，所述喷射罩和所述刹车片间形成冷却腔，冷却腔利于对刹车片表面进行均匀降温。

较佳的，所述喷射结构包含有多个出口。

一种利用上述采用干冰的车载冷却装置的冷却方法，具体的，干冰研磨装置将干冰存储装置中的块状干冰进行粉碎研磨形成干冰粉末，由气体循环装置在电磁阀控制下向干冰研磨装置的出冰口喷出高压气流，高压气流将干冰粉末带入冷却装置，含有干冰粉末的气流经冷却装置喷射在车辆待冷却机构表面。

较佳的，需要对多个车辆待冷却机构进行冷却时，由安装在各车辆待冷却机构上的温度传感器生成冷却任务并进行任务排队，每次任务执行固定的工作周期后停止并继续执行下个任务，对多个车辆待冷却机构轮流执行冷却任务直至所有车辆待冷却机构温度控制在阈值以下。

较佳的，所述冷却任务具体为：中控单元先后启动所述电磁阀、所述气体循环装置中的空气压缩机和所述干冰研磨装置中的研磨电机，并启动所述中控单元内部计时单元开始所述工作周期的计时；待完成一次所述工作周期后，先后关停所述研磨电机、所述空气压缩机和所述电磁阀。

采用上述方案后，本发明具有以下优势：

1．携有粉末状干冰的气流可均匀地对车辆待冷却机构表面进行快速冷却，避免了喷洒冷却水冷却不均匀的不足，喷射的干冰吸收热量直接升华成二氧化碳气体，不会产生易结冰的水渍，保证路面清洁，防止二次污染；

2．采用块状干冰直接加工形成干冰粉末有效解决粉末干冰携带不便的问题，促使采用粉末干冰对车辆进行冷却的技术得以有效推广。

附图说明

图1是本发明实施例一结构示意图；

图2是本发明干冰存储装置和干冰研磨装置内部结构示意图；

图3是图1中A-A截面示意图；

图4是本发明实施例二结构示意图；

图5是图4中B-B截面示意图；

图6是本发明实施例二轮胎冷却装置结构示意图；

图7是2位2通电磁阀结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详述。

实施例一

本发明所揭示的是一种采用干冰的车载冷却装置，如图1-3所示，为本发明的较佳实施例，如图1所示，车载冷却装置包括干冰存储装置1、干冰研磨装置2、冷却装置和气体循环装置4，干冰存储装置1通过干冰研磨装置2连通冷却装置并向冷却装置内提供粉末状干冰，干冰存储装置1内可直接放入易携带的块状干冰，块状干冰进入干冰研磨装置2时被研磨成为干冰粉末并从干冰研磨装置2的出冰口26排出。气体循环装置4通过气流导向管42连通冷却装置，干冰研磨装置2的出冰口26开设在气流导向管42的管壁上并从出冰口26向气流导向管42内提供干冰粉末，气流导向管42管内气流由一电磁阀6进行控制，气体循环装置4喷出的高压气流带动经研磨形成的干冰粉末沿着气流导向管42进入冷却装置，冷却装置根据车辆冷却需求分别安装于不同的车辆部位上，本实施例中主要给车辆的碟形刹车装置（主要是刹车片）进行降温，冷却装置主要是刹车冷却装置3，冷却装置采用喷射结构，含有干冰粉末的气流在电磁阀6控制下经刹喷射结构喷射在碟形刹车装置上。上述车载冷却装置一般安装在车辆底部，在保证对车辆部件冷却的同时可以降低风阻。

具体的，干冰存储装置1包括一保冷箱11，保冷箱11可保证箱体内的块状干冰不会过快被消耗。保冷箱11内设有温度传感器和气压传感器，由于干冰沸点较低，因此保冷箱内将始终维持在一较低温度水平，可通过温度传感器监控保冷箱体内的温度确定箱体内干冰是否不足，一旦保冷箱11内的温度传感器监测到温度达阈值以上，则说明干冰已耗尽，可通过发送预警信号提醒开车师傅增加块状干冰，发送预警信号方式及实现非本案保护重点，在此不做详细说明。气压传感器主要保证保冷箱11的使用安全，通过监测保冷箱11箱体内的气压维持在一恒定区间确定当前保冷箱11内工作运行正常，若气压过高，则可能存在设备故障，可能对保冷箱11造成破坏，若气压过低，则可能保冷箱11已经存在裂痕致使内部气流外泄，同样的，一旦监测到保冷箱11内气压异常，可通过发送预警信号提醒开车师傅对装置进行检修，发送预警信号方式及实现非本案保护重点，在此不做详细说明，本实施例中气压传感器通过箱体外的气压表12给开车师傅提供内部压力值，由开车师傅去确定是否需要对设备进行检修。

如图1和图2所示，保冷箱开口111设在底部，保冷箱开口下方111连接有上述干冰研磨装置2，保冷箱11内的块状干冰在重力作用下下沉并由送料阀控制进入干冰研磨装置2。干冰研磨装置2包括研磨腔体21、安装在研磨腔体21内的轮状研磨刀片22和驱动研磨刀片22的研磨电机23，研磨腔体21内壁设有保冷层20，腔体内的研磨刀片22在研磨电机23驱动下快速旋转，将送入研磨腔体21内的干冰进行研磨粉碎，研磨电机23采用400W的伺服电机，研磨腔体21底部设有筛网24对粉碎后的干冰尺寸进行筛选，只有达到尺寸要求的干冰粉末才可以从筛网24通过进入下方的用于储存干冰粉末的漏斗25中，而未达到细度要求的干冰颗粒则继续留在研磨腔体21内被继续粉碎研磨。干冰粉末储存在漏斗25中备用，漏斗25的下方出口即干冰研磨装置的出冰口26。

气体循环装置4包括空气压缩机41、空气过滤器43和气流导向管42，外部空气经空气过滤器初步处理后由空气压缩机41压缩形成高压气流并储存在空气压缩机41的气体存储罐中，空气压缩机41可采用600W、排气量为118L/min的机型，随后气体存储罐中的高压气流经气流导向管42高速输出。气流导向管42和用于储存干冰粉末的漏斗25下端垂直，本实施例中漏斗25竖直向下出冰，气流导向管42则水平分布，漏斗25下方出冰口26开设在气流导向管42管壁上，压缩后的气流从气流导向管42高速流过，由于文丘里效应，漏斗25中的干冰粉末会从出冰口26被向下吸入气流导向管42中，并随气流导向管42中的气流流向冷却装置。

气体循环装置4制造的带干冰粉末的气流通过电磁阀6进行控制，本实施例中电磁阀6设在气流导向管42中部，同时，电磁阀6也设在出冰口26和刹车冷却装置3之间，气流导向管42两端分别连接空气压缩机41和刹车冷却装置3。如图3所示，刹车冷却装置3包括一罩在刹车片91表面的喷射罩31，喷射罩31和刹车片间形成冷却腔32，图中箭号示意刹车片转动方向，为了让气流与刹车片91间充分接触，冷却腔32前上方开设有进气口33，则气流是和刹车片91滚动方向相悖，且喷入的气流在内部刹车片91带动下向前下方流动，气流中的干冰粉末与刹车片91相互接触后快速升华形成二氧化碳气体并带走大量摩擦产生的热量；冷却腔32后下方还设开有排气口34，与刹车片91充分作用后的气流在刹车片91带动下向后下方流动经排气口34快速排出，以保证冷却腔内气压平衡。本实施例中，干冰研磨装置2和气体循环装置4设置在车辆轮轴92前方，通过向后喷射含干冰粉末的气流使刹车片91均匀快速的实现冷却，且不会形成滴水对地面造成影响，清洁高效。

进一步冷却腔32内还设有刹车温度传感器35，保冷箱11上安有中控单元5，本实施例中中控单元5采用的是51单片机芯片，刹车温度传感器35信号连接上述中控单元5，及时将冷却腔32内的温度信号发送给中控单元5，同时中控单元5信号连接干冰研磨装置2中的研磨电机23、电磁阀6以及气体循环装置4中的空气压缩机41。当中控单元5检测到冷却腔32内温度高于阈值，则通过对电磁阀6、空气压缩机41和研磨电机23的控制，完成对刹车片91的冷却过程。

具体的，上述装置将通过以下步骤实现：

步骤一：刹车温度传感器35定时将冷却腔32内的温度信号发送给中控单元5，中控单元5将温度信号与设定阈值对比确定是否要启动刹车片91的冷却过程，例如可以设置阈值温度为60°，一旦冷却腔32内温度达到60°，则开始冷却。

步骤二：刹车片91温度过高，中控单元5先后启动电磁阀6、气体循环装置4中的空气压缩机41和干冰研磨装置2中的研磨电机23，并启动内部计时单元。

步骤三：干冰研磨装置2将干冰存储装置1中的块状干冰进行粉碎研磨形成干冰粉末，由气体循环装置4在电磁阀6控制下向干冰研磨装置2的出冰口26喷出高压气流，高压气流将出冰口26排出的干冰粉末带入冷却装置，含有干冰粉末的气流经冷却装置喷射在车辆待冷却机构表面。

步骤四：待完成一次工作周期（可预先设定，例如设定三者完全启动后连续工作5s）后，先后关停研磨电机23、空气压缩机41和电磁阀6，空气压缩机41和电磁阀6晚于研磨电机23关闭可将漏斗25中的干冰粉末排空，避免漏斗25中干冰粉末大量堆积结块。

至此，完成刹车片的冷却工作，待刹车温度传感器上报的温度信号再次高于阈值，则再次启动刹车片冷却工作过程。

实施例二

本实施例与上述实施例差异仅在于冷却装置设有多个喷射结构，本实施例需要分别对刹车片91或轮胎93进行冷却，如图4和图5所示，冷却装置包括轮胎冷却装置7、刹车冷却装置3，气体循环装置通过分叉的气流导向管分别连通轮胎冷却装置7和刹车冷却装置3，气流导向管42管内气流由一2位2通电磁阀6’进行控制，2位2通电磁阀6’可以安装在气流导向管42的分叉处，含有干冰粉末的气流在2位2通电磁阀6’控制下，经不同喷射结构分别喷射在车辆不同待冷却机构表面。

具体的，如图7所示，2位2通电磁阀6’中，C位与刹车冷却装置3连接，当刹车片91需要冷却时，混杂有干冰粉末的气体通过c1与c3接通实现干冰的供给，否则C位处于关闭状态；D位与轮胎冷却装置7连接，当车轮轮胎93需要冷却时，混杂有干冰粉末的气体通过d1与d3接通来实现干冰的供给，否则D位处于关闭状态。刹车冷却装置3的冷却过程和实施例一相似，在此不做累赘说明，以下对轮胎冷却装置7做进一步说明。

由于轮胎93体积较大，为扩大冷却面积，单个喷射结构可包含有多个出口71，轮胎冷却装置7包括一中空的弧形喷射板72，弧形喷射板72弧面内侧分布有多个出口71，出口71可以采用锥形喷头，弧形喷射板72弧面内侧根据轮胎形状靠近轮胎93表面，含有干冰粉末的气流在弧形喷射板72内部分成多股气流，分别从多个出口71喷出对轮胎93的多个部位进行同时冷却。进一步，弧形喷射板72内侧面设有轮胎温度传感器75，轮胎温度传感器75同样信号连接中控单元5，当轮胎温度上升时会影响周边温度，一旦中控单元5监测到轮胎93附近温度过高，则通过2位2通电磁阀6’对轮胎93进行冷却。

由于需要对多个车辆待冷却部位进行冷却，而往往轮胎93和刹车片91在刹车时都会温度过高，为避免冷却过程冲突，中控单元5设置缓存单元，由安装在各车辆待冷却机构上的温度传感器生成冷却任务并进行任务排队，每次任务执行固定的工作周期后停止并继续执行下个任务，对多个车辆待冷却机构轮流执行冷却任务直至所有车辆待冷却机构温度控制在阈值以下。本实施例中，当刹车片91温度过高时，中控单元5控制2位2通电磁阀6’，让带干冰粉末的高压气流先给刹车片91进行降温，中控单元5同时启动内部计时单元开始一个工作周期的计时，而此时如果轮胎温度过高，中控单元5则先将轮胎降温过程任务存储于缓存单元中，待刹车片91完成一次工作周期的降温则再通过2位2通电磁阀6’的控制开始给轮胎93进行降温。若对刹车片91一次工作周期无法达到降温目的，则刹车温度传感器会生成另一个冷却任务进行排队，如此，刹车片91和轮胎93轮流执行冷却任务直至二者温度控制在阈值以下。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故但凡依本发明的权利要求和说明书所做的变化或修饰，皆应属于本发明专利涵盖的范围之内。

Claims (6)

1.一种采用干冰的车载冷却装置，其特征在于：包括干冰存储装置、干冰研磨装置、冷却装置和气体循环装置，所述干冰存储装置通过所述干冰研磨装置连通所述冷却装置并向所述冷却装置内提供干冰，所述气体循环装置通过气流导向管连通所述冷却装置，所述干冰研磨装置的出冰口开设在所述气流导向管的管壁上且由一电磁阀控制所述气流导向管管内气流，所述气体循环装置喷出的气流带动经研磨形成的干冰粉末进入所述冷却装置，所述冷却装置为喷射结构，含有干冰粉末的气流经所述喷射结构喷射在车辆待冷却机构表面；

所述气体循环装置包括空气压缩机、空气过滤器和所述气流导向管，外部空气经空气过滤器初步处理后由空气压缩机压缩形成高压气流，高压气流经气流导向管高速输出；

所述干冰存储装置包括一保冷箱，所述保冷箱内设有温度传感器和气压传感器；

所述冷却装置包括轮胎冷却装置、刹车冷却装置，所述电磁阀为2位2通电磁阀；

所述轮胎冷却装置包括一中空的弧形喷射板，所述弧形喷射板弧面内侧分布有多个出口，所述弧形喷射板内侧面设有轮胎温度传感器。

2.根据权利要求1所述的采用干冰的车载冷却装置，其特征在于：所述刹车冷却装置包括一罩在刹车片表面的喷射罩，所述喷射罩和所述刹车片间形成冷却腔。

3.根据权利要求1所述的采用干冰的车载冷却装置，其特征在于：所述喷射结构包含有多个出口。

4.采用所述权利要求1-3任一所述的采用干冰的车载冷却装置的冷却方法，其特征在于：干冰研磨装置将干冰存储装置中的块状干冰进行粉碎研磨形成干冰粉末，由气体循环装置在电磁阀控制下向干冰研磨装置的出冰口喷出高压气流，高压气流将干冰粉末带入冷却装置，含有干冰粉末的气流经冷却装置喷射在车辆待冷却机构表面。

5.根据权利要求4所述的冷却方法，其特征在于：需要对多个车辆待冷却机构进行冷却时，由安装在各车辆待冷却机构上的温度传感器生成冷却任务并进行任务排队，每次任务执行固定的工作周期后停止并继续执行下个任务，对多个车辆待冷却机构轮流执行冷却任务直至所有车辆待冷却机构温度控制在阈值以下。

6.根据权利要求5所述的冷却方法，其特征在于：所述冷却任务具体为：中控单元先后启动所述电磁阀、所述气体循环装置中的空气压缩机和所述干冰研磨装置中的研磨电机，并启动所述中控单元内部计时单元开始所述工作周期的计时；待完成一次所述工作周期后，先后关停所述研磨电机、所述空气压缩机和所述电磁阀。