CN111409650A - 一种低真空管道列车沿线风循环散热系统 - Google Patents

Abstract

一种低真空管道列车沿线风循环散热系统，包括分别位于列车周边的腔体和设置在低真空管路外部沿线区域的过渡单元和冷却塔等，所述腔体沿着列车前进的方向并行延伸，所述腔体靠近列车的周边是为列车运动和停止提供动力、悬浮力或阻力的部件组，所述腔体沿着长度方向上有进出气口，列车前进时挤压低真空管道内部的气体使气体在腔体及管道内循环，所述循环的气体带走列车运行时产生的热量。该发明的优点在于：本发明通过设置带有进出气口的腔体，使得车头前端的气体从进出气口流入腔体，流向车身的后方，并且产生的流动气体带走列车运行时产生的热量，确保低真空管道高速飞行列车运行过程安全可靠。

Description

一种低真空管道列车沿线风循环散热系统

技术领域

本发明涉及低真空管道超高速磁悬浮列车的热管理技术领域，尤其涉及一种低真空管道列车沿线风循环散热系统。

背景技术

我国的铁路建设和铁路交通运输处于快速发展阶段，在经过几次提速后，铁路交通的运输能力得到大幅提高。但是，随着我国国民经济高速平稳的发展，对铁路运输提出了更高的要求。高速、低噪、低碳环保的出行成为了未来地面交通工具的重要发展方向和必然选择。

目前，国内高速铁路的最快运营速度已经达到了350km/h，在进一步提高列车运行速度的过程中，地表稠密的大气层成为了阻碍地面高速交通运输系统发展的最大瓶颈。结合磁悬浮技术，并为了避免气流对高速列车的影响，沿线加入了低压管道或真空管道，发展成为低真空管道运输系统或真空管道系统。这将是未来地面超高速载人交通工具的重要发展方向。

低真空管道高速飞行列车系统在运行过程中会不断产热，其热量来源主要包括三个方面：一是电磁悬浮-推进-制动系统/设备的能量损耗；二是稀薄空气的气动加热；三是受限真空管道的活塞效应。如缺少热管理系统，多趟次列车循环运行后这些热量会使得管道内温度逐步升高，将引起低真空管道高速飞行列车系统重要部件或整体的失效。因而，低真空管道高速飞行列车线路散热技术和散热系统是实现列车安全运行、提升列车可靠性的关键一环。

列车在低真空管道中高速运行造成管道温度持续升高，一方面影响低真空管道高速飞行列车交通系统内各设备的正常工作及其使用寿命，另一方面对低真空管道交通的安全运营产生不利影响、带来安全隐患。高速飞行列车在低真空管道高速运行时的线路散热技术和散热系统是否可靠，将直接影响低真空管道运输系统的安全性和经济性。

低真空管道内气体稀薄，大大降低了导热和对流换热速率，同时列车高速运行过程中会挤压列车头部气流，形成局部较为密集的气流。

发明内容

为了能够实现低真空管道高速飞行列车管道气流沿线散热，为此，本发明提供一种低真空管道列车沿线风循环散热系统。本发明采用以下技术方案：

一种低真空管道列车沿线风循环散热系统，包括分别位于列车周边的腔体，所述腔体沿着列车前进的方向并行延伸，所述腔体靠近列车的周边是为列车运动和停止提供动力、悬浮力或阻力的部件组，所述腔体沿着长度方向上有进出气口，列车前进时挤压低真空管道内部的气体使气体在腔体及管道内循环，所述循环的气体带走列车运动时产生的热量。

优化的，所述腔体包括设置在列车周边并在低真空管道内沿线的第一腔体，所述第一腔体靠近列车的周边是为列车提供动力和悬浮力的部件组。

优化的，沿着列车前进的方向，所述第一腔体上端面开设有多个第一进出气口。

优化的，所述腔体包括设置在列车底部并在低真空管道内沿线的第二腔体，所述第二腔体上端面为刹车部件，所述刹车部件沿着列车前进方向上设置有多个第二进出气口。

优化的，所述腔体内设置有降温组件。

优化的，所述降温组件包括设置在腔体内且贴覆在部件组背面的冷却换热器或冷却换热管，系统还包括给冷却换热器提供冷源的冷却塔，所述冷却塔和冷却换热器之间还设置有过渡单元。

优化的，所述过渡单元包括散热板换或制冷机组，所述散热板换或制冷机组与冷却塔之间形成换热环路，所述散热板换或制冷机组与冷却换热器之间形成换热环路。

优化的，所述过渡单元还包括恒温水箱，所述恒温水箱设置在散热板换或制冷机组与冷却换热器之间。

优化的，所述腔体之间设置有连通管。

优化的，所述降温组件包括对着部件组背面或所述腔体喷洒降温液体的喷嘴组件。

本发明的优点在于：

(1)由于列车高速运行，车头会挤压前端的气体，并且低真空管道内部大量积聚了为列车运动和停止提供动力、悬浮力或阻力的部件组工作过程中、气体压缩和气体摩擦产生大量的热，本发明通过设置带有进出气口的腔体，使得车头前端的气体从腔体的进出气口流向车身的后方形成气流循环，列车运行时产生的热量被降温组件带走，确保低真空管道高速飞行列车运行过程安全可靠。

(2)第一腔体的设置可以控制为列车提供动力和悬浮力的部件组的温度，其中气体从靠近车头处的第一进出气口进入第一腔体，从车头处的部件组，流至车尾处的部件组，最后，经车身后方的进出气口流出。

(3)为了提高进气量，减少循环气体阻力；本方案还在第一腔体的上端面开设有多个第一进出气口，从而提高循环气体的量，从而提高降温的效率。

(4)其中第二腔体的设置是为了给刹车部件降温，列车前进时挤压低真空管道内部的气体从靠近车头处的第二进出气口进入到第二腔体内，流动的气体在刹车部件的下方流动，从而带走刹车部件产生的热量。

(5)降温组件的设置使得降温不仅仅是通过气体流动来给部件组降温，同时可以实现气体温度的控制，提高了降温效率，本发明提供了几种方案，一种是通过冷却换热器来给部件组降温，一种是通过喷嘴组件喷射液体降温，还有一种是冷却换热器和喷嘴组件的结合来实现降温，根据不同的需求实现性价比最高的降温模式。

(6)其中使用冷却换热器降温时，本发明提供了多种模式，包括：1.通过冷却塔与散热板换之间进行换热，然后散热板换与冷却换热器之间换热；2.冷却塔和制冷机组之间进行换热，然后制冷机组与多块冷却换热器之间换热；3.在方案2和方案3中，散热板换、制冷机组与冷却换热器之间设置恒温水箱，恒温水箱保证冷却换热器更好的冷却效果；4.制冷机组、散热板换、恒温水箱同时可以设置，通过设置不同的开关阀选择不同的工作模式。

(7)其中使用喷嘴组件降温时，本发明亦可提供多种模式。

(8)其中冷却塔和过渡单元设置在低真空管道外沿线区域，可以防止冷却塔和过渡单元影响低真空管道内的气流。

附图说明

图1-4为列车在低真空管道内的结构图。

图5-9为冷却塔、过渡单元和冷却换热器不同模式下的结构图。

图10为冷却换热器和或喷嘴组件使用时的冷却塔、过渡单元不同模式下的结构图。

图中标注符号的含义如下：

1-低真空管道 2-列车 3-第一进出气口 4-第一腔体

5-第二腔体 6-第二冷却换热器 7-刹车部件 8-第二进出气口

9-第一冷却换热器 10-为列车提供动力的部件组

11-为列车提供悬浮力的部件组 12-连通管

21-冷却塔 22-第一泵体 23-散热板换 24-第二泵体

25-制冷机组 26-第三泵体 27-第四泵体 28-第五泵体

29-恒温水箱 30-第六泵体 31-第一开关阀 32-第二开关阀

33-第三开关阀 34-第四开关阀 35-第五开关阀 36-第六开关阀

37-自动补水阀 38-第七开关阀39-第七泵体 40-喷嘴组件

具体实施方式

如图1-4所示，一种低真空管道列车沿线风循环散热系统，包括分别位于列车2周边的腔体，所述腔体沿着列车2前进的方向并行延伸，列车2前进时挤压低真空管道内部的气体使气体在腔体及管道内循环，所述循环的气体带走列车运动时产生的热量。所述腔体靠近列车2的周边是为列车2运动和停止提供动力、悬浮力或阻力的部件组，在该方案中部件组包括列车2两侧均设置的为列车提供动力的部件组10和为列车提供悬浮力的部件组11和列车2下方设置的刹车部件7，其中循环的气体带走为列车提供动力的部件组10、为列车提供悬浮力的部件组11、刹车部件7在列车工作时产生的热量。另外的，为列车提供动力的部件组10和为列车提供悬浮力的部件组11也可以水平设置在列车2的下方，或者其他布置方式。

为了给为列车提供动力的部件组10和为列车提供悬浮力的部件组11散热，腔体包括第一腔体4，第一腔体4靠列车2的内侧面是为列车提供动力的部件组10和为列车提供悬浮力的部件组11，其他侧面使用混凝土结构或其他支撑结构，在该方案中，第一腔体4为两列，分别为位于列车2的两侧，列车2前进时挤压低真空管道内部的气体从靠近车头处的第一进出气口3进入第一腔体4，从车头处的为列车提供动力的部件组10和为列车提供悬浮力的部件组11，流至车尾处的为列车提供动力的部件组10和为列车提供悬浮力的部件组11，最后，经车身后方的第一进出气口3流出，从而带走列车运行时产生的热量。

由于列车2前方存在着被挤压的气体，为提高第一腔体4的进气量，沿着列车2前进的方向，所述第一腔体4上端面开设有多个第一进出气口3，这些第一进出气口3可以均匀布置在第一腔体4上。

为了给列车2底部的刹车部件7散热，所述腔体还包括设置在列车2底部的第二腔体5，所述第二腔体5上端面为刹车部件7，第二腔体5的其他侧面为混凝土结构或其他支撑结构，所述刹车部件7沿着列车2前进方向上设置有多个第二进出气口8。列车2前进时挤压低真空管道内部的气体从靠近车头处的第二进出气口8进入到第二腔体5内，气体在刹车部件7的下方流动，经车身后方的第二进出气口8流出，从而带走列车运行时产生的热量。

为了实现气体的环流效果，第二腔体5两侧还设置有与两侧对应的第一腔体4导通的连通管12。详细地说，应该是列车2沿着长度方向的横截面设置有连通管12。

为了实现更好的降温，所述腔体内设置有降温组件。降温组件包括三种，一种是使用冷源，冷源包括设置在腔体内且贴覆在部件组背面的冷却换热器，第二种是使用喷嘴组件40向需要降温的部件组喷射降温液体，比如向推进线圈10、悬浮线圈11、刹车部件7或所述第一/第二腔体喷液降温，另外的第三种可以是冷源与喷嘴组件40的方案同时作用。其中冷源中的冷却换热器贴覆在相应位置的部件组上。

冷源包括多种技术方案，以下对不同结构做具体描述：

第一种方案：

如图5所示，系统包括给冷却换热器提供冷源的冷却塔21，所述冷却塔21和冷却换热器之间还设置有过渡单元。所述过渡单元包括制冷机组25，所述冷却塔21到制冷机组25形成换热循环环路，并且冷却塔21与制冷机组25的冷凝端之间的管路上设置有第二泵体24。冷却塔21为制冷机组25的冷凝端提供相应温度的冷却水，所述制冷机组25与若干个冷却换热器之间形成换热环路，并且制冷机组25输送冷却介质的管路上设置有第六泵体30。制冷机组25的蒸发端可以实现将换热介质的温度降温至目标低温，降温后的换热介质重新流入冷却换热器形成循环，可反复工作，实现不间断降温工作。其中若干个冷却换热器并行设置，如图中第一冷却换热器9和第二冷却换热器6。

第二种方案：

如图6所示，系统包括给冷却换热器提供冷源的冷却塔21，所述冷却塔21和冷却换热器之间还设置有过渡单元。所述过渡单元包括散热板换23，所述冷却塔21到散热板换23形成换热循环路，并且冷却塔21与散热板换23的冷凝端之间的管路上设置有第一泵体22。所述散热板换23与若干个冷却换热器之间形成换热环路，并且散热板换23输送冷却介质的管路上设置有第三泵体26。升温后的换热介质重新进入冷却塔降温，形成循环，可反复工作，实现不间断降温工作。此种冷源供给模式不需要制冷机组等耗能设备对换热介质进行降温，仅通过冷却塔利用作为自然冷源的散热板换23实现降温，充分利用散热板换23实现节能减排运行。

第三种方案：

如图7所示，在第一种方案的制冷机组25与多块并行的冷却换热器之间设置恒温水箱29，具体的说，所述冷却塔21到制冷机组25形成换热循环路，并且冷却塔21与制冷机组25的冷凝端之间的管路上设置有第二泵体24。所述制冷机组25与恒温水箱29之间设置换热环路，制冷机组蒸发端可以实现将恒温水箱中换热介质的温度降温至目标低温，所述恒温水箱29到制冷机组25的管路上设置有第五泵体28，所述恒温水箱29与若干个冷却换热器之间形成换热环路，并且恒温水箱29输送冷却介质的管路上设置有第六泵体30。此种方法为间接冷却，第一冷却换热器和第二冷却换热器采用水或其他具有低导电率同时具有高导热率的换热介质进行循环流动均可。

第四种方案

如图8所示，在第二种方案的散热板换23与多块并行的冷却换热器之间设置恒温水箱29，具体地说，所述冷却塔21到散热板换23形成换热循环路，并且冷却塔21与散热板换23的冷凝端之间的管路上设置有第一泵体22。所述散热板换23与恒温水箱29之间设置换热环路，所述恒温水箱29到散热板换23的管路上设置有第四泵体27，所述恒温水箱29与若干个冷却换热器之间形成换热环路，并且恒温水箱29输送冷却介质的管路上设置有第六泵体30。由冷却塔21将恒温水箱29中的换热介质的温度经散热板换23降温至目标低温，处理后的换热介质由泵等动力设备输送至低真空管道高速飞行列车系统中的第一冷却换热器9和第二冷却换热器6，升温后的换热介质重新进入恒温水箱进行降温，形成循环，可反复工作，实现不间断降温工作。此种冷源供给模式不需要制冷机组等耗能设备对换热介质进行降温，仅通过冷却塔21利用自然冷源实现降温，充分利用自然冷源实现节能减排运行。

第五种方案

为了在不同的状态下能够实现多重选择，或者以上多种方案同时进行，如图9所示，系统包括给冷却换热器提供冷源的冷却塔21，所述冷却塔21和冷却换热器之间还设置有过渡单元。所述过渡单元包括制冷机组25、散热板换23、恒温水箱29。

所述冷却塔21到散热板换23形成换热循环路，并且冷却塔21与散热板换23的冷凝端之间的管路上设置有第一泵体22。所述冷却塔21到制冷机组25可形成换热循环路，并且冷却塔21与制冷机组25的冷凝端之间的管路上设置有第二泵体24。

所述散热板换23与若干个冷却换热器之间形成换热环路，并且散热板换23输送冷却介质的管路上设置有第三泵体26，所述制冷机组25与若干个冷却换热器之间形成换热环路，并且制冷机组25输送冷却介质的管路上设置有第六泵体30。

所述散热板换23与恒温水箱29之间设置换热环路，所述恒温水箱29到散热板换23的管路上设置有第四泵体27，所述制冷机组25与恒温水箱29之间设置换热环路，所述恒温水箱29到制冷机组25的管路上设置有第五泵体28。

所述恒温水箱29与若干个冷却换热器之间形成换热环路，并且恒温水箱29输送冷却介质的管路上设置有第六泵体30。

为了能实现上述多种方案，介质从冷却换热器到恒温水箱29的管路上设置有第一开关阀31，介质从冷却换热器到散热板换23的管路上设置有第二开关阀32，介质从冷却换热器到制冷机组25的管路上设置有第三开关阀33，介质从恒温水箱29到第六泵体30的管路上设置有第四开关阀34，介质从制冷机组25到第六泵体30的管路上设置有第五开关阀35，介质从第三泵体26到冷却换热器6、冷却换热器9的管路上设置有第六开关阀36。通过控制第一开关阀31、第二开关阀32、第三开关阀33、第四开关阀34、第五开关阀35、第六开关阀36的开闭状态可以选择以上所有方案。

当为实现第一种方案时，需要打开第三开关阀33和第五开关阀35、关闭第一开关阀31、第二开关阀32、第四开关阀34和第六开关阀36，并且打开冷却塔21、制冷机组25、第二泵体24、第六泵体30。

当为实现第二种方案时，需要打开第二开关阀32和第六开关阀36、关闭第一开关阀31、第三开关阀33、第四开关阀34和第五开关阀35，并且打开冷却塔21、散热板换23、第一泵体22、第三泵体26。

当为实现第三种方案时，需要打开第一开关阀31和第四开关阀34、关闭第二开关阀32、第三开关阀33、第五开关阀35和第六开关阀36，并且打开冷却塔21、制冷机组5、第二泵体24、第五泵体28、第六泵体30。

当为实现第四种方案时，需要打开第一开关阀31和第四开关阀34、关闭第二开关阀32、第三开关阀33、第五开关阀35和第六开关阀36，并且打开冷却塔21、散热板换23、第一泵体22、第四泵体27、第六泵体30。

如图10所示，当仅仅使用喷嘴组件40时，可以使用恒温水箱29通过自动补水阀37与外部水源连接，恒温水箱29包括输出端依次经过第七开关阀38、第七泵体39给喷嘴组件40供水。图10还可以将喷水降温和冷却换热器降温结合使用。

列车2位于低真空管道内运行，风循环系统中腔体均位于低真空管道内，在以上五种方案中的所述冷却塔21和过渡单元设置在低真空管道外沿线区域，这是因为冷却塔和过渡单元均不宜在低真空环境中使用。

以上仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种低真空管道列车沿线风循环散热系统，其特征在于，包括分别位于列车(2)周边的腔体，所述腔体沿着列车(2)前进的方向并行延伸，所述腔体靠近列车(2)的周边是为列车(2)运动和停止提供动力、悬浮力或阻力的部件组，所述腔体沿着长度方向上有进出气口，列车(2)前进时挤压低真空管道内部的气体使气体在腔体及管道内循环，所述循环的气体带走列车运动时产生的热量。

2.根据权利要求1所述的一种低真空管道列车沿线风循环散热系统，其特征在于，所述腔体包括设置在列车(2)周边并在低真空管道内沿线的第一腔体(4)，所述第一腔体(4)靠近列车(2)的为列车提供动力的部件组(10)和为列车提供悬浮力的部件组(11)。

3.根据权利要求2所述的一种低真空管道列车沿线风循环散热系统，其特征在于，沿着列车(2)前进的方向，所述第一腔体(4)上端面开设有多个第一进出气口(3)。

4.根据权利要求1所述的一种低真空管道列车沿线风循环散热系统，其特征在于，所述腔体包括设置在列车(2)底部并在低真空管道内沿线的第二腔体(5)，所述第二腔体(5)上端面为刹车部件(7)，所述刹车部件(7)沿着列车(2)前进方向上设置有多个第二进出气口(8)。

5.根据权利要求1所述的一种低真空管道列车沿线风循环散热系统，其特征在于，所述腔体内设置有降温组件。

6.根据权利要求5所述的一种低真空管道列车沿线风循环散热系统，其特征在于，所述降温组件包括设置在腔体内且贴覆在部件组背面的冷却换热器，所述的冷却换热器也包括冷却换热管；系统还包括给冷却换热器提供冷源并设置在低真空管路外部沿线区域的冷却塔(21)，所述冷却塔(21)和冷却换热器之间还设置有过渡单元，过渡单元设置在低真空管路外部沿线区域。

7.根据权利要求6所述的一种低真空管道列车沿线风循环散热系统，其特征在于，所述过渡单元包括散热板换(23)或制冷机组(25)，所述散热板换(23)或制冷机组(25)与冷却塔(21)之间形成换热环路，所述散热板换(23)或制冷机组(25)与冷却换热器之间形成换热环路。

8.根据权利要求7所述的一种低真空管道列车沿线风循环散热系统，其特征在于，所述过渡单元还包括恒温水箱(29)，所述恒温水箱(29)设置在散热板换(23)或制冷机组(25)与冷却换热器之间。

9.根据权利要求1所述的一种低真空管道列车沿线风循环散热系统，其特征在于，所述腔体之间设置有连通管(12)。

10.根据权利要求5或6所述的一种低真空管道列车沿线风循环散热系统，其特征在于，所述降温组件包括对着部件组背面或所述腔体喷洒降温液体的喷嘴组件(40)。

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