CN114516345A - 管道壁面喷淋式冷却循环散热系统及磁悬浮运输系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种管道壁面喷淋式冷却循环散热系统及磁悬浮运输系统，该系统包括冷却管路、储水站、第一动力单元、集水槽、第一回水组件、第二动力单元和冷却组件，冷却管路沿真空管道的长度方向设置在真空管道外壁面上，冷却管路包括管路本体和多个喷水单元，多个喷水单元间隔设置在管路本体上，第一动力单元用于将储水站内存储的液态水运送至冷却管路，真空管道设置在集水槽内，第一回水组件分别与集水槽和储水站连接，第一回水组件用于将集水槽内收集的液态水送至储水站，冷却组件通过第二动力单元与储水站连接。应用本发明的技术方案，以解决现有技术中真空管道壁面冷却循环水量巨大，电能投入大的技术问题。

Description

管道壁面喷淋式冷却循环散热系统及磁悬浮运输系统

技术领域

本发明涉及磁悬浮交通运输技术领域，尤其涉及一种管道壁面喷淋式冷却循环散热系统及磁悬浮运输系统。

背景技术

目前真空管道磁悬浮交通运输系统处于探索阶段，其管道散热技术尚无现成经验可参考。散热方式的选择取决于多重因素，如设备总发热量、设备允许热量、工作环境、设备的安装方式与布局等。按散热能力的不同，主要的冷却方式有空气冷却和液体冷却，具体如图2所示。

空气冷却分为自然冷却和强制冷却。自然冷却是指不使用任何外部辅助能量的情况下，利用设备的热传导、对流和辐射等传热方式，实现发热设备向周围环境散热进而达到冷却的目的。一般对温度控制要求不高、设备发热的热流密度不大的低功耗器件和部件，以及密封或密集组装的器件，不宜(或不需要)采取其他冷却方式的情况下，都采用此种方式。强制冷却是使用风扇等器件使发热设备周边的空气形成强迫对流，从而将设备散发的热量带走。如果设备之间的空间适合空气流动或适于安装局部散热器，可尽量使用这种方法。

直接液体冷却是指让冷却液直接与发热设备紧密接触，电气设备将耗散的热量直接传递给冷却液，再由冷却液传给壳体或者换热器中，最后由壳体或换热器将热量散发出去。典型的冷却形式有射流冲击式、喷淋式。射流冲击冷却是指利用流体法向冲击设备表面，形成很薄的速度层和边界层，由于单个喷嘴喷射冲击冷却会在换热表面上产生较大的温度梯度，为降低梯度采用整列多喷嘴射流冲击冷却时，会导致整个冷却系统结构复杂化。喷雾冷却是通过喷嘴把液体雾化成一滴滴的液滴，然后喷射撞击换热表面的一种冷却方式。喷嘴雾化后的液滴在热源表面形成一层薄液膜，液滴对液膜产生一定的扰动使得液膜内产生汽化核心，依靠液膜的对流蒸发和液膜内气泡的相变过程带走热源表面的热量。其优点是可增加空间温度均匀性，在很少的冷却剂需求下，可实现更高的换热效率，缺点是喷嘴易阻塞、腐蚀等。

间接液体冷却方式，冷却液并不与设备直接接触，而是将电气设备装在一个由液体冷却的冷板上。热量通过热传导、对流或辐射由设备传至冷板，再由冷板传给冷却液，由冷却液把热量带走。典型的冷却形式为泵驱动液体循环、热管。泵驱动液体循环是指在热源表面安装冷却液流动管路或换热片，冷板内冷却液流经热源表面吸收热源释放的热量，通过循环流动的形式实现热量的转移。热管是一种利用工作流体相变实现热量传递的传热设备。热管的蒸发段贴装于发热设备表面，管芯内的工作液体受热蒸发，并带走热量，该热量为工作液体的蒸发潜热，蒸汽从中心通道流向热管的冷凝段，凝结成液体，同时放出潜热，在毛细力的作用下，液体回流到蒸发段。这样，就完成了一个闭合循环，从而将大量的热量从加热段传到散热段。其优点是需要空间小，不需要额外消耗动力，适用于高热流密度条件的散热。但是单套环路热管最大传热能力通常在1kW量级，若需满足大功率的散热需求，需并联多根热管，管路布置形式复杂，且其传热能力受传输距离限制，不适宜远距离设备散热。其次，常用的氨工质环路热管其理论控温水平在30℃至50℃，但由于蒸发器与发热表面接触热阻的存在，发热表面的温度通常高达70℃至80℃，影响实际控温水平。同时，环路热管成本较高，单套环路热管价格在几千至上万元不等，航天级别的环路热管价格在几万元左右，经济成本增加。因此热管方案可用于小规模、小功率电气设备散热。

针对真空管道磁悬浮交通运输系统，金属管壁磁涡发热量大，仅靠外环境的空气自然对流不满足散热需求，因此必须采取主动制冷措施。由于管道直径大、管线长，且运行过程中随着列车行进，发热位置不断发生改变，若采用泵驱动液体循环方式冷却，需铺设上千公里级的冷却循环管路，冷却循环水量巨大，电能投入大。

发明内容

本发明提供了一种管道壁面喷淋式冷却循环散热系统及磁悬浮运输系统，能够解决现有技术中真空管道壁面冷却循环水量巨大，电能投入大的技术问题。

本发明提供了一种管道壁面喷淋式冷却循环散热系统，管道壁面喷淋式冷却循环散热系统用于对真空管道磁悬浮交通运输系统的真空管道壁面进行散热，管道壁面喷淋式冷却循环散热系统包括：冷却管路，冷却管路沿真空管道的长度方向设置在真空管道外壁面上，冷却管路包括管路本体和多个喷水单元，多个喷水单元间隔设置在管路本体上，其中，当真空管道的管道壁面温度超出设定温度阈值范围时，管道壁面喷淋式冷却循环散热系统通过打开多个喷水单元并通过喷水单元喷射液态水以对真空管道的壁面进行散热；储水站和第一动力单元，储水站通过第一动力单元与冷却管路连接，第一动力单元用于将储水站内存储的液态水运送至冷却管路；集水槽，真空管道设置在集水槽内，集水槽用于收集吸热后的液态水；第一回水组件，第一回水组件分别与集水槽和储水站连接，第一回水组件用于将集水槽内收集的液态水送至储水站；第二动力单元和冷却组件，冷却组件通过第二动力单元与储水站连接，冷却组件用于对储水站内的液态水进行冷却。

进一步地，管道壁面喷淋式冷却循环散热系统还包括第一温度传感器、压力传感器和第一流量调节阀，第一温度传感器用于监测冷却管路的温度，压力传感器用于监测冷却管路的压力，第一流量调节阀分别与第一动力单元和冷却管路连接，管道壁面喷淋式冷却循环散热系统可根据第一温度传感器获取的冷却管路内液态水的温度以及压力传感器获取的冷却管路内液态水的压力调节第一流量调节阀的开度以保证冷却管路内液态水的压力和流量满足喷水单元的打开压力。

进一步地，管道壁面喷淋式冷却循环散热系统还包括第一过滤器，第一过滤器分别与第一动力单元和第一流量调节阀连接，第一过滤器用于对储水站输出的液态水进行过滤。

进一步地，管道壁面喷淋式冷却循环散热系统还包括第二温度传感器，第二温度传感器用于监测储水站内液态水的温度，第一回水组件包括第三动力单元和第二流量调节阀，集水槽、第三动力单元、第二流量调节阀和储水站依次相连接，第三动力单元用于将集水槽内的液态水运送至储水站，管道壁面喷淋式冷却循环散热系统根据第二温度传感器获取的储水站内液态水的温度调节第二流量调节阀的开度以调节进入储水站内的液态水的水量。

进一步地，第一回水组件还包括第二过滤器，第二过滤器分别与第三动力单元和第二流量调节阀连接，第二过滤器用于对集水槽输出的液态水进行过滤。

进一步地，管道壁面喷淋式冷却循环散热系统还包括第二回水组件，第二回水组件和第一回水组件并联设置在集水槽和储水站之间，第二回水组件包括第四动力单元和第三流量调节阀，集水槽、第四动力单元、第三流量调节阀和储水站依次相连接，第四动力单元用于将集水槽内的液态水运送至储水站，管道壁面喷淋式冷却循环散热系统根据第二温度传感器获取的储水站内液态水的温度调节第三流量调节阀的开度以调节进入储水站内的液态水的水量。

进一步地，第二回水组件还包括第三过滤器，第三过滤器分别与第四动力单元和第三流量调节阀连接，第三过滤器用于对集水槽排出的液态水进行过滤。

进一步地，管道壁面喷淋式冷却循环散热系统还包括水位传感器，水位传感器设置在储水站内，水位传感器用于监测储水站内的水位，储水站具有补给口，补给口用于向储水站补给液态水，管道壁面喷淋式冷却循环散热系统根据储水站内的水位以及储水站内液态水的温度调节补给口的开度。

进一步地，冷却组件包括水箱、调节器、喷嘴和换热翅片，调节器分别与水箱和喷嘴连接，调节器用于调节水箱内的液态水以脉冲式地从喷嘴内喷出，喷嘴与换热翅片相对设置，喷嘴中喷出的水滴在换热翅片上形成水滴薄膜，水滴薄膜汽化以用于吸收储水站输出的液态水所携带的热量。

根据本发明的另一方面，提供了一种磁悬浮运输系统，该磁悬浮运输系统包括真空管道和管道壁面喷淋式冷却循环散热系统，壁面喷淋式冷却循环散热系统为如上所述的壁面喷淋式冷却循环散热系统，磁悬浮运输系统还包括多个管道温度传感器，多个管道温度传感器用于监测真空管道的壁面温度。

应用本发明的技术方案，提供了一种管道壁面喷淋式冷却循环散热系统，该散热系统采用喷淋式冷却系统利用低成本的冷却工质——自来水，当真空管道的管道壁面温度超出设定温度范围时，通过打开多个喷水单元以对真空管道的壁面进行散热，并通过集水槽收集吸热后的液态水，通过第一回水组件将吸热后的液态水重新送回储水站并由冷却组件进行冷却，重复上述过程，直至将真空管道壁面的温度将至设定温度阈值范围内，此种方式能够解决超长距离、超大管径的真空管道磁悬浮交通运输系统由于气动热及金属管壁磁涡感应发热热带来的管道壁面散热问题，冷却效率高，且能够实现液态水的循环，有效节省水量，降低电能投入，满足大功率的散热需求。

附图说明

所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施例，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了根据本发明的具体实施例提供的管道壁面喷淋式冷却循环散热系统的结构示意图；

图2示出了现有技术中提供的冷却方法汇总示意框图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、冷却管路；11、管路本体；12、喷水单元；20、储水站；20a、补给口；30、第一动力单元；40、集水槽；50、第一回水组件；51、第三动力单元；52、第二流量调节阀；53、第二过滤器；60、第二动力单元；70、冷却组件；80、第一温度传感器；90、压力传感器；100、第一流量调节阀；110、第一过滤器；120、第二温度传感器；130、第二回水组件；131、第四动力单元；132、第三流量调节阀；133、第三过滤器；140、第一电磁阀；150、第二电磁阀；160、第三电磁阀。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

如图1所示，根据本发明的具体实施例提供了一种管道壁面喷淋式冷却循环散热系统，该管道壁面喷淋式冷却循环散热系统用于对真空管道磁悬浮交通运输系统的真空管道壁面进行散热，管道壁面喷淋式冷却循环散热系统包括冷却管路10、储水站20、第一动力单元30、集水槽40、第一回水组件50、第二动力单元60和冷却组件70，冷却管路10沿真空管道的长度方向设置在真空管道外壁面上，冷却管路10包括管路本体11和多个喷水单元12，多个喷水单元12间隔设置在管路本体11上，其中，当真空管道的管道壁面温度超出设定温度阈值范围时，管道壁面喷淋式冷却循环散热系统通过打开多个喷水单元12并通过喷水单元12喷射液态水以对真空管道的壁面进行散热，储水站20通过第一动力单元30与冷却管路10连接，第一动力单元30用于将储水站20内存储的液态水运送至冷却管路10，真空管道设置在集水槽40内，集水槽40用于收集吸热后的液态水，第一回水组件50分别与集水槽40和储水站20连接，第一回水组件50用于将集水槽40内收集的液态水送至储水站20，冷却组件70通过第二动力单元60与储水站20连接，冷却组件70用于对储水站20内的液态水进行冷却。

应用此种配置方式，提供了一种管道壁面喷淋式冷却循环散热系统，该散热系统采用喷淋式冷却系统利用低成本的冷却工质——自来水，当真空管道的管道壁面温度超出设定温度范围时，通过打开多个喷水单元以对真空管道的壁面进行散热，并通过集水槽收集吸热后的液态水，通过第一回水组件将吸热后的液态水重新送回储水站并由冷却组件进行冷却，重复上述过程，直至将真空管道壁面的温度将至设定温度阈值范围内，此种方式能够解决超长距离、超大管径的真空管道磁悬浮交通运输系统由于气动热及金属管壁磁涡感应发热热带来的管道壁面散热问题，冷却效率高，且能够实现液态水的循环，有效节省水量，降低电能投入，满足大功率的散热需求。

进一步地，在本发明中，为了能够在真空管道的管道壁面温度超出设定温度阈值范围时，顺利打开喷水单元，可将管道管道壁面喷淋式冷却循环散热系统配置为还包括第一温度传感器80、压力传感器90和第一流量调节阀100，第一温度传感器80用于监测冷却管路10的温度，压力传感器90用于监测冷却管路10的压力，第一流量调节阀100分别与第一动力单元30和冷却管路10连接，管道壁面喷淋式冷却循环散热系统可根据第一温度传感器80获取的冷却管路10内液态水的温度以及压力传感器90获取的冷却管路10内液态水的压力调节第一流量调节阀100的开度以保证冷却管路10内液态水的压力和流量满足喷水单元12的打开压力。

在此种配置方式下，当真空管道的管道壁面温度超出设定温度阈值范围时，通过实时获取冷却管路的温度和压力，调节第一流量调节阀的开度，从而能够保证冷却管路内液态水的压力和流量满足喷水单元的打开压力。此外，通过实时获取冷却管路内液态水的温度，当液态水的温度超出设定温度阈值时，可以控制冷却组件对储水站内的液态水进行降温，从而实现对真空管道壁面的散热。

进一步地，在本发明中，由于储水站内容易积累尘土和杂物等，为了避免水中杂质堵塞喷嘴，阻碍雾滴形成，影响后续冷却效果，可将管道壁面喷淋式冷却循环散热系统配置为还包括第一过滤器110，第一过滤器110分别与第一动力单元30和第一流量调节阀100连接，第一过滤器110用于对储水站20输出的液态水进行过滤。在此种配置方式下，通过第一过滤器对储水站内积累的尘土、杂物等进行过滤，能够保证水质满足后续冷却循环利用。

此外，在本发明中，为了能够实现对真空管道壁面的有效降温，需要保证储水站内的液态水的温度处于较低温度范围，因此，需要实时对储水站内的温度进行监控，以防止第一回水组件引入过多吸收热量后的液态水进入储水站。具体地，管道壁面喷淋式冷却循环散热系统还包括第二温度传感器120，第二温度传感器120用于监测储水站20内液态水的温度，第一回水组件50包括第三动力单元51和第二流量调节阀52，集水槽40、第三动力单元51、第二流量调节阀52和储水站20依次相连接，第三动力单元51用于将集水槽40内的液态水运送至储水站20，管道壁面喷淋式冷却循环散热系统根据第二温度传感器120获取的储水站20内液态水的温度调节第二流量调节阀52的开度以调节进入储水站20内的液态水的水量。

进一步地，在本发明中，由于集水槽内容易积累尘土和杂物等，为了避免水中杂质堵塞喷嘴，阻碍雾滴形成，影响后续冷却效果，可将第一回水组件50配置为还包括第二过滤器53，第二过滤器53分别与第三动力单元51和第二流量调节阀52连接，第二过滤器53用于对集水槽40输出的液态水进行过滤。在此种配置方式下，通过第二过滤器对集水槽内积累的尘土、杂物等进行过滤，能够保证水质满足后续冷却循环利用。

在本发明中，为了进一步地提高冷却效率及回收效率，可将管道壁面喷淋式冷却循环散热系统配置为还包括第二回水组件130，第二回水组件130和第一回水组件50并联设置在集水槽40和储水站20之间，第二回水组件130包括第四动力单元131和第三流量调节阀132，集水槽40、第四动力单元131、第三流量调节阀132和储水站20依次相连接，第四动力单元131用于将集水槽40内的液态水运送至储水站20，管道壁面喷淋式冷却循环散热系统根据第二温度传感器120获取的储水站20内液态水的温度调节第三流量调节阀132的开度以调节进入储水站20内的液态水的水量。

在此种配置方式下，当多个喷水单元喷射液态水以对真空管道的壁面进行散热后，集水槽收集吸热后的液态水，第一回水组件和第二回水组件共同将集水槽内的液态水运送至储水站，并在储水站内经冷却组件作用以对液态水进行冷却，第一动力单元将冷却后的液态水重新送至冷却管路以对真空管道壁面进行冷却，此种方式有效提高了真空管道壁面的冷却效率以及吸热后液态水的回收效率。

进一步地，在本发明中，由于集水槽内容易积累尘土和杂物等，为了避免水中杂质堵塞喷嘴，阻碍雾滴形成，影响后续冷却效果，可将第二回水组件130配置为还包括第三过滤器133，第三过滤器133分别与第四动力单元131和第三流量调节阀132连接，第三过滤器133用于对集水槽40排出的液态水进行过滤。在此种配置方式下，通过第三过滤器对集水槽内积累的尘土、杂物等进行过滤，能够保证水质满足后续冷却循环利用。

此外，在本发明中，由于在对真空管道壁面进行冷却的过程中，会有一部分液态水与高温壁面之间接触后发生相变以水蒸汽形式分散于大气环境，为了防止液态水持续蒸发导致储水站内水量不足，影响真空管道壁面的散热，可将管道壁面喷淋式冷却循环散热系统配置为还包括水位传感器，水位传感器设置在储水站20内，水位传感器用于监测储水站20内的水位，储水站20具有补给口20a，补给口20a用于向储水站20补给液态水，管道壁面喷淋式冷却循环散热系统根据储水站20内的水位以及储水站20内液态水的温度调节补给口20a的开度。

在此种配置方式下，当水位传感器感知到储水站内的水位低于设定值或储水站内液态水的温度超过设定温度阈值时，此时通过增大补给口的开度，由此能够增大液态水的补给速率，保证有足够量的液态水进入储水站内，降低储水站内液态水的温度，并通过液态水对真空管道壁面进行散热；当水位传感器感知到储水站内的水位高于设定值时，此时可以减小补给口的开度，由此能够减小液态水的补给速率，防止液态水补给速率过快导致储水箱内液态水外溢。

进一步地，作为本发明的一个实施例，为了实现对冷却介质的冷却，可采用循环水冷方式对冷却介质进行冷却。具体地，冷却组件70包括水箱、调节器、喷嘴和换热翅片，调节器分别与水箱和喷嘴连接，调节器用于调节水箱内的液态水以脉冲式地从喷嘴内喷出，喷嘴与换热翅片相对设置，喷嘴中喷出的水滴在换热翅片上形成水滴薄膜，水滴薄膜汽化以用于吸收储水站20排出的液态水所携带的热量。

可替换地，作为本发明的其他实施例，也可采用强制风冷对冷却介质进行冷却。具体地，冷却装置包括风冷单元，风冷单元用于冷却冷却介质。风冷单元可包括风扇等器件，其使冷却介质周边的空气形成强迫对流，从而将冷却介质散发的热量带走。此外，也可采用高铁或者空调中的制冷系统作为冷却装置，此处不做限制。

根据本发明的另一方面，提供了一种磁悬浮运输系统，该磁悬浮运输系统包括真空管道和管道壁面喷淋式冷却循环散热系统，壁面喷淋式冷却循环散热系统为如上所述的壁面喷淋式冷却循环散热系统，磁悬浮运输系统还包括多个管道温度传感器，多个管道温度传感器用于监测真空管道的壁面温度。

应用此种配置方式，提供了一种磁悬浮运输系统，该系统采用如上所述的壁面喷淋式冷却循环散热系统进行管道壁面散热，当多个管道温度传感器监测到真空管道的管道壁面温度超出设定温度范围时，通过打开多个喷水单元以对真空管道的壁面进行散热，并通过集水槽收集吸热后的液态水，通过第一回水组件将吸热后的液态水重新送回储水站并由冷却组件进行冷却，重复上述过程，直至将真空管道壁面的温度降至设定温度阈值范围内，此种方式能够解决超长距离、超大管径的真空管道磁悬浮交通运输系统由于气动热及金属管壁磁涡感应发热热带来的管道壁面散热问题，冷却效率高，且能够实现液态水的循环，有效节省水量，降低电能投入，满足大功率的散热需求。

为了对本发明有进一步地了解，下面结合图1对本发明所提供的管道壁面喷淋式冷却循环散热系统进行详细说明。

如图1所示，根据本发明的具体实施例提供了一种管道壁面喷淋式冷却循环散热系统，该管道壁面喷淋式冷却循环散热系统包括冷却管路10、储水站20、第一动力单元30、集水槽40、第一回水组件50、第二动力单元60、冷却组件70、第一温度传感器80、压力传感器90、第一流量调节阀100、第一过滤器110、第二温度传感器120、第二回水组件130、第一电磁阀140、第二电磁阀150、第三电磁阀160和水位传感器，冷却管路10沿真空管道的长度方向设置在真空管道外壁面上，冷却管路10包括管路本体11和多个喷水单元12，多个喷水单元12间隔设置在管路本体11上，储水站20、第一动力单元30、第一过滤器110、第一流量调节阀100、第一电磁阀140依次与冷却管路10连接，第一温度传感器80和压力传感器90设置在冷却管路10的入口处，第一温度传感器80用于监测冷却管路10的温度，压力传感器90用于监测冷却管路10的压力，管道壁面喷淋式冷却循环散热系统可根据第一温度传感器80获取的冷却管路10内液态水的温度以及压力传感器90获取的冷却管路10内液态水的压力调节第一流量调节阀100的开度以保证冷却管路10内液态水的压力和流量满足喷水单元12的打开压力。在本实施例中，可采用送水泵作为第一动力单元30，可采用冷却泵作为第二动力单元60。

第二回水组件130和第一回水组件50并联设置在集水槽40和储水站20之间，第一回水组件50包括第三动力单元51、第二流量调节阀52和第二过滤器53，集水槽40、第三动力单元51、第二过滤器53、第二流量调节阀52、第二电磁阀150和储水站20依次相连接。第二回水组件130包括第四动力单元131、第三流量调节阀132和第三过滤器133，集水槽40、第四动力单元131、第三过滤器133、第三流量调节阀132、第三电磁阀160和储水站20依次相连接。在该实施例中，可采用回水泵作为第三动力单元51，可采用回水泵作为第四动力单元131。

本发明所提供的管道壁面喷淋式冷却循环散热系统在对真空管道壁面散热时，具体包括如下步骤。

步骤一，实时监测真空管道的壁面温度，当真空管道的管道壁面温度超出设定温度阈值范围时，真空管道沿线安装的第一动力单元30将储存在沿途储水站20内经过冷却组件冷却后的低温液态水泵送至第一过滤器110。

步骤二，第一过滤器110将冷却后的水进行精细过滤，避免水中杂质堵塞喷水单元，阻碍雾滴形成，影响后续冷却效果。

步骤三，通过冷却管道入口处的第一温度传感器80监测水温以及通过压力传感器90监测压力，根据冷却管道入口处的水温和水压调节第一流量调节阀100，使冷却管路内冷却水的压力和流量满足喷水单元的打开压力。

步骤四，打开第一电磁阀140，冷却液态水进入冷却管路上方流道，喷水单元自动打开以水滴的形式喷洒于高温管壁表面，部分水滴与高温壁面之间接触后发生相变以水蒸气形式分散于大气环境，剩余水滴沿管道壁面汇集至管道两旁的集水槽，形成局部对流换热，热量主要通过这两种方式实现由管道壁面向冷却水的传递。

步骤五，集水槽40内收集的废水分别在第三动力单元51和第四动力单元131的作用下泵送至第二过滤器53和第三过滤器133。第二过滤器53和第三过滤器133将集水槽40内积累的尘土、杂物等进行过滤，保证水质能够满足后续冷却循环利用。

步骤六，通过第二温度传感器120监测储水站20内的水温，打开第二电磁阀和第三电磁阀，通过调节第二流量调节阀52、第三流量调节阀132及补给口开度调节进入储水站20的水量和水温。水位传感器监测储水站20内的水位，当水位传感器感知到储水站内的水位低于设定值或储水站内液态水的温度超过设定温度阈值时，此时通过增大补给口的开度，由此能够增大液态水的补给速率，保证有足够量的液态水进入储水站内，并通过液态水对真空管道壁面进行散热；当水位传感器感知到储水站内的水位高于设定值时，此时可以减小补给口的开度，由此能够减小液态水的补给速率，防止液态水补给速率过快导致储水箱内液态水外溢。

步骤七，启动第二动力单元60，将储水站20内升温后的冷却水通过内置冷却组件进行冷却，使水温满足冷却管路入口温度需求。重复上述步骤，实现管道壁面散热循环。

综上所述，本发明提供了一种管道壁面喷淋式冷却循环散热系统，该冷却系统利用低成本的冷却工质——自来水，当真空管道的管道壁面温度超出设定温度范围时，通过打开多个喷水单元以对真空管道的壁面进行散热，并通过集水槽收集吸热后的液态水，通过第一回水组件将吸热后的液态水重新送回储水站并由冷却组件进行冷却，重复上述过程，直至将真空管道壁面的温度将至设定温度阈值范围内，此种方式能够解决超长距离、超大管径的真空管道磁悬浮交通运输系统由于气动热及金属管壁磁涡感应发热热带来的管道壁面散热问题，冷却效率高，且能够实现液态水的循环，有效节省水量，降低电能投入，满足大功率的散热需求。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种管道壁面喷淋式冷却循环散热系统，其特征在于，所述管道壁面喷淋式冷却循环散热系统用于对真空管道磁悬浮交通运输系统的真空管道壁面进行散热，所述管道壁面喷淋式冷却循环散热系统包括：

冷却管路(10)，所述冷却管路(10)沿真空管道的长度方向设置在真空管道外壁面上，所述冷却管路(10)包括管路本体(11)和多个喷水单元(12)，多个所述喷水单元(12)间隔设置在所述管路本体(11)上，其中，当真空管道的管道壁面温度超出设定温度阈值范围时，所述管道壁面喷淋式冷却循环散热系统通过打开多个喷水单元(12)并通过所述喷水单元(12)喷射液态水以对真空管道的壁面进行散热；

储水站(20)和第一动力单元(30)，所述储水站(20)通过所述第一动力单元(30)与所述冷却管路(10)连接，所述第一动力单元(30)用于将所述储水站(20)内存储的液态水运送至所述冷却管路(10)；

集水槽(40)，真空管道设置在所述集水槽(40)内，所述集水槽(40)用于收集吸热后的液态水；

第一回水组件(50)，所述第一回水组件(50)分别与所述集水槽(40)和所述储水站(20)连接，所述第一回水组件(50)用于将所述集水槽(40)内收集的液态水送至所述储水站(20)；

第二动力单元(60)和冷却组件(70)，所述冷却组件(70)通过所述第二动力单元(60)与所述储水站(20)连接，所述冷却组件(70)用于对所述储水站(20)内的液态水进行冷却。

2.根据权利要求1所述的管道壁面喷淋式冷却循环散热系统，其特征在于，所述管道壁面喷淋式冷却循环散热系统还包括第一温度传感器(80)、压力传感器(90)和第一流量调节阀(100)，所述第一温度传感器(80)用于监测所述冷却管路(10)的温度，所述压力传感器(90)用于监测所述冷却管路(10)的压力，所述第一流量调节阀(100)分别与所述第一动力单元(30)和所述冷却管路(10)连接，所述管道壁面喷淋式冷却循环散热系统可根据所述第一温度传感器(80)获取的冷却管路(10)内液态水的温度以及所述压力传感器(90)获取的冷却管路(10)内液态水的压力调节所述第一流量调节阀(100)的开度以保证所述冷却管路(10)内液态水的压力和流量满足所述喷水单元(12)的打开压力。

3.根据权利要求2所述的管道壁面喷淋式冷却循环散热系统，其特征在于，所述管道壁面喷淋式冷却循环散热系统还包括第一过滤器(110)，所述第一过滤器(110)分别与所述第一动力单元(30)和所述第一流量调节阀(100)连接，所述第一过滤器(110)用于对所述储水站(20)输出的液态水进行过滤。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的管道壁面喷淋式冷却循环散热系统，其特征在于，所述管道壁面喷淋式冷却循环散热系统还包括第二温度传感器(120)，所述第二温度传感器(120)用于监测所述储水站(20)内液态水的温度，所述第一回水组件(50)包括第三动力单元(51)和第二流量调节阀(52)，所述集水槽(40)、所述第三动力单元(51)、所述第二流量调节阀(52)和所述储水站(20)依次相连接，所述第三动力单元(51)用于将所述集水槽(40)内的液态水运送至所述储水站(20)，所述管道壁面喷淋式冷却循环散热系统根据所述第二温度传感器(120)获取的所述储水站(20)内液态水的温度调节所述第二流量调节阀(52)的开度以调节进入所述储水站(20)内的液态水的水量。

5.根据权利要求4所述的管道壁面喷淋式冷却循环散热系统，其特征在于，所述所述第一回水组件(50)还包括第二过滤器(53)，所述第二过滤器(53)分别与所述第三动力单元(51)和所述第二流量调节阀(52)连接，所述第二过滤器(53)用于对所述集水槽(40)输出的液态水进行过滤。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的管道壁面喷淋式冷却循环散热系统，其特征在于，所述管道壁面喷淋式冷却循环散热系统还包括第二回水组件(130)，所述第二回水组件(130)和所述第一回水组件(50)并联设置在所述集水槽(40)和所述储水站(20)之间，所述第二回水组件(130)包括第四动力单元(131)和第三流量调节阀(132)，所述集水槽(40)、所述第四动力单元(131)、所述第三流量调节阀(132)和所述储水站(20)依次相连接，所述第四动力单元(131)用于将所述集水槽(40)内的液态水运送至所述储水站(20)，所述管道壁面喷淋式冷却循环散热系统根据所述第二温度传感器(120)获取的所述储水站(20)内液态水的温度调节所述第三流量调节阀(132)的开度以调节进入所述储水站(20)内的液态水的水量。

7.根据权利要求6所述的管道壁面喷淋式冷却循环散热系统，其特征在于，所述第二回水组件(130)还包括第三过滤器(133)，所述第三过滤器(133)分别与所述第四动力单元(131)和所述第三流量调节阀(132)连接，所述第三过滤器(133)用于对所述集水槽(40)排出的液态水进行过滤。

8.根据权利要求4所述的管道壁面喷淋式冷却循环散热系统，其特征在于，所述管道壁面喷淋式冷却循环散热系统还包括水位传感器，所述水位传感器设置在所述储水站(20)内，所述水位传感器用于监测所述储水站(20)内的水位，所述储水站(20)具有补给口(20a)，所述补给口(20a)用于向所述储水站(20)补给液态水，所述管道壁面喷淋式冷却循环散热系统根据所述储水站(20)内的水位以及所述储水站(20)内液态水的温度调节所述补给口(20a)的开度。

9.根据权利要求8所述的管道壁面喷淋式冷却循环散热系统，其特征在于，所述冷却组件(70)包括水箱、调节器、喷嘴和换热翅片，所述调节器分别与所述水箱和所述喷嘴连接，所述调节器用于调节所述水箱内的液态水以脉冲式地从所述喷嘴内喷出，所述喷嘴与所述换热翅片相对设置，所述喷嘴中喷出的水滴在所述换热翅片上形成水滴薄膜，所述水滴薄膜汽化以用于吸收所述储水站(20)输出的液态水所携带的热量。

10.一种磁悬浮运输系统，其特征在于，所述磁悬浮运输系统包括真空管道和管道壁面喷淋式冷却循环散热系统，所述壁面喷淋式冷却循环散热系统为权利要求1至9中任一项所述的壁面喷淋式冷却循环散热系统，所述磁悬浮运输系统还包括多个管道温度传感器，多个所述管道温度传感器用于监测所述真空管道的壁面温度。

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