TWM509138U - 動力機冷卻系統 - Google Patents

Description

動力機冷卻系統

本創作係關於一種冷卻系統，特別是指一種動力機冷卻系統。

一般動力機(如引擎)要能夠順利量產與販售，除了需要經歷長時間研發、設計之外，還需要經過各種的測試，以獲得引擎運作的各種數據，如馬力、耐久、油耗值、震動情形、噪音及汙染值等等，而供進行後續確認或調校等作業。

目前動力機測試平台(或稱引擎馬力站)大多會搭配有冷卻系統，以進行測試環境及動力機的冷卻作業。然而，習知動力機測試平台的冷卻系統主要是透過發電機回收動力機動能轉換的電能或市電驅動(如冷卻系統是採用電動壓縮機)，以將電能轉換為動能而運轉。

因此，在實際使用經驗中，對於透過市電驅動電動壓縮機的方式來說，無法有效利用動力機的動能且整體動力機測試平台較耗費電力。而對於透過發電機回收動力機動能轉換的電能驅動電動壓縮機的方式來說，動力機所產生的動能必須經過多次轉換(即動能轉電能再轉動能)才能夠提供冷卻系統運作產生冷卻效果，導致能量轉換損失過多而造成動能回收效率不佳之問題與缺點。

有鑑於上述問題，於一實施例中，係提供一種動力機冷卻系 統，包括動力機、壓縮機及制冷器。其中動力機包括有動力輸出軸。所述壓縮機包括有驅動軸且可傳動地連接於動力輸出軸。所述制冷器是連接於壓縮機。其中，當動力機運轉而由動力輸出軸輸出動力時，是同步帶動壓縮機運轉，使壓縮機驅動制冷器產生冷卻氣體。

藉此，由於壓縮機是透過機械傳動的方式連接於動力機的動力輸出軸，使動力機運轉所產生的動力能夠直接帶動壓縮機運轉，使壓縮機直接驅動制冷器產生冷卻氣體，達到減少能量轉換的損失，使動能回收的效率提升，進而提升系統整體效率。

於一實施例中，動力機冷卻系統更包括有發電機，所述發電機包括有傳動軸且可傳動地連接於動力輸出軸，使動力機運轉時更同步帶動發電機運轉。

於一實施例中，動力機冷卻系統更包括一控制器，連接於動力機、發電機及壓縮機，控制器接收且分配上述動力輸出軸產生的輸出功率為發電機負載功率與壓縮機負載功率，並控制發電機對應發電機負載功率運作及控制壓縮機對應壓縮機負載功率運作。其中發電機負載功率與壓縮機負載功率總合可等於輸出功率。

於一實施例中，動力機冷卻系統更可包括有連接於發電機之電力回收裝置(如電瓶或電網)，以回收發電機運轉所產生的電能。

於一實施例中，上述電力回收裝置更將回收的電能輸出至電力需求設備。舉例來說，電力回收裝置可提供工廠整體所需電力，或上述控制器或其他動力機轉速、引擎轉矩、油耗及廢氣排放等量測儀器所需電力。

於一實施例中，上述發電機的傳動軸與壓縮機的驅動軸是分別可傳動地連接於動力輸出軸。

於一實施例中，上述發電機的傳動軸可傳動地連接於動力輸出軸，壓縮機的驅動軸是可傳動地連接於傳動軸，也就是說壓縮機的驅動軸是間接連接於動力輸出軸。

於一實施例中，上述發電機的傳動軸與壓縮機的驅動軸是以一傳動件可傳動地連接於動力輸出軸。所述傳動件可為皮帶組、齒輪組、鏈條組或聯軸器組。

1‧‧‧動力機冷卻系統

2‧‧‧測試載台

10‧‧‧動力機

11‧‧‧動力輸出軸

20‧‧‧發電機

21‧‧‧傳動軸

31‧‧‧壓縮機

32‧‧‧驅動軸

33‧‧‧制冷器

40‧‧‧控制器

50‧‧‧電力回收裝置

60‧‧‧傳動件

70‧‧‧電力需求設備

[第1圖]係本創作動力機冷卻系統第一實施例之系統架構圖。

[第2圖]係本創作動力機冷卻系統第二實施例之系統架構圖。

[第3圖]係本創作動力機冷卻系統第二實施例之裝置方塊圖。

[第4圖]係本創作動力機冷卻系統第二實施例之裝置一連接示意圖。

[第5圖]係本創作動力機冷卻系統第二實施例之裝置另一連接示意圖。

[第6圖]係本創作動力機冷卻系統第二實施例之裝置再一連接示意圖。

如第1圖所示，為本創作動力機冷卻系統第一實施例之系統架構圖。於本實施例中，動力機冷卻系統1包括有動力機10、壓縮機31及制冷器33。所述動力機冷卻系統1是用以對測試中的動力機10進行 冷卻，其中動力機10可以是內燃機引擎(如往復式或迴轉式引擎)或外燃機引擎(如史特靈引擎)，但並不侷限於此，所述動力機10也可以是電動引擎。

再如第1圖所示，上述動力機10是固定在一測試載台2上，例如，動力機10可透過螺栓鎖固於測試載台2表面。所述動力機10包括有一動力輸出軸11，且動力機10運轉時能夠將化學能(燃油)轉化為機械能而由動力輸出軸11輸出動力，也就是可對外產生一輸出功率(例如產生100KW的軸功)。舉例來說，動力機10可將燃油與空氣混合、壓縮、燃燒而產生動力。

上述壓縮機31包括有驅動軸32且可傳動地連接於動力機10的動力輸出軸11，例如壓縮機31的驅動軸32可利用一傳動件60(如皮帶組、齒輪組、鏈條組或聯軸器組)連接於動力輸出軸11(此可參第4、5、6圖所示)，使壓縮機31的驅動軸32能夠與動力機10的動力輸出軸11同步轉動，以將低壓低溫之氣態冷媒壓縮成高壓高溫之氣態冷媒。進一步舉例來說，所述壓縮機31可為離心式壓縮機，當壓縮機31的驅動軸32與動力輸出軸11同步轉動時，能夠驅動壓縮機31內部的葉輪旋轉以提高氣體壓力。或者，壓縮機31也可為軸流式壓縮機，當壓縮機31的驅動軸32與動力輸出軸11同步轉動時，能夠驅動壓縮機31內部的轉子旋轉以提高氣體壓力。也就是說，壓縮機31是藉由動能驅動運轉，而非由電能驅動之壓縮機。以上壓縮機31的具體實施型態僅供說明之用，實際上並非以此為限，於一些態樣中，所述壓縮機31也可為往復式壓縮機或渦卷式壓縮機。

詳細來說，所述壓縮機31是連接到上述制冷器33，以透過制冷器33將上述壓縮機31所壓縮的高壓高溫之氣態冷媒經冷卻介質(空氣或水)冷凝成高壓中溫之液態冷媒，接著經由膨脹閥(未繪示)將高壓中溫之液態冷媒轉變成低溫低壓之液態冷媒，最後再蒸發(如透過蒸發器)吸熱成低溫低壓之氣態冷媒，以產生並輸出低溫冷卻氣體。藉以對動力機10進行冷卻作用，使動力機10能夠維持在較佳的工作溫度。

藉由上述結構組成，可使動力機10運轉所產生的動力能夠直接帶動壓縮機31運轉，使壓縮機31直接驅動制冷器33產生冷卻氣體，以對動力機10進行冷卻。也就是說，壓縮機31不須再另外透過外部電源(如市電或回收動力機10的動力所轉換的電能)供電，達到節能的功能與目的。且動力機10產生的動力不須經過轉換即可產生冷卻效果而達到減少能量的損失與動能回收的效率提升，進而提升系統整體效率。

如第2圖所示，為本創作動力機冷卻系統第二實施例之系統架構圖，於本實施例中，動力機冷卻系統1更包括有發電機20，上述發電機20包括有一傳動軸21，所述傳動軸21可傳動地連接於動力機10的動力輸出軸11，而與壓縮機31並聯於動力機10的動力輸出軸11，例如發電機20的傳動軸21可利用一傳動件60(如皮帶組、齒輪組、鏈條組或聯軸器組)連接於動力輸出軸11，而能夠與動力輸出軸11同步轉動，以接收動力機10所產生的機械動能而轉化成電能。舉例來說，發電機20可包括有線圈與磁性件，當發電機20接收動力機10的動能而運轉時，可帶動線圈在磁性件的兩極間轉動而產生感應電流，使動能轉換成電能。

承上述，藉由發電機20與壓縮機31皆是透過機械傳動的 方式連接於動力機10的動力輸出軸11之技術特點，使發電機20與壓縮機31能夠同步回收動力機10所產生的動能。換言之，發電機20能夠接收動力機10所產生的動能而運轉，以將回收的動能轉換成電能。而壓縮機31也能夠同步接收動力機10所產生的動能而運轉，以進行上述制冷的功能，不須再另外透過外部電源(如市電或發電機20所回收的電能)供電，達到節能的功能與目的。

另外，壓縮機31也可分擔發電機20的負載，達到減少能量轉換的損失，使動能回收的效率提升，進而提升系統整體效率。舉例來說，若動力機10的輸出功率為100KW，則發電機20可提供90KW負載功率，而壓縮機31可提供10KW的負載功率，也就是說，發電機20回收90%動力機10所產生的動能，壓縮機31回收10%動力機10所產生的動能。藉此，由於發電機20回收的動能減少，故轉換成電能的損失同樣也會相對減少。詳言之，若發電機20將動能轉換為電能的損失為5%，而由於壓縮機31會分擔發電機20的負載，因此，發電機20回收90%動能的損失會少於發電機20回收100%動能的損失。

此外，由於壓縮機31不須再另外透過發電機20所回收的電能供電，因此，發電機20轉換動能所產生的電能不須再進一步提供給壓縮機31，可避免再一次將電能轉換成動能而產生損失。因此，本創作能夠達到減少能量轉換的損失，使動能回收的效率提升，進而提升系統整體效率之優點。

請配合第2、3圖所示，於本實施例中，動力機冷卻系統1是透過一控制器40(如PID控制器或PI控制器)控制與分配上述發電機 20與壓縮機31提供的負載。於此，控制器40是電連接於動力機10、發電機20及壓縮機31，以接收且分配上述輸出功率(即動力機10產生的軸功)為發電機負載功率與壓縮機負載功率，並控制發電機20對應發電機負載功率運作及控制壓縮機31對應壓縮機負載功率運作。舉例來說，若壓縮機31有提供10KW負載的能力，當動力機10的輸出功率為150KW，控制器40即可設定(可為手動或自動設定)壓縮機負載功率為10KW，以對應控制壓縮機31提供10KW的負載，而設定發電機負載功率為140KW，以對應控制發電機20提供140KW的負載。

另外，上述發電機負載功率與壓縮機負載功率總合可等於動力機10輸出功率，如動力機10的輸出功率為100KW，發電機負載功率為80KW，壓縮機負載功率為20KW。但本創作並不侷限於此，發電機負載功率與壓縮機負載功率總合也可不等於動力機10的輸出功率。例如，動力機10在運作過程中的輸出功率可能會產生些微變化而造成發電機負載功率與壓縮機負載功率總合不等於動力機10的輸出功率。

此外，於一些態樣中，控制器40亦可透過比例的方式分配發電機負載功率與壓縮機負載功率。例如，控制器40可設定發電機負載功率與壓縮機負載功率為9比1，因此若動力機10的輸出功率為100KW，則發電機負載功率為90KW，壓縮機負載功率為10KW。

再如第3圖所示，於本實施例中，動力機冷卻系統1更包括有電力回收裝置50(如電瓶或電網)，以回收上述發電機20所產生的電能，且電力回收裝置50將回收的電能輸出至電力需求設備70。舉例來說，電力回收裝置50可提供工廠整體所需電力，或上述控制器40或其他 量測儀器所需電力。此外，電力回收裝置50也可提供啟動動力機10所需電力。

此外，上述發電機20的傳動軸21與壓縮機31的驅動軸32可直接或間接連接於動力機10的動力輸出軸11。此分別配合圖式說明如下：如第4圖所示，其中發電機20的傳動軸21可傳動地連接於動力機10的動力輸出軸11，壓縮機31的驅動軸32則是可傳動地連接於發電機20的傳動軸21，也就是說，壓縮機31的驅動軸32是間接連接於動力機10的動力輸出軸11。於本實施例中，發電機20的傳動軸21是透過聯軸器組型態之傳動件60可轉動地連接於動力機10的動力輸出軸11，而壓縮機31的驅動軸32則是透過另一皮帶組型態之傳動件60可轉動地連接於發電機20的傳動軸21。但本創作並不侷限於此，於一些態樣中，發電機20的傳動軸21也可以齒輪組、皮帶組或鏈條組連接於動力機10的動力輸出軸11，而壓縮機31的驅動軸32也可分別以齒輪組或鏈條組(如第5圖所示)連接於發電機20的傳動軸21。或者，於另一些態樣中，也可是由壓縮機31的驅動軸32可傳動地連接於動力機10的動力輸出軸11，發電機20的傳動軸21則可傳動地連接於壓縮機31的驅動軸32，也就是說，發電機20的傳動軸21是間接連接於動力機10的動力輸出軸11。

如第6圖所示，發電機20的傳動軸21與壓縮機31的驅動軸32是分別可傳動地連接於動力機10的動力輸出軸11。於本實施例中，發電機20的傳動軸21是透過齒輪組型態之傳動件60可轉動地嚙合於動 力機10的動力輸出軸11。而壓縮機31的驅動軸32則是透過另一齒輪組型態之傳動件60可轉動地嚙合於動力機10的動力輸出軸11。但本創作並不侷限於此，於一些態樣中，發電機20的傳動軸21與壓縮機31的驅動軸32也可分別以皮帶組或鏈條組連接於動力機10的動力輸出軸11。

綜上所述，由於壓縮機是透過機械傳動的方式連接於動力機的動力輸出軸，使壓縮機能夠接收動力機運作所產生的動能，也就是說，動力機所輸出的動能直接給予壓縮機，且壓縮機所獲得的動能驅動制冷器以產生冷卻氣體，藉此，達到減少能量轉換的損失，使動能回收的效率提升，進而提升系統整體效率。

雖然本創作的技術內容已經以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本創作，任何熟習此技藝者，在不脫離本創作之精神所作些許之更動與潤飾，皆應涵蓋於本創作的範疇內，因此本創作之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

1‧‧‧動力機冷卻系統

10‧‧‧動力機

11‧‧‧動力輸出軸

2‧‧‧測試載台

31‧‧‧壓縮機

32‧‧‧驅動軸

33‧‧‧制冷器

Claims (10)

1. 一種動力機冷卻系統，包括：一動力機，包括一動力輸出軸；一壓縮機，包括一驅動軸，該驅動軸可傳動地連接於該動力輸出軸；及一制冷器，連接於該壓縮機；其中，當該動力機運轉而由該動力輸出軸輸出動力時，係同步帶動該壓縮機運轉，使該壓縮機驅動該制冷器產生冷卻氣體。
2. 如請求項1所述之動力機冷卻系統，更包括一發電機，該發電機包括一傳動軸，該傳動軸可傳動地連接於該動力輸出軸，使該動力機運轉時更同步帶動該發電機運轉。
3. 如請求項2所述之動力機冷卻系統，更包括一控制器，電連接於該動力機、該發電機及該壓縮機，該控制器接收且分配該動力輸出軸產生之一輸出功率為一發電機負載功率與一壓縮機負載功率，並控制該發電機對應該發電機負載功率運作及控制該壓縮機對應該壓縮機負載功率運作。
4. 如請求項3所述之動力機冷卻系統，其中該發電機負載功率與該壓縮機負載功率總合等於該輸出功率。
5. 如請求項2所述之動力機冷卻系統，更包括一電力回收裝置，連接於該發電機，以回收該發電機運轉所產生的電能。
6. 如請求項5所述之動力機冷卻系統，其中該電力回收裝置更將回收的電能輸出至一電力需求設備。
7. 如請求項2所述之動力機冷卻系統，其中該發電機的該傳動軸與該壓縮機的該驅動軸是分別可傳動地連接於該動力輸出軸。
8. 如請求項2所述之動力機冷卻系統，其中該發電機的該傳動軸可傳動地連接於該動力輸出軸，該壓縮機的該驅動軸是可傳動地連接於該傳動軸。
9. 如請求項8所述之動力機冷卻系統，其中該發電機的該傳動軸與該壓縮機的該驅動軸是以一傳動件可傳動地連接於該動力輸出軸。
10. 如請求項9所述之動力機冷卻系統，其中該傳動件為一皮帶組、一齒輪組、一鏈條組或一聯軸器組。