專利名稱：一種適用于大型車輛的車載空氣制冷循環系統和方法
技術領域：
本實用新型涉及一種適用于大型車輛的空氣制冷循環系統，該系統具有輕型、易于控制和調節的特點，適于解決現今高速列車以及裝甲車等大型車輛中的空氣溫度調節問題。
背景技術：
空氣制冷循環系統是以空氣作為制冷介質，根據熱力學原理提供制冷的系統。傳統的空氣循環系統通常包括具有合適壓力的增壓氣源、換熱器和包括壓氣機及渦輪的空氣制冷系統。氣源的空氣壓力必須高于渦輪出口空氣的壓力，這樣才能形成壓差并克服管路流道和空氣制冷機內部的摩擦阻力，驅動制冷機運轉起來。所以如何獲得到高壓氣源是解決問題的重點。傳統的空氣循環制冷機有專用的增壓設備，但是系統的重量和體積都非常大，不便于使用。現今，一種作為與主發動機獨立的空氣制冷循環系統，已經在國外的高速列車上得到實際應用。圖1為其制冷循環原理圖，首先，用電動機11驅動1級壓縮機12將經過室內熱交換器6換熱后的空氣吸入(約3個大氣壓)，壓縮成4、5個大氣壓，因被壓縮的空氣溫度上升，通常應在1級壓縮機2和二級壓縮機13之間設有散熱裝置，但由于考慮到降低成本，所以圖1的系統中沒有設置，而直接將其由2級壓縮機13進一步壓縮成6個大氣壓的壓縮空氣后，進入室外熱交換器15散熱。該2級壓縮機13和渦輪增壓器14在同一軸上。 空氣然后膨脹到約3個大氣壓，可得到0度左右的低溫空氣，通過室內熱交換器16冷卻車內空氣。利用高速電機驅動的高效空氣制冷機，克服了傳統空氣制冷機對高壓氣源的依賴。通過在離心式壓氣機12上安裝了一臺同軸工作的高速電機11，通過電機11帶動制冷系統的運轉。但是由于所需的電機要達到2000r/s以上，才能使空氣制冷機的效能達到最好， 這對電機是一個很高的要求，而且使整個系統變得很復雜。
發明內容
根據本發明的一個方面，提供了一種用于大型車輛的空氣循環方法，其特征在于包括用一個第一壓氣機對來自所述車輛的進氣口的空氣進行增壓；用所述發動機的廢氣驅動與所述第一壓氣機同軸的一個第一渦輪，從而驅動所述第一壓氣機；通過一個三通閥，從所述第一壓氣機引出一部分空氣；用一個第二壓氣機對所述第一壓氣機引出的一部分空氣進行增壓；用與所述第二壓氣機同軸的一個第二渦輪對所述第二壓氣機輸出的空氣進行膨脹降壓，并使所述第二渦輪受該膨脹降壓的空氣的膨脹功的驅動，從而帶動所述第二壓氣
4機。
圖1是現有技術的一種車載空氣制冷循環裝置的示意圖。圖2根據本發明的一個實施例的一種大型車輛發動機的空氣循環系統的工作原理圖。
具體實施例方式如圖2所示，采用了根據本發明的一個實施例的一種大型車輛的空氣循環系統的工作原理。在圖2所示的系統中，新鮮的空氣首先經過空氣過濾器1凈化。經凈化的空氣通過第二分流三通閥21，其中一部分通過左右通路直接進入管道，另一部分通過旁路先進入由連接在發動機軸上的曲軸傳動器23驅動的機械增壓套件2 ；然后上述兩部分空氣混合后進入壓氣機4 ；壓氣機4通過吸收廢氣渦輪5的膨脹功增加壓力；渦輪5由發動機3的廢氣進行驅動。從壓氣機4出來的空氣通過第一分流三通閥22的控制，一部分空氣進入中冷器6冷卻，然后通過進氣歧管吹入發動機3的燃燒室；另一部分則進入空氣制冷系統作為該空氣制冷系統的高壓氣源。根據本發明的該實施例，通過從發動機的進氣端引氣來獲得用于制冷的高壓空氣，解決了傳統空氣制冷系統不易獲得高壓氣源的缺點。根據一個具體實施例，第一和第二分流三通閥22和21的閥體各有三個口，一進兩出，當內部閥芯在不同位置時，對應的流體出口不同，從而對流體進行不同形式的流量控制。如閥芯在下部時，左右相通，如閥芯在上部時，右出口被堵住，左和下口通，如閥芯在中部時，對流體進行流量配比控制。根據一個具體實施例，發動機3采用渦輪增壓中冷式大功率柴油機。機械增壓套件2的驅動力來自與發動機3的軸連接的曲軸傳動器23，利用皮帶連接曲軸皮帶輪，間接將曲軸運轉的扭力帶動增壓器，達到增壓的目的。根據一個具體實施例，機械增壓套件2包括在橢圓形的殼體中設置的兩個繭形的轉子，轉子之間保有極小的間隙而不直接相連，藉由螺旋齒輪連動，其中一個轉子的轉軸與驅動的皮帶輪連結，轉子轉軸的皮帶輪上裝有電磁離合器，在不需要增壓時即放開離合器以停止增壓，離合器則由計算機控制以達到省油的目的，如本領域中所已知的。此種機械增壓套件是直接利用引擎出力來驅動增壓器，增壓空氣再通過渦輪增壓裝置4和5進一步增壓，可以在更好地滿足對于增壓氣源的要求，也更合理地利用了能源。 并且也能夠提高引擎的輸出功率。更具體地，在如圖1所示的根據本發明的實施例中，從壓氣機4的出口引出的一部分壓縮空氣，經閥門21進入壓氣機8中作進一步壓縮，其中壓氣機8通過吸收渦輪9的膨脹功對上述壓縮空氣作進一步壓縮。經過壓縮的高溫高壓氣體首先通過諸如空氣冷卻器的冷卻器10降低溫度，然后在渦輪9內膨脹做功，進一步降低溫度，就可以直接提供制冷能力； 同時，渦輪9與壓氣機8在同軸，渦輪9所做的膨脹功用來帶動壓氣機8工作。本發明的優點1、對于大型車輛(如裝甲車等)的進氣量很大的發動機，利用本發明的方案引出一部分高壓空氣對車內的空氣進行制冷，可以改善現有技術中如裝甲車的大型車輛上由于
5溫度過高而導致乘員工作效率低的問題；2、通過從進入渦輪增壓發動機的空氣中引出一部分增壓空氣，用于空氣制冷系統，解決了現有技術空氣制冷系統的瓶頸；3、采用空氣制冷系統以空氣為制冷劑，可以解決現有技術的蒸汽壓縮式制冷系統所帶來的環境問題，尤其是制冷工質泄漏所帶來的嚴重危害。4、利用發動機的尾氣提升進氣端的氣壓，和/或利用制冷系統的膨脹做功驅動制冷系統的二級加壓，提高了包括空氣制冷系統在內的整個發動機系統的效率。
權利要求
1.用于大型車輛的空氣循環方法，其特征在于包括用一個第一壓氣機(4)對來自所述車輛的進氣口的空氣進行增壓； 用所述發動機( 的廢氣驅動與所述第一壓氣機(4)同軸的一個第一渦輪(5)，從而驅動所述第一壓氣機；用一個第二壓氣機(8)對所述第一壓氣機(4)輸出的空氣的一部分進行增壓； 用與所述第二壓氣機(8)同軸的一個第二渦輪(9)對所述第二壓氣機(8)輸出的空氣進行膨脹降壓，并使所述第二渦輪(9)受該膨脹降壓的空氣的膨脹功的驅動，從而帶動所述第二壓氣機(8)。
2.根據權利要求1所述的空氣循環方法，其特征在于用設置在所述第二壓氣機(8)與所述第二渦輪(9)之間的一個冷卻器(10)對所述第二壓氣機(8)輸出的氣體進行降溫；用經所述第二渦輪(9)膨脹降壓的空氣作為空氣制冷系的冷源。
3.根據權利要求2所述的空氣循環方法，其特征在于進一步包括借助在所述第一壓氣機的下游設置的一個第一分流三通閥(22)，使所述第一壓氣機(4)輸出的空氣的所述一部分進入所述第二壓氣機(8)并使所述第一壓氣機(4)輸出的空氣的其余部分進入所述發動機(3)的燃燒室。
4.根據權利要求3所述的空氣循環方法，其特征在于進一步包括利用位于所述第一壓氣機(4)與所述發動機( 之間的一個中冷器(6)對所述其余部分的空氣進行冷卻；把冷卻后的所述其余部分的空氣通過一進氣歧管吹入所述發動機(3)的燃燒室。
5.根據權利要求1所述的空氣循環方法，其特征在于進一步包括用設置在所述第一壓氣機(4)的上游的一個空氣過濾器(1)凈化從所述進氣口進入的空氣；利用一個第二分流三通閥(21)，使經過所述空氣過濾器(1)的空氣的一部分經過一個機械增壓套件O)，所述機械增壓套件O)由連接在所述發動機(3)的軸上的曲軸傳動器 (23)驅動，利用所述第二分流三通閥(21)，使經過所述空氣過濾器(1)的空氣的其余部分去旁路而不經過所述機械增壓套件O)； 使上述兩部分空氣混合，使混合后的上述兩部分空氣進入所述第一壓氣機； 其中，所述冷卻器(10)是空氣冷卻器； 所述發動機C3)是渦輪增壓中冷式大功率柴油機。
6.用于大型車輛的空氣循環系統，其特征在于包括一個第一壓氣機G)，用于接收來自所述車輛的進氣口的空氣，并對該空氣進行增壓； 與所述第一壓氣機同軸的一個第一渦輪(5)，用于受所述發動機(3)的廢氣驅動， 從而驅動所述第一壓氣機；一個第二壓氣機(8)，用于對所述第一壓氣機(4)輸出的一部分空氣進行增壓； 與所述第二壓氣機(8)同軸的一個第二渦輪(9)，用于對所述第二壓氣機(8)輸出的空氣進行膨脹降壓，并受該膨脹降壓的空氣的膨脹功的驅動，從而帶動所述第二壓氣機(8)。
7.根據權利要求6所述的空氣循環系統，其特征在于包括連接在所述第二壓氣機(8)與所述第二渦輪(9)之間的一個冷卻器(10)，用于對所述第二壓氣機(8)輸出的氣體進行降溫；經所述第二渦輪(9)膨脹降壓的空氣作為空氣制冷系統的冷源。
8.根據權利要求6所述的空氣循環系統，其特征在于包括設置在所述第一壓氣機的下游的一個第一分流三通閥(22)，用于使所述第一壓氣機(4)輸出的所述一部分空氣進入所述第二壓氣機(8)，并使該空氣的其余部分進入所述發動機(3)的燃燒室。
9.根據權利要求8所述的空氣循環系統，其特征在于進一步包括位于所述壓氣機(4)與所述發動機C3)之間的一個中冷器(6)，所述其余部分的空氣進入所述中冷器(6)進行冷卻后通過進氣歧管吹入所述發動機(3)的燃燒室。
10.根據權利要求6所述的空氣循環系統，其特征在于進一步包括設置在所述第一壓氣機的上游的一個空氣過濾器(1)，用于凈化從所述進氣口進入的空氣；一個第二分流三通閥(21)，用于對經過所述空氣過濾器(1)的空氣進行分流；由連接在所述發動機(3)的軸上的曲軸傳動器驅動的一個機械增壓套件0)，其中所述第二分流三通閥用于使經過所述空氣過濾器(1)的空氣的一部分經過所述機械增壓套件O)，并用于使經過所述空氣過濾器(1)的空氣的其余部分去旁路而不經過所述機械增壓套件O)；上述兩部分空氣混合后進入所述第一壓氣機；所述冷卻器(10)是空氣冷卻器；所述發動機C3)是渦輪增壓中冷式大功率柴油機。
全文摘要
本發明公開了一種與發動機相關的制冷系統，通過從渦輪增壓發動機引出一部分高壓空氣作為空氣制冷循環系統的高壓氣源，驅動空氣調節系統進行制冷循環。它由連接在渦輪增壓發動機供氣管道上的三通閥、離心式壓氣機、徑軸流渦輪和空氣冷卻器組成。其中壓氣機和渦輪同軸工作，三通閥用來調節由渦輪增壓出來的高壓空氣進入空氣制冷系統的流量。此方法可以同時完成空氣增壓功能和傳統空氣制冷劑的制冷功能，解決了傳統空氣制冷循環的瓶頸。本發明簡單易行，安裝操作方便，并且能夠提高發動機的能源利用率。
文檔編號F25B11/02GK102398495SQ201010275409
公開日2012年4月4日 申請日期2010年9月8日 優先權日2010年9月8日
發明者劉猛, 龐麗萍, 王浚, 王瑾 申請人:北京航空航天大學