CN113371016A - 用于真空环境中密封舱体的液体回路循环制冷系统及列车 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于真空环境中密封舱体的液体回路循环制冷系统及列车，该系统包括第一换热器、第一动力单元、第二动力单元、第二换热器、第二介质储箱、第三动力单元和流量调节阀，第一换热器包括液态第一介质，第一动力单元用于将密封舱体内的空气送至第一换热器，第二动力单元用于将冷却后的气体送至密封舱体，第二换热器用于将液态第一介质的热量转移至第二介质并将冷却后的液态第一介质送回第一换热器，第三动力单元用于将携带热量的液态第一介质送至第二换热器，流量调节阀用于调节进入第二换热器的液态第一介质的流量。应用本发明的技术方案，以解决现有技术中无法对真空环境下的密封舱体进行散热的技术问题。

Description

用于真空环境中密封舱体的液体回路循环制冷系统及列车

技术领域

本发明涉及真空环境中密封舱体制冷技术领域，尤其涉及一种用于真空环境中密封舱体的液体回路循环制冷系统及列车。

背景技术

目前，载人航天器座舱内空气的温度控制是以强迫对流换热为主的主动式温控技术，这类系统有液体循环和气体循环两种。流体在泵或风扇的驱动下将航天器内部热量引出，流经外部的热辐射器排向宇宙空间。现代民航客机座舱温度控制主要采用空气循环制冷方法。由发动机引出的高温高压气体，经过一系列热交换器初步降温后，再由冷却涡轮膨胀降温，得到低温低压的空气供入舱内。高速铁路运行列车通常采用蒸汽压缩式制冷系统，它是利用某些低沸点的液体汽化蒸发时的吸热效应而实现制冷功能。

然而，载人航天器的液体回路式主动温控技术主要借助于舱外太空环境这一天然的热沉，通过辐射的方式往太空辐射热量。现代民航客机的空气循环制冷方法，由于其采用的工质主要是空气，受限于现有增压设备技术条件(增压比较小)，不适用于舱体内外压差过大的应用对象。高速铁路运行列车工作于标准大气环境，其蒸汽压缩制冷方法的冷凝过程多借助于外界空气。本发明应用对象为真空环境下的密封舱体，无天然热沉，舱内热量较大，无法利用外界空气制冷，上述三种方法皆不适用。

发明内容

本发明提供了一种用于真空环境中密封舱体的液体回路循环制冷系统及列车，能够解决现有技术中无法对真空环境下的密封舱体进行散热的技术问题。

根据本发明的一方面，提供了一种用于真空环境中密封舱体的液体回路循环制冷系统，液体回路循环制冷系统包括：第一换热器，第一换热器包括液态第一介质，第一换热器通过液态第一介质以吸收密封舱体内气体所携带的热量；第一动力单元，第一动力单元与第一换热器的入口连接，第一动力单元用于将密封舱体内的空气送至第一换热器；第二动力单元，第二动力单元与第一换热器的出口连接，第二动力单元用于将冷却后的气体送至密封舱体；第二换热器和第二介质储箱，第二介质储箱内设置有第二介质，第二换热器用于将液态第一介质的热量转移至第二介质并将冷却后的液态第一介质送回第一换热器；第三动力单元，第三动力单元分别与第一换热器和第二换热器连接，第三动力单元用于将携带热量的液态第一介质送至第二换热器；流量调节阀，流量调节阀设置在第三动力单元和第二换热器之间，流量调节阀用于调节进入第二换热器的液态第一介质的流量。

进一步地，散热系统还包括第一气体管道和第二气体管道，第一气体管道分别与第一动力单元和第一换热器的入口连接，第二气体管道分别与第一换热器的出口和第二动力单元连接。

进一步地，散热系统还包括第一液体管道和第二液体管道，第一液体管道和第二液体管道均设置在密封舱体内，第一液体管道分别与第一换热器和第三动力单元连接，第二液体管道分别与第三动力单元和第二换热器连接。

进一步地，液体回路循环制冷系统还包括第三液体管道，第三液体管道设置在密封舱体内，第三液体管道分别与第一换热器和第二换热器连接。

进一步地，第一动力单元包括抽风机；和/或第二动力单元包括送风机；和/或第三动力单元包括冷却剂泵。

进一步地，第二介质为消耗性冷却剂，消耗性冷却剂包括冰水混合物或纯水。

根据本发明的另一方面，提供了一种磁悬浮列车，磁悬浮列车包括如上所述的用于真空环境中密封舱体的液体回路循环制冷系统。

应用本发明的技术方案，提供了一种用于真空环境中密封舱体的液体回路循环制冷系统及列车，该循环制冷系统不借助于外界空气，依靠自身携带的第二介质储箱内的第二介质能够解决液体回路循环制冷中热沉的问题，通过液态第一介质以吸收密封舱内热量，可以应用于散热量较大的密封舱。此外，在本发明中，通过在第三动力单元和第二换热器之间设置流量调节阀，流量调节阀能够调节液体回路中冷却剂的流量，进而起到温度控制的作用。

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用于真空环境中密封舱体的液体回路循环制冷系统的结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、第一换热器；20、第一动力单元；30、第二动力单元；40、第二换热器；50、第二介质储箱；60、第三动力单元；70、流量调节阀；80、第一气体管道；90、第二气体管道；100、第一液体管道；110、第二液体管道；120、第三液体管道；200、密封舱内热源；300、密封舱外壳。

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用于真空环境中密封舱体的液体回路循环制冷系统，该液体回路循环制冷系统包括第一换热器10、第一动力单元20、第二动力单元30、第二换热器40、第二介质储箱50、第三动力单元60和流量调节阀70，第一换热器10包括液态第一介质，第一换热器10通过液态第一介质以吸收密封舱体内气体所携带的热量，第一动力单元20与第一换热器10的入口连接，第一动力单元20用于将密封舱体内的空气送至第一换热器10，第二动力单元30与第一换热器10的出口连接，第二动力单元30用于将冷却后的气体送至密封舱体，第二介质储箱50内设置有第二介质，第二换热器40用于将液态第一介质的热量转移至第二介质并将冷却后的液态第一介质送回第一换热器10，第三动力单元60分别与第一换热器10和第二换热器40连接，第三动力单元60用于将携带热量的液态第一介质送至第二换热器40，流量调节阀70设置在第三动力单元60和第二换热器40之间，流量调节阀70用于调节进入第二换热器40的液态第一介质的流量。

应用此种配置方式，提供了一种用于真空环境中密封舱体的液体回路循环制冷系统，该液体回路循环制冷系统通过设置第一换热器、第二换热器、第二介质储箱、第三动力单元和流量调节阀，液态第一介质在封闭的管路中以液体状态循环，利用第一换热器中的第一介质吸收舱内热量，利用第三动力单元可将携带热量的液态第一介质送到第二换热器，并通过第二换热器将液态第一介质的热量转移至第二介质并将冷却后的液态第一介质送回第一换热器，以实现热量转移的目的。因此，本发明所提供的液体回路循环制冷系统与现有技术相比，其不借助于外界空气，依靠自身携带的第二介质储箱内的第二介质能够解决液体回路循环制冷中热沉的问题，通过液态第一介质以吸收密封舱内热量，可以应用于散热量较大的密封舱。此外，在本发明中，通过在第三动力单元和第二换热器之间设置流量调节阀，流量调节阀能够调节液体回路中冷却剂的流量，进而起到温度控制的作用。

具体地，在本发明中，如图1所示，密封舱外壳300内经人体或设备加热后的热空气在第一动力单元20的作用下被送至第一换热器10，通过热交换过程将热量转移至液态第一介质后温度降低，经冷却后的空气在第二动力单元30的作用下重新回到密封舱体内。同时经热空气加热后的液态第一介质在第三动力单元60的作用下送至第二换热器40，第二换热器40将液态第一介质的热量转移至第二介质储箱内的第二介质并将冷却后的液态第一介质送回第一换热器10进入下一制冷循环，同时流量调节阀70调节进入第二换热器40的液态第一介质的流量，从而起到温度控制的作用。经过上述制冷过程，能够持续对真空环境下的密封舱体进行制冷，制冷效率高。

作为本发明的一个具体实施例，第二介质为消耗性冷却剂，消耗性冷却剂包括冰水混合物或纯水。在本发明中，若采用冰水混合物作为第二介质时，吸热过程包含两个步骤，第一步骤是冰块相变吸热融化成0摄氏度液体水，第二步骤是0摄氏度液体水吸热升温，当温度升高到某一温度时，换热过程减弱，制冷效率低，此时需更换第二介质。若采用纯水(纯水是指0摄氏度水或低温液态水)作为第二介质时，吸热过程具体包括0摄氏度水或低温液态水吸热升温，当温度升高到某一温度时，换热过程减弱，制冷效率低，此时需更换第二介质。当携带热量的液态第一介质进入第二换热器后，第二换热器将液态第一介质所携带的热量转移至第二介质，通过第二介质吸热以实现热量的转移。为了持续对密封舱体进行制冷，必须不断地将携带热量的液态第一介质从第一换热器中抽走，再不断地将冷却后的第一介质送回第一换热器。在本发明中，密封舱体内的气体将携带的热量转移至液态第一介质，液态第一介质吸收热量后，在第三动力单元的作用下进入第二换热器，第二换热器将液态第一介质所携带的热量转移至第二介质，第二介质吸热后温度升高，温度升高至某一温度后，需到站更换第二介质。

进一步地，在本发明中，为了实现密封舱体内热源200的持续散热，需要第一动力单元持续将热量抽至第一换热器并将冷却后的舱内空气重新送入密封舱内，第三动力单元持续将吸收热量后的第一介质送至第二换热器。作为本发明的一个具体实施例，第一动力单元20包括抽风机；和/或第二动力单元30包括送风机；和/或第三动力单元60包括冷却剂泵。

作为本发明的一个具体实施例，为了实现密封舱体内气体换热，可将散热系统配置为还包括第一气体管道80和第二气体管道90，第一气体管道80分别与第一动力单元20和第一换热器10的入口连接，第二气体管道90分别与第一换热器10的出口和第二动力单元30连接。应用此种配置方式，密封舱体内携带热量的气体在第一动力单元20的作用下可通过第一气体管道80送至第一换热器10，在第一换热器10的作用下，将气体的热量转移至液态第一介质，冷却后的气体在第二动力单元30的作用下通过第二气体管道90重新送回至密封舱体，携带热量的液态第一介质在第三动力单元60的作用下进入第二换热器40，第二换热器40通过第二介质吸热对液态第一介质进行冷却，冷却后的液态第一介质重新回到第一换热器10，由此实现密封舱体内气体的换热。

进一步地，在本发明中，如图1所示，为了实现密封舱体内空气的持续散热，可将散热系统配置为还包括第一液体管道100和第二液体管道110，第一液体管道100和第二液体管道110均设置在密封舱体内，第一液体管道100分别与第一换热器10和第三动力单元60连接，第二液体管道110分别与第三动力单元60和第二换热器40连接。

应用此种配置方式，密封舱体内携带热量的气体在第一动力单元20的作用下可通过第一气体管道80送至第一换热器10，在第一换热器10的作用下，将气体的热量转移至液态第一介质，液态第一介质吸收气体的热量之后，经过第一液体管道100进入第三动力单元60，在第三动力单元60的作用下，经过第二液体管道100进入第二换热器40，第二换热器40将液态第一介质的热量转移至第二介质储箱内的第二介质并将冷却后的液态第一介质送回第一换热器10以参与下一制冷循环，同时流量调节阀70调节进入第二换热器40的液态第一介质的流量，从而起到温度控制的作用。

进一步地，在本发明中，为了实现密封舱体的持续制冷，可将液体回路循环制冷系统配置为还包括第三液体管道120，第三液体管道120设置在密封舱体内，第三液体管道120分别与第一换热器10和第二换热器40连接。在此种配置方式下，第二换热器40将液态第一介质的热量转移至第二介质储箱内的第二介质，冷却后的液态第一介质通过第三液体管道120重新回到第一换热器10中，以参与下一循环的制冷，由此，能够实现密封舱体内气体的持续制冷。在本发明中，为了实现系统温度可控，通过在第三动力单元和第二换热器之间设置流量调节阀，通过调节进入第二换热器中的液态第一介质的流量，可以实时调节第三液体管道120内第一介质的温度。

根据本发明的另一方面，提供了一种磁悬浮列车，该磁悬浮列车包括如上所述的用于真空环境中密封舱体的液体回路循环制冷系统。由于本发明所提供的液体回路循环制冷系统不借助于外界空气，依靠自身携带的第二介质储箱内的第二介质能够解决液体回路循环制冷中热沉的问题，通过液态第一介质吸收密封舱内热量，可以应用于散热量较大的密封舱。因此，将该液体回路循环制冷系统运用于磁悬浮列车中，能够极大地提高磁悬浮列车的工作性能。

为了对本发明有进一步地了解，下面结合图1对本发明的用于真空环境中密封舱体的液体回路循环制冷系统进行详细说明。

如图1所示，根据本发明的具体实施例提供了一种用于真空环境中密封舱体的液体回路循环制冷系统，该液体回路循环制冷系统包括第一换热器10、第一动力单元20、第二动力单元30、第二换热器40、第二介质储箱50、第三动力单元60、流量调节阀70、第一气体管道80、第二气体管道90、第一液体管道100、第二液体管道110和第三液体管道120，第一换热器10包括液态第一介质，液态第一介质为冷却介质，第一换热器10通过液态第一介质以吸收密封舱体内气体所携带的热量，第二介质储箱50内设置有第二介质，第二介质为消耗性冷却剂，消耗性冷却剂包括冰水混合物或纯水。

第一气体管道80分别与第一动力单元20和第一换热器10的入口连接，第二气体管道90分别与第一换热器10的出口和第二动力单元30连接。第一液体管道100和第二液体管道110均设置在密封舱体内，第一液体管道100分别与第一换热器10和第三动力单元60连接，第二液体管道110分别与第三动力单元60和第二换热器40连接。第三液体管道120分别与第一换热器10和第二换热器40连接。在本实施例中，第一动力单元20为抽风机，第二动力单元30为送风机，第三动力单元60为冷却剂泵。

第一动力单元20用于将密封舱体内的空气送至第一换热器10，第二动力单元30与第一换热器10的出口连接，第二动力单元30用于将冷却后的气体送至密封舱体，第二换热器40用于将液态第一介质的热量转移至第二介质并将冷却后的液态第一介质送回第一换热器10，第三动力单元60分别与第一换热器10和第二换热器40连接，第三动力单元60用于将携带热量的液态第一介质送至第二换热器40，流量调节阀70设置在第三动力单元60和第二换热器40之间，流量调节阀70用于调节进入第二换热器40的液态第一介质的流量。

利用本发明所提供的用于真空环境中密封舱体的液体回路循环制冷系统进行密封舱体制冷，其过程具体包括如下步骤。

步骤一，密封舱外壳300内经人体或设备加热后的热空气在第一动力单元20的作用下经第一气体管道80被送至第一换热器10。

步骤二，第一换热器10将热空气携带的热量转移至液体回路中液态第一介质，同时第二动力单元40通过第二气体管道80将冷却后的空气重新送入密封舱内。

步骤三，液体回路中的液态第一介质在第三动力单元60的作用下经由第一液体管道100和第二液体管道110泵送至第二介质储箱50中的第二换热器40，同时流量调节阀70调节液体回路中第一介质的流量，进一步起到温度控制的作用。

步骤四，第二换热器40将液体回路中第一介质携带的热量转移至第二介质储箱50中的消耗性冷却剂，从而实现热量的转移，冷却后的液态第一介质经第三液体管道120重新回到第一换热器10中，参与下个循环的气体制冷。

综上所述，本发明提供了一种用于真空环境中密封舱体的液体回路循环制冷系统，该循环制冷系统与现有技术相比，其不借助于外界空气，依靠自身携带的第二介质储箱内的第二介质能够解决液体回路循环制冷中热沉的问题，通过液态第一介质以吸收密封舱内热量，可以应用于散热量较大的密封舱。

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 (7)

1.一种用于真空环境中密封舱体的液体回路循环制冷系统，其特征在于，所述液体回路循环制冷系统包括：

第一换热器(10)，所述第一换热器(10)包括液态第一介质，所述第一换热器(10)通过所述液态第一介质以吸收密封舱体内气体所携带的热量；

第一动力单元(20)，所述第一动力单元(20)与所述第一换热器(10)的入口连接，所述第一动力单元(20)用于将所述密封舱体内的空气送至所述第一换热器(10)；

第二动力单元(30)，所述第二动力单元(30)与所述第一换热器(10)的出口连接，所述第二动力单元(30)用于将冷却后的气体送至所述密封舱体；

第二换热器(40)和第二介质储箱(50)，所述第二介质储箱(50)内设置有第二介质，所述第二换热器(40)用于将所述液态第一介质的热量转移至第二介质并将冷却后的所述液态第一介质送回所述第一换热器(10)；

第三动力单元(60)，所述第三动力单元(60)分别与所述第一换热器(10)和所述第二换热器(40)连接，所述第三动力单元(60)用于将携带热量的液态第一介质送至所述第二换热器(40)；

流量调节阀(70)，所述流量调节阀(70)设置在所述第三动力单元(60)和所述第二换热器(40)之间，所述流量调节阀(70)用于调节进入所述第二换热器(40)的所述液态第一介质的流量。

2.根据根据权利要求1所述的用于真空环境中密封舱体的液体回路循环制冷系统，其特征在于，所述散热系统还包括第一气体管道(80)和第二气体管道(90)，所述第一气体管道(80)分别与所述第一动力单元(20)和所述第一换热器(10)的入口连接，所述第二气体管道(90)分别与所述第一换热器(10)的出口和所述第二动力单元(30)连接。

3.根据权利要求2所述的用于真空环境中密封舱体的液体回路循环制冷系统，其特征在于，所述散热系统还包括第一液体管道(100)和第二液体管道(110)，所述第一液体管道(100)和所述第二液体管道(110)均设置在所述密封舱体内，所述第一液体管道(100)分别与所述第一换热器(10)和所述第三动力单元(60)连接，所述第二液体管道(110)分别与所述第三动力单元(60)和所述第二换热器(40)连接。

4.根据权利要求3所述的用于真空环境中密封舱体的液体回路循环制冷系统，其特征在于，所述液体回路循环制冷系统还包括第三液体管道(120)，所述第三液体管道(120)设置在所述密封舱体内，所述第三液体管道(120)分别与所述第一换热器(10)和所述第二换热器(40)连接。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的用于真空环境中密封舱体的液体回路循环制冷系统，其特征在于，所述第一动力单元(20)包括抽风机；和/或所述第二动力单元(30)包括送风机；和/或所述第三动力单元(60)包括冷却剂泵。

6.根据权利要求5所述的用于真空环境中密封舱体的液体回路循环制冷系统，其特征在于，所述第二介质为消耗性冷却剂，所述消耗性冷却剂包括冰水混合物或纯水。

7.一种磁悬浮列车，其特征在于，所述磁悬浮列车包括如权利要求1至6中任一项所述的用于真空环境中密封舱体的液体回路循环制冷系统。

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