CN109026331A - 与废气涡轮增压器并联的叶轮排风式散热系统 - Google Patents

Abstract

与废气涡轮增压器并联的叶轮排风式散热系统，属于涡轮增压器技术以及冷却散热技术。该系统由涡轮增压器、叶轮机、控制系统、电机、风量调节板、散热器和管道等组成。在涡轮增压器的轴上串联一个叶轮机，既能为动力源提供高温、高压的气体，又能对热源部件进行散热。技术方案的要点是用叶轮机排气取代了传统的风扇排风，利用控制系统通过电机控制风量调节板的开度来控制进入散热器中冷空气的流量。主要的用途是对动力系统中的热源部件进行散热，并且通过密闭、隔热的管道连接散热系统中的各个部件，可以将散热器放置于机动车中的任何部位。节省了动力舱的空间，能够充分利用废气中的能量，提高了能源的利用率。

Description

与废气涡轮增压器并联的叶轮排风式散热系统

技术领域

本发明属于冷却传热技术领域，同时涉及涡轮增压器技术。

背景技术

传统的军用车辆散热系统，比如装甲车和坦克车等，通常的冷却方式是采用大功率的风扇进行强制排风冷却，将散热器中的热量通过风扇排出到大气中。这种方式导致风扇成为冷却系统不可缺少的部件，从而占据了车辆中大量的空间和消耗的大量的能量，进而降低了动力系统的功率密度。在军用装甲车辆中，风扇所消耗的功率往往占据了发动机功率的10％以上，降低了车辆燃料的利用效率。因此，传统的散热系统在功率舱中占据了较大的空间体积和消耗了较多的能源，对动力舱的高度以及功率提升设计上具有很大的不利影响。

另外，利用风扇散热时，对风扇转速的控制比较困难，导致热源部件中的温度过高或过低，都会使热源部件不能正常工作。比如，在车辆中的散热系统中，过高的风扇转速，导致发动机的温度过低，严重时会造成拉缸的现象发生；过低的风扇转速，会导致发动机中的温度过高，从而发动机的效率大大降低。

利用风扇对为热源部件进行散热，不仅消耗了巨大的功率、浪费了能源，而且也占据了动力舱中较大的体积。本发明提出一种方案，不采用风扇作为散热系统的部件，对能源的利用和动力舱体积的减小具有一定的意义。

发明内容

针对于传统散热系统中所存在的不足，本发明提出一种既能减小动力舱体积，又能提高功率利用效率的散热系统。

本发明所涉及的与涡轮增加器并联的叶轮排风式散热系统主要包括：

(1)普通的涡轮增压器主要由压缩机和涡轮机组成。在涡轮增压器现有结构的基础上，在涡轮增压器的轴上串联一个叶轮机，实现功能上的并联。涡轮增压器中的轴带动轴上的叶轮机高速旋转，使叶轮机内部产生一定的真空度，从而迫使外界的冷空气进入到散热系统中。此处的叶轮机是密闭式的旋转机械，具有进气口和排气口，进气口通过管道与散热系统相连接，排出口与外部空间相连接。

(2)新增加的叶轮机与原有的涡轮增压器组合在一起形成一个新的机械机构，能够实现功能上的并联。新机构一方面通过涡轮增压器为动力部件(如发动机)提供高温高压的气体；另一方面通过叶轮机产生的真空度，从外界吸入冷空气，对动力系统进行冷却散热。涡轮增压器与叶轮机组成的新机构，取代了传统散热系统中的风扇式散热式的结构。

(3)新的散热系统的热量都是在密闭、隔热的管道内进行传递的，散热器也包含在管道内。叶轮机产生的负压，迫使外界的冷空气进入管道内，通过高温散热器后，将热量带出外界。

(4)散热系统中，还包括电机和控制系统。控制系统通过对电机的控制，来调节风量调节板的开度，对进入管道中的冷空气流量进行控制。控制系统将采集来的热源部件的温度信息处理后，对电机的转角进行调节，从而达到控制风量调节板的开度，达到控制冷却空气流量的目的。当热源部件过热时，控制系统控制风量调节板的开度使其变大，使通过散热器的冷空气量增加；当热源部件的温度过低时，控制系统控制风量调节板的开度使其变小，从而减小通过散热器的冷空气量。

本发明具有如下优点：

(1)省去了散热系统中的风扇，从而节省了动力舱的空间和体积。利用管道将散热系统中的各部件连接在一起形成密封、隔热的空间，因此，可以将散热器放置于装甲车中的任何位置。

(2)更充分的利用了发动机废气中的能量，提高了能源的利用率。

(3)在控制系统的闭环控制下，能够根据热源部件的温度对风量调节板的开度进行精确的控制，从而更准确的控制流过散热器的冷却空气的流量，使热源部件有更适宜的工作温度。

附图说明

图1是与废气涡轮增压器并联的叶轮排风式散热系统；

图中：1是管道、2是散热器、3是叶轮机、4是轴承、5是轴、6是动力源、7是中冷器、8是涡轮机、9是压缩机、10是涡轮增压器、11是废气管道、12是信号线、13是控制系统、14是电机、15是风量调节板。

具体实施方式

如图1所示，与废气涡轮增压器并联的叶轮排风式散热系统主要由：管道1、散热器2、叶轮机3、涡轮增压器10、控制系统13、电机14、风量调节板15等组成。其中涡轮增压器10又由压缩机9和涡轮机8组成。

该散热系统的具体实施方式为：

对现有涡轮增压器的结构做出了改进，即在涡轮增压器10的轴上连接一个密闭式的叶轮机3，形成了一个串联结构的涡轮增压式散热系统，取代了传统散热系统中的风扇式的散热系统。动力源6(如发动机)产生的废气驱动涡轮增压器10中的涡轮机8高速运转，涡轮机8将动力经过轴5传递至叶轮机3后，使叶轮机3也高速运转，从而在叶轮机3中产生一定的真空度，进而迫使外界的冷空气进入到散热系统中去。此处的叶轮机3是密闭式的旋转机械，具有进气口和排气口，进气口通过管道1与散热系统相连接，排出口与外部空间相连接。

该散热系统，能够实现功能上的并联。一方面，涡轮增压器10为动力源6(如发动机)提供高温、高压气体；另一方面，新增加的叶轮机3为散热器2提供冷却空气。从动力源6中排出的废气，驱动涡轮机8工作。涡轮机8带动轴5高速旋转，一方面轴带动压缩机9对外界冷空气进行压缩，将压缩后的高温、高压气体经过中冷器7进行冷却，最终进入到动力源6中；一方面轴5带动叶轮机3高速旋转，使密闭的叶轮机3内产生真空，迫使外界的冷空气，经过管道中的散热器2，把其中的热量带走，最后经过叶轮机3排出外界。

在散热器2的上游还有电机14和风量调节板15。控制系统13通过温度传感器将采集的动力源6的温度信息进行处理后，自动控制电机14的转角来控制风量调节板15的开度，进而对进入管道1中的冷空气流量进行控制。当动力源6温度过高时，控制系统13控制电机14的转动角度，从而带动风量调节板15旋转来使其开度变大，使通过散热器2的冷空气量增加；当动力源6的温度过低时，控制系统13控制电机14的转动角度，从而带动风量调节板15旋转使其开度变小，从而减小通过散热器2的冷空气量；当动力源6的温度达到理想的工作温度时，电机14静止不动，风量调节板15静止不动，使通过散热器2的冷空气量不变。

散热系统中各个部件之间都是通过密闭、隔热的管道1进行连接的。因为管道具有良好的韧性、防腐性、质量轻等优点，因此，可以将散热器布置于动力机械中的任何位置，从而可以节省动力舱的空间。

Claims (4)

1.与废气涡轮增压器并联的叶轮排风式散热系统，其特征在于：在涡轮增压器的轴上连接一个叶轮机，形成结构上串联，功能上并联的散热系统。涡轮增压器为动力源提供高温、高压的气体；叶轮机为散热系统提供吸入冷空气的负压。

2.根据权利1所述，其特征在于：用叶轮机排气取代了风扇在散热系统中的位置。高速旋转的叶轮机产生一定的真空度，迫使外界的冷空气通过散热器并将热量带走，经过密闭的叶轮机后，排出外界。

3.根据权利要求2所述，其特征在于：散热系统中的各个部件之间通过密闭、隔热的管道进行连接，可以将散热器布置于动力机械中的任何位置，从而节省了动力舱的空间。

4.根据权利要求3所述，其特征在于：在管道中，散热器的上游还布置有电机和风量调节板。控制系统能够根据热源部件的温度通过电机对风量调节板的开度进行控制，从而更准确的控制流过散热器的冷却空气的流量。