一种低真空管道高速列车系统的制作方法

本发明涉及低真空管道超高速磁悬浮列车的热管理技术领域，尤其涉及一种低真空管道高速列车系统。

背景技术：

我国的铁路建设和铁路交通运输处于快速发展阶段，在经过几次提速后，铁路交通的运输能力得到大幅提高。但是，随着我国国民经济高速平稳的发展，对铁路运输提出了更高的要求。高速、低噪、低碳环保的出行成为了未来地面交通工具的重要发展方向和必然选择。

目前，国内高速铁路的最快运营速度已经达到了350km/h，在进一步提高列车运行速度的过程中，地表稠密的大气层成为了阻碍地面高速交通运输系统发展的最大瓶颈。结合磁悬浮技术，并为了避免气流对高速列车的影响，沿线加入了低压管道或低真空管道，发展成为低真空管道运输系统或真空管道系统。这将是未来地面超高速载人交通工具的重要发展方向。

列车在低真空管道中高速运行造成管道温度持续升高，一方面影响低真空管道高速列车交通系统内各设备的正常工作及其使用寿命，另一方面对低真空管道交通的安全运营产生不利影响、带来安全隐患。低真空管道高速列车在低真空管道高速运行时的线路散热技术和散热系统是否可靠，将直接影响低真空管道运输系统的安全性和经济性。

低真空管道内气体稀薄，大大降低了导热和对流换热速率。同时，列车高速运动过程中会挤压列车头部气流，形成局部较为密集的气流。

技术实现要素：

为了能够实现低真空管道高速列车管道气流沿线散热，本发明提供一种低真空管道高速列车系统。本发明采用以下技术方案：

一种低真空管道高速列车系统，列车上设置有c组降温组件，所述c组降温组件包括设置在列车外壁上的c组冷却换热器和或c组喷嘴组件。

进一步的说，当c组降温组件包括c组冷却换热器时，所述c组降温组件还包括设置在列车内的过渡单元，所述过渡单元包括低温储液/气恒温箱、在低温储液/气恒温箱与c组冷却换热器连接的管路上设置的第八泵体，当c组降温组件包括c组喷嘴组件时，所述过渡单元还包括低温储液/气恒温箱、在低温储液/气恒温箱与c组喷嘴组件连接的管路上设置的第九泵体或第九开关阀，当c组降温组件包括c组冷却换热器和c组喷嘴组件时，所述过渡单元还包括低温储液/气恒温箱、在低温储液/气恒温箱与c组冷却换热器连接的管路上设置的第八泵体、在低温储液/气恒温箱与c组喷嘴组件连接的管路上设置的第九泵体或第九开关阀。

进一步的说，当包括c组喷嘴组件时，所述c组喷嘴组件的喷射方向可根据低真空管道内部温度/压力参数实现自动调节。

进一步的说，还包括列车在其中行驶的低真空管道，低真空管道的内侧壁上设置有b组降温组件，所述b组降温组件包括b组冷却换热器和或b组喷嘴组件。

进一步的说，还包括所述列车在其中行驶的低真空管道，所述低真空管道包括分别位于列车周边的腔体，所述腔体沿着列车前进的方向并行延伸，所述腔体靠近列车的周边是为列车运动和停止提供动力或阻力的部件组，所述腔体沿着长度方向上有进出气口，列车前进时挤压低真空管道内部的气体使气体在腔体及管道内循环，所述循环的气体带走列车运动时产生的热量。

进一步的说，还包括所述列车在其中行驶的低真空管道，所述低真空管道包括分别位于列车周边的腔体，所述腔体沿着列车前进的方向并行延伸，所述腔体靠近列车的周边是为列车运动和停止提供动力或阻力的部件组，所述腔体沿着长度方向上有进出气口，列车前进时挤压低真空管道内部的气体使气体在腔体及管道内循环，所述循环的气体带走列车运动时产生的热量；所述腔体内设置有a组降温组件，所述a组降温组件包括设置在腔体内且贴覆在部件组背面的a组冷却换热器和a组喷嘴组件。

进一步的说，所述腔体包括设置在列车周边并在低真空管道内沿线的第一腔体、设置在列车底部并在低真空管道内沿线的第二腔体，所述第一腔体靠近列车的为列车提供动力的部件组，沿着列车前进的方向，所述第一腔体上端面开设有多个第一进出气口；所述第二腔体上端面为刹车部件，所述刹车部件沿着列车前进方向上设置有多个第二进出气口。

进一步的说，所述腔体内设置有a组降温组件，所述a组降温组件包括设置在腔体内且贴覆在部件组背面的a组冷却换热器和a组喷嘴组件。

进一步的说，所述a组降温组件和b组降温组件均还包括提供冷源并设置在低真空管路外部沿线区域的冷却塔，所述冷却塔和对应组的冷却换热器之间还设置有过渡单元，过渡单元设置在低真空管路外部沿线区域。

进一步的说，还包括所述列车在其中行驶的低真空管道，所述低真空管道内平行设置有两辆列车对应的轨道，两个轨道之间设置有将低真空管道中两个轨道部分隔断或者全部隔断的隔板。

本发明的优点在于：

(1)由于列车高速运行，列车和低真空管道内的气体摩擦会产生大量的热，同时，低真空管道内的关键设备工作时也将产生大量的热及管道内其他原因带来的热；本申请通过在列车外壁上设置c组冷却换热器和或c组喷嘴组件，可以与低真空管道高速列车周围的气流进行换热，从而起到降温的作用。

(2)配备的低温储液/气恒温箱可以根据需要更换为具有高导热、潜热值的其他液体或气体工质；散热系统仅需低温储液/气恒温箱、水泵/开关阀及相应的末端换热器和或喷嘴组成，系统结构简单，易于操作。

(3)本发明提供了降温组件的几种方案，一种是通过c组冷却换热器来给部件组降温，一种是通过喷嘴组件喷射液体降温，还有一种是c组冷却换热器和c组喷嘴组件的结合来实现降温，根据不同的需求实现性价比最高的降温模式。

(4)本发明中低温储液/气恒温箱设置有补水快速接口，可根据需要在列车达到站点后进行补液/气操作。

(5)其中使用喷嘴组件降温时，本发明亦可提供多种模式。

(6)喷嘴组件的喷射方向可根据低真空管道内部温度/压力参数实现自动调节，优化降温效果。

(7)低真空管道内部大量积聚了为列车运动和停止提供动力或阻力的部件组工作过程中、气体压缩和气体摩擦产生大量的热，本发明通过设置带有进出气口的腔体，使得车头前端的气体从腔体的进出气口流向车身的后方形成气流循环，列车运行时产生的热量被a组降温组件带走，确保低真空管道高速列车运行过程安全可靠。

(8)第一腔体的设置可以控制为列车提供动力的部件组的温度，其中气体从靠近车头处的第一进出气口进入第一腔体，从车头处的部件组，流至车尾处的部件组，最后，经车身后方的进出气口流出。为了提高进气量，减少循环气体阻力；本方案还在第一腔体的上端面开设有多个第一进出气口，从而提高循环气体的量，从而提高降温的效率。其中第二腔体的设置是为了给刹车部件降温，列车前进时挤压低真空管道内部的气体从靠近车头处的第二进出气口进入到第二腔体内，流动的气体在刹车部件的下方流动，从而带走刹车部件产生的热量。

(9)本发明还在腔体内设置a组降温组件，增大了气体换热面积。

(10)本发明还可以在低真空管道的内侧壁上设置有b组降温组件，从而给管道内的气体降温。

(11)相邻轨道之间设置隔板，使得相邻的两个管线隔开。

附图说明

图1为列车在低真空管道内的剖视图。

图2为列车内设置低温储液/气恒温箱时低真空管道内的侧面透视图。

图3为低真空管道内设置腔体时在垂直于行进方向的剖面图。

图4为低真空管道内设置腔体时在俯视方向上的剖面图。

图5-9为冷却塔、过渡单元和a组降温组件冷却换热器501和或b组降温组件冷却换热器502不同模式下的结构图。

图10为a组降温组件和b组降温组件使用时的冷却塔、过渡单元不同模式下的结构图。

图11低真空管道内侧壁上设置b组降温组件、且在底部设置腔体时在垂直于行进方向的剖面图。

图12为列车外侧壁上设置c组降温组件、且在底部设置腔体时在垂直于行进方向的剖面图。

图13为列车外侧壁上设c组降温组件时与列车内的低温储液/气恒温箱之间的供液/气管路。

图14-16为低真空管道内包括双轨道的结构图。

图中标注符号的含义如下：

1-低真空管道

101-第一低真空管道102-第二低真空管道103-隔板

2-列车3-第一进出气口4-第一腔体

5-第二腔体6-第二冷却换热器7-刹车部件8-第二进出气口

9-第一冷却换热器10-为列车提供动力的部件组12-连通管

21-冷却塔22-第一泵体23-散热板换24-第二泵体

25-制冷机组26-第三泵体27-第四泵体28-第五泵体

29-恒温水箱30-第六泵体31-第一开关阀32-第二开关阀

33-第三开关阀34-第四开关阀35-第五开关阀36-第六开关阀

37-自动补水阀38-第七开关阀39-第七泵体

401-a组喷嘴组件402-b组喷嘴组件403-c组喷嘴组件

501-a组冷却换热器502-b组冷却换热器503-c组冷却换热器

201-第八开关阀202-低温储液/气恒温箱

203-第八泵体204–第九泵体205–第九开关阀

具体实施方式

如图1-4所示，一种低真空管道列车沿线风循环散热系统，包括以下一种或者多种组合的方式给低真空管道内气体降温的方式。

1.通过增强低真空管道内气流扰动

系统包括分别位于列车2周边的腔体，所述腔体沿着列车2前进的方向并行延伸，列车2前进时挤压低真空管道内部的气体使气体在腔体及管道内循环，所述循环的气体带走列车运动时产生的热量。所述腔体靠近列车2的周边是为列车2运动和停止提供动力或阻力的部件组，在该方案中部件组包括列车2两侧均匀设置的为列车提供动力的部件组10和列车2下方设置的刹车部件7，其中循环的气体带走为列车提供动力的部件组10、刹车部件7在列车工作时产生的热量。另外的，为列车提供动力的部件组10也可以水平设置在列车2的下方，或者其他布置方式；为列车提供阻力的刹车部件7也可以竖直设置在列车2的两侧，或者其他布置方式。

为了给为列车提供动力的部件组10、刹车部件7散热，腔体包括第一腔体4，第一腔体4靠列车2的内侧面是为列车提供动力的部件组10，其他侧面使用混凝土结构或其他支撑结构，在该方案中，第一腔体4为两列，分别为位于列车2的两侧，列车2前进时挤压低真空管道内部的气体从靠近车头处的第一进出气口3进入第一腔体4，从车头处的为列车提供动力的部件组10，流至车尾处的为列车提供动力的部件组10，最后，经车身后方的第一进出气口3流出，从而带走列车运行时产生的热量。

由于列车2前方存在着被挤压的气体，为提高第一腔体4的进气量，沿着列车2前进的方向，所述第一腔体4上端面开设有多个第一进出气口3，这些第一进出气口3可以均匀布置在第一腔体4上。

为了给列车2底部的刹车部件7散热，所述腔体还包括设置在列车2底部的第二腔体5，所述第二腔体5上端面为刹车部件7，第二腔体5的其他侧面为混凝土结构或其他支撑结构，所述刹车部件7沿着列车2前进方向上设置有多个第二进出气口8。列车2前进时挤压低真空管道内部的气体从靠近车头处的第二进出气口8进入到第二腔体5内，气体在刹车部件7的下方流动，经车身后方的第二进出气口8流出，从而带走列车运行时产生的热量。

为了实现气体的环流效果，第二腔体5两侧还设置有与两侧对应的第一腔体4导通的连通管12。详细地说，应该是列车2沿着长度方向的横截面设置有连通管12。

2.通过贴覆降温组件的方式来降温

2.1、在方案1的基础上，在腔体内设置a组降温组件。

具体设置在第一腔体4和第二腔体5内。在增大低真空管道内为列车提供动力的部件组10和刹车部件7降温。在图3中，腔体内同时设置有冷板换热器和喷嘴组件，如图3所示，a组降温组件包括设置在腔体内且贴覆在部件组背面的a组冷却换热器501，对着部件组背面或所述腔体喷洒降温液体的a组喷嘴组件401，a组喷嘴组件401方向可根据低真空管道内部温度/压力参数实现自动调节。a组冷却换热器工作时，其内部循环流动的低温液体可以实现流经a组冷却换热器表面的气流降温。

2.2、在低真空管道内壁上设置b组降温组件。所述低真空管道内壁上设置有冷板换热器和喷嘴组件，如图11所述，b组降温组件包括b组喷嘴组件402和b组冷却换热器502。b组喷嘴组件402方向可根据低真空管道内部温度/压力参数实现自动调节。b组喷嘴组件402可以将冷却的液体或气体喷洒至沿线发热线圈或列车表面，吸收低真空管道1内和列车2的表面热量，升温后的液体或气体经真空泵抽出低真空管道1，从而带走低真空管道1内和列车2的表面热量。b组冷却换热器工作时，其内部循环流动的低温液体可以实现流经b组冷却换热器表面的气流降温。

2.3、在列车2的外壁上设置c组降温组件。

如图12所示，c组降温组件包括c组冷却换热器503和c组喷嘴组件403。如图2所示，列车内还设置有低温储液/气恒温箱202，其中图12中设置在列车2外侧壁上的为c组喷嘴组件403。给c组喷嘴组件403和c组冷却换热器503供能的循环管路如图13所示，在低温储液/气恒温箱202与c组冷却换热器503连接的管路上设置的第八泵体203、在低温储液/气恒温箱202与喷嘴组件403连接的管路上设置的第九泵体204或第九开关阀205。所述低温储液/气恒温箱202输入端设置有第八开关阀201，用于控制给低温储液/气恒温箱202的量，在该方案中第八开关阀201为低温储液/气恒温箱自动补液/气阀。使用过程如下：1)打开第八泵体203，储存于列车某节车厢处的低温储液/气恒温箱202中的工作液体/气体介质则通过相应的循环管路输送至列车外侧壁的c组冷却换热器503，实现列车外的气温降低。2)打开第九泵体204，储存于列车某节车厢处的低温储液/气恒温箱202中的工作液体/气体介质则通过相应的循环管路输送至c组喷嘴组件403，通过将低温工作液体/气体介质喷洒至低真空管道内部从而实现降温处理。3)当低温储液/气恒温箱202中的工作液体/气体介质处于高压状态时，当列车或系统设备超出使用温度范围时，仅需打开第九开关阀205即可实现给喷嘴供液/气从而实现温度调节。

当使用2.1和2.2方案时，与对应组的冷却换热器和喷嘴组件连接的各部件可以设置在低真空管道1的外侧面，各部件包括a1方案、a2方案、a3方案、a4方案，具体结构描述如下：

a1方案：

如图5所示，系统包括给冷却换热器提供冷源的冷却塔21，所述冷却塔21和冷却换热器之间还设置有过渡单元。所述过渡单元包括制冷机组25，所述冷却塔21到制冷机组25形成换热循环环路，并且冷却塔21与制冷机组25的冷凝端之间的管路上设置有第二泵体24。冷却塔21为制冷机组25的冷凝端提供相应温度的冷却水，所述制冷机组25与若干个冷却换热器之间形成换热环路，并且制冷机组25输送冷却介质的管路上设置有第六泵体30。制冷机组25的蒸发端可以实现将换热介质的温度降温至目标低温，降温后的换热介质重新流入冷却换热器形成循环，可反复工作，实现不间断降温工作。其中a组冷却换热器501和b组冷却换热器502可以由若干个冷却换热器并行设置，如图5-10中第一冷却换热器9和第二冷却换热器6。

a2方案：

如图6所示，系统包括给冷却换热器提供冷源的冷却塔21，所述冷却塔21和冷却换热器之间还设置有过渡单元。所述过渡单元包括散热板换23，所述冷却塔21到散热板换23形成换热循环路，并且冷却塔21与散热板换23的冷凝端之间的管路上设置有第一泵体22。所述散热板换23与若干个冷却换热器之间形成换热环路，并且散热板换23输送冷却介质的管路上设置有第三泵体26。升温后的换热介质重新进入冷却塔降温，形成循环，可反复工作，实现不间断降温工作。此种冷源供给模式不需要制冷机组等耗能设备对换热介质进行降温，仅通过冷却塔利用作为自然冷源的散热板换23实现降温，充分利用散热板换23实现节能减排运行。

a3方案：

如图7所示，在a1方案的制冷机组25与多块并行的冷却换热器之间设置恒温水箱29，具体的说，所述冷却塔21到制冷机组25形成换热循环路，并且冷却塔21与制冷机组25的冷凝端之间的管路上设置有第二泵体24。所述制冷机组25与恒温水箱29之间设置换热环路，制冷机组蒸发端可以实现将恒温水箱中换热介质的温度降温至目标低温，所述恒温水箱29到制冷机组25的管路上设置有第五泵体28，所述恒温水箱29与若干个冷却换热器之间形成换热环路，并且恒温水箱29输送冷却介质的管路上设置有第六泵体30。此种方法为间接冷却，第一冷却换热器和第二冷却换热器采用水或其他具有低导电率同时具有高导热率的换热介质进行循环流动均可。

a4方案

如图8所示，在a2方案的散热板换23与多块并行的冷却换热器之间设置恒温水箱29，具体地说，所述冷却塔21到散热板换23形成换热循环路，并且冷却塔21与散热板换23的冷凝端之间的管路上设置有第一泵体22。所述散热板换23与恒温水箱29之间设置换热环路，所述恒温水箱29到散热板换23的管路上设置有第四泵体27，所述恒温水箱29与若干个冷却换热器之间形成换热环路，并且恒温水箱29输送冷却介质的管路上设置有第六泵体30。由冷却塔21将恒温水箱29中的换热介质的温度经散热板换23降温至目标低温，处理后的换热介质由泵等动力设备输送至系统中的第一冷却换热器9和第二冷却换热器6(其中，第一冷却换热器9和第二冷却换热器6为并行设置的若干个a组冷却换热器501和b组冷却换热器502)，升温后的换热介质重新进入恒温水箱进行降温，形成循环，可反复工作，实现不间断降温工作。此种冷源供给模式不需要制冷机组等耗能设备对换热介质进行降温，仅通过冷却塔21利用自然冷源实现降温，充分利用自然冷源实现节能减排运行。

a5方案

为了在不同的状态下能够实现多重选择，或者以上多种方案同时进行，如图9所示，系统包括给冷却换热器提供冷源的冷却塔21，所述冷却塔21和冷却换热器之间还设置有过渡单元。所述过渡单元包括制冷机组25、散热板换23、恒温水箱29。

所述冷却塔21到散热板换23形成换热循环路，并且冷却塔21与散热板换23的冷凝端之间的管路上设置有第一泵体22。所述冷却塔21到制冷机组25可形成换热循环路，并且冷却塔21与制冷机组25的冷凝端之间的管路上设置有第二泵体24。

所述散热板换23与若干个冷却换热器之间形成换热环路，并且散热板换23输送冷却介质的管路上设置有第三泵体26，所述制冷机组25与若干个冷却换热器之间形成换热环路，并且制冷机组25输送冷却介质的管路上设置有第六泵体30。

所述散热板换23与恒温水箱29之间设置换热环路，所述恒温水箱29到散热板换23的管路上设置有第四泵体27，所述制冷机组25与恒温水箱29之间设置换热环路，所述恒温水箱29到制冷机组25的管路上设置有第五泵体28。

所述恒温水箱29与若干个冷却换热器之间形成换热环路，并且恒温水箱29输送冷却介质的管路上设置有第六泵体30。

为了能实现上述多种方案，介质从冷却换热器到恒温水箱29的管路上设置有第一开关阀31，介质从冷却换热器到散热板换23的管路上设置有第二开关阀32，介质从冷却换热器到制冷机组25的管路上设置有第三开关阀33，介质从恒温水箱29到第六泵体30的管路上设置有第四开关阀34，介质从制冷机组25到第六泵体30的管路上设置有第五开关阀35，介质从第三泵体26到冷却换热器6、冷却换热器9的管路上设置有第六开关阀36。通过控制第一开关阀31、第二开关阀32、第三开关阀33、第四开关阀34、第五开关阀35、第六开关阀36的开闭状态可以选择以上所有方案。

当为实现a1方案时，需要打开第三开关阀33和第五开关阀35、关闭第一开关阀31、第二开关阀32、第四开关阀34和第六开关阀36，并且打开冷却塔21、制冷机组25、第二泵体24、第六泵体30。

当为实现a2方案时，需要打开第二开关阀32和第六开关阀36、关闭第一开关阀31、第三开关阀33、第四开关阀34和第五开关阀35，并且打开冷却塔21、散热板换23、第一泵体22、第三泵体26。

当为实现a3方案时，需要打开第一开关阀31和第四开关阀34、关闭第二开关阀32、第三开关阀33、第五开关阀35和第六开关阀36，并且打开冷却塔21、制冷机组5、第二泵体24、第五泵体28、第六泵体30。

当为实现a4方案时，需要打开第一开关阀31和第四开关阀34、关闭第二开关阀32、第三开关阀33、第五开关阀35和第六开关阀36，并且打开冷却塔21、散热板换23、第一泵体22、第四泵体27、第六泵体30。

如图10所示，当方案2.2和方案2.3仅仅使用喷嘴组件401/402时，可以使用恒温水箱29通过自动补水阀37与外部水源连接，恒温水箱29包括输出端依次经过第七开关阀38、第七泵体39给喷嘴组件401/402供水。

列车2位于低真空管道1内运行，风循环系统中腔体均位于低真空管道1内，当降温组件设置在腔体内和或设置在低真空管道1的内侧壁上时，在以上五种方案中的所述冷却塔21和过渡单元设置在低真空管道1外沿线区域，这是因为冷却塔和过渡单元均不宜在低真空环境中使用。

由于列车均为双向，如图14-15所示，所述低真空管道1内设置有两组平行的设置在对应列车2周边的腔体。低真空管道1使用隔板103分成第一低真空管道101和第二低真空管道102。

在方案1和或方案2.1的技术上，所述第二腔体5的底部混凝土基座内部开挖槽道，槽道走向及具体尺寸可根据需要进行设计，槽道内可通以水或其他低蒸发温度的液体，对槽道进行“漫灌式”给液，设置流动液体，利用液体蒸发冷却，实现管道内部气流降温。

本方案可以单独采用或若干种结合使用的方案1、方案2.1、方案2.2、方案2.3，另外方案2.1和方案2.2中与对应组的冷却换热器和喷嘴组件连接的各部件的方案可以从a1、a2、a3、a4中任选。

以上仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

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