基于相变吸热的冷却兼氧气供应系统及真空管道磁悬浮列车的制作方法

本发明涉及磁悬浮列车技术领域，尤其涉及真空管道磁悬浮列车的冷却和氧气供应系统。本发明还涉及设有所述冷却兼氧气供应系统的真空管道磁悬浮列车。

背景技术：

目前，随着科学技术的不断发展，高速列车的运行速度得到了很大的提升，当前高速列车可以实现300～500km/h的运行速度，而为了进一步的提升地面交通工具的速度，真空管道磁悬浮列车是实现列车超高速经济运行的一种途径，其运行速度是当前地面高速交通的一种延伸和补充。

如今，真空管道磁悬浮列车成为了超高速列车研究的热点课题，真空管道磁悬浮列车有着高速度、低能耗和极低的噪声等优点。但是考虑到真空管道磁悬浮列车是运行在一个真空密闭的空间内，其列车在高速运行时所产生的热量不能够及时有效的散发出去，因此该列车在高速运行时车体温度将会急剧的增加。

综合上述，如何构建一种真空管道磁悬浮列车冷却系统是解决列车散热问题的关键。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于相变吸热的冷却兼氧气供应系统。该系统能够实现对列车高温区快速有效的降温，同时也能够为列车车厢内提供充足的氧气。

本发明的另一目的在于提供一种设有所述基于相变吸热的冷却兼氧气供应系统的真空管道磁悬浮列车。

为实现上述目的，本发明提供一种基于相变吸热的冷却兼氧气供应系统，包括；

高压液氧罐，设于真空管道磁悬浮列车的车体；

高压冷气喷头，对应于真空管道磁悬浮列车发热设备舱的高温区域设置，所述高温冷却喷头与所述高压液氧罐通过高压冷却气体管路相连通，并设有能够带动其移动以改变与高温区域距离的调节机构，以用于喷射相变吸热后的低温氧气对列车高温区域进行冷却；

氧气回收系统，用于回收对对列车高温区域进行冷却后的氧气，并将回收的氧气输送至客室新风系统的进气端；

所述高压液氧罐设有与所述高压冷却气体管路并联的低温氧气供应管路，以将相变吸热后的低温氧气另路输送至客室新风系统的进气端。

优选地，还包括：

第一控制器；

高温区温度传感器，用于检测不同高温区域的温度；

流速阀，用于控制低温氧气在所述高压冷却气体管路中的流速；

所述温度传感器和流速阀连接于所述第一控制器，当高温区域的温度升高时，所述第一控制器通过调节所述流速阀的开度增加低温氧气在所述高压冷却气体管路中的流速，当高温区域的温度降低时，所述第一控制器通过调节所述流速阀的开度减小低温氧气在所述高压冷却气体管路中的流速。

优选地，所述高温区域的温度与低温氧气的流速对应的函数关系为：

其中，v0是标定流速，x是真空管道磁悬浮列车高温区域的温度，v是低温氧气在所述高压冷却气体管路中的流速。

优选地，所述第一控制器包括：

储存单元，用于储存依据列车发热材料的耐低温范围，构建的发热材料可承受温度范围数据库，以及所构建的材料可承受温度范围与高压冷气喷头到发热材料距离的映射关系；

所述高压冷气喷头设有监测装置，所述监测装置连接于所述第一控制器；

当所述监测装置检测到相应的发热材料时，所述第一控制器调用数据库中的可承受温度范围，并根据可承受温度范围与所述高压冷气喷头距离的映射关系，通过所述调节机构主动调节所述高压冷气喷头距离发热材料的距离。

优选地，所述发热材料可承受温度范围数据库通过收集真空管道磁悬浮列车发热材料的可承受低温温度范围构建；

所述材料可承受温度范围与高压冷气喷头距离的映射关系如下：

若材料可承受低温范围为-30℃～-25℃，则高压冷气喷头距离为40mm-60mm；

若材料可承受低温范围为-25℃～-20℃，则高压冷气喷头距离为70mm-90mm；

若材料可承受低温范围为-20℃～-15℃，则高压冷气喷头距离为100mm-120mm；

若材料可承受低温范围为-15℃～-10℃，则高压冷气喷头距离为130mm-150mm；

若材料可承受低温范围为-10℃～-5℃，则高压冷气喷头距离为160mm-180mm；

若材料可承受低温范围为-5℃～0℃，则高压冷气喷头距离为190mm-210mm。

优选地，还包括：

客室温度传感器，用于检测客室内的温度；

客室氧气浓度传感器，用于检测客室内的氧气浓度；

第一节流阀，用于控制低温氧气在所述低温氧气供应管路中的流速；

第二节流阀，用于控制所述氧气回收系统回收的氧气在输送管路中的流速；

所述客室温度传感器、客室氧气浓度传感器、第一节流阀和第二节流阀均连接于第二控制器，所述第二控制器根据所述客室温度传感器和客室氧气浓度传感器的检测值控制所述第一节流阀和第二节流阀。

优选地，所述第二控制器按照下述方式控制所述第一节流阀和第二节流阀：

当客室内氧气浓度大于阈值且客室内温度大于阈值时，所述第一节流阀开启，所述第二节流阀关闭；

当客室内氧气浓度大于阈值且客室内温度小于阈值时，所述第一节流阀关闭，所述第二节流阀关闭；

当客室内氧气浓度小于阈值且客室内温度大于阈值时，所述第一节流阀开启，所述第二节流阀开启；

当客室内氧气浓度小于阈值且客室内温度小于阈值时，所述第一节流阀关闭，所述第二节流阀卡空气。

优选地，所述高压冷气喷头的调节机构包括：

驱动部件，提供调节动力；

移动机构，所述移动机构与所述驱动部件的动力输出端相连接；所述移动机构包括固定部分和移动部分，在所述驱动部件的带动下，所述移动部分可相对于所述固定部分沿远离或接近高温区域的方向移动，所述高压冷气喷头连接于所述移动部分，

优选地，所述高压冷气喷头的调节机构还包括：

伸缩机构，配设于所述高压冷却气体管路，在所述高压冷气喷头移动时，所述伸缩机构随所述高压冷却气体管路的变形进行伸缩。

优选地，所述真空管道磁悬浮列车的车体底部设有保护舱，所述高压液氧管设于所述保护舱内部。

优选地，所述保护舱采用层状复合材料制成，所述层状复合材料至少为三层结构，包括位于中间的蜂窝状铝合金和位于外边两层的泡沫塑料。

优选地，所述高压液氧罐可更换地设于真空管道磁悬浮列车的车体，所述高压液氧罐设有压力传感器；当所述压力传感器显示的压力小于高压液氧罐充满状态压力的1/3时，且真空管道磁悬浮列车进站后，可将所述高压液氧罐从保护舱内取出，并将充满状态的所述高压液氧罐安装在保护舱内。

为实现上述又一目的，本发明提供一种真空管道磁悬浮列车，包括车体和设于所述车体的设备舱，所述设备舱设有冷却系统，所述冷却系统为上述任意一项所述的基于相变吸热的冷却兼氧气供应系统。

本发明所提供的基于相变吸热的冷却兼氧气供应系统，考虑到真空管道磁悬浮列车是运行在一个相对比较密闭的空间，通过储存于高压罐中的液氧对列车高温区域进行冷却，而且，既能够通过高压低温的液氧对列车高温区域进行冷却，又可以通过将氧气输送到列车车厢内，从而满足了车厢内供应氧气的需求，其中，高压冷却气体管路能够通过低温冷气流速的调节，来高效稳定的实现对列车高温区域的冷却，高压冷气喷头的调节结构有效保障了高温材料在冷却过程中韧性的转变。

在一种优选方案中，所述高压液氧罐的保护舱材料使用的是具有隔热和抗冲击性能的层状复合材料结构，该保护舱能够为高压冷气冷却系统和列车的运行提供可靠的安全保障。

本发明所提供的真空管道磁悬浮列车设有所述基于相变吸热的冷却兼氧气供应系统，由于所述基于相变吸热的冷却兼氧气供应系统具有上述技术效果，则设有该基于相变吸热的冷却兼氧气供应系统的真空管道磁悬浮列车也应具有相应的技术效果。

附图说明

图1是本发明实施例公开的一种基于相变吸热的冷却兼氧气供应系统的技术路线图；

图2是本发明实施例公开的基于相变吸热的冷却兼氧气供应系统的结构示意图；

图3是本发明实施例公开的高压氧气流速与高温区域的温度函数关系图；

图4是本发明实施例公开的高压液氧罐的安装位置示意图；

图5是本发明实施例公开的高压液氧罐保护舱的结构示意图；

图6是本发明实施例公开的调节机构的结构示意图。

图中：

1.高压液氧罐2.高压冷气喷头3.氧气回收系统4.车体5.高压冷却气体管路6.调节机构61.螺杆62.滑块63.连接件7.客室新风系统8.低温氧气供应管路9.流速阀10-1.第一控制器10-2.第二控制器11.客室温度传感器12.客室氧气浓度传感器13.第一节流阀14.回收氧气输送管路15.第二节流阀16.红外监测装置17.保护舱17-1.蜂窝状铝合金17-2.泡沫塑料18.伸缩机构

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

在本文中，“上、下、左、右”等用语是基于附图所示的位置关系而确立的，根据附图的不同，相应的位置关系也有可能随之发生变化，因此，并不能将其理解为对保护范围的绝对限定；而且，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个与另一个具有相同名称的部件区分开来，而不一定要求或者暗示这些部件之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

请参考图1、图2，图1是本发明实施例公开的一种基于相变吸热的冷却兼氧气供应系统的技术路线图；图2是本发明实施例公开的基于相变吸热的冷却兼氧气供应系统的结构示意图。

如图所示，在一种具体实施例中，本发明所提供的基于相变吸热的冷却兼氧气供应系统，主要由高压液氧罐1、高压冷气喷头2以及氧气回收系统3等部分组成。

其中，高压液氧罐1内部储存有高压的液氧，其设于真空管道磁悬浮列车的车体4，高压冷气喷头2设置在对应于真空管道磁悬浮列车发热设备舱的高温区域的位置，高温冷却喷头2与高压液氧罐1通过高压冷却气体管路5相连通，并设有调节机构6，通过调节机构6可以带动高温冷却喷头2移动，以改变高温冷却喷头2与高温区域的距离，工作时，高温冷却喷头2喷射相变吸热后的低温氧气对列车高温区域进行冷却，既可以是一个喷头冷却多个高温区域，也可以是多个喷头分别冷却不同的高温区域。

氧气回收系统3用于回收对对列车高温区域进行冷却后的氧气，并将回收的氧气通过管路输送至客室新风系统7的进气端，用于冷却的氧气经空气回收系统3收集起来，并通过客室新风系统7用于给客室供应氧气，从而形成一种间接供氧的方式。

高压液氧罐1设有低温氧气供应管路8，此低温氧气供应管路8与高压冷却气体管路5在气路上相互并联，其用于将相变吸热后的低温氧气以另设一路的方式输送至客室新风系统7的进气端，在进行供氧时，高压液氧罐1中的液氧首先通过节流阀开度的大小来实现液氧流通量的大小，然后液氧通过相变吸热变成气体，最后气态低温的氧气通过客室新风系统7及时给客室内供应充足的氧气，并能够具有给客室冷却降温的功能，从而形成一种直接供氧的方式。

客室新风系统7通过将经相变吸热过后的低温氧气和冷却系统中回收的氧气用于给列车客室内供应足够的氧气，并同时能够实现对列车客室冷却降温的作用。

在不同的高温区域，分别设有相应的温度传感器，同时在高压冷却气体管路5上设有流速阀9，以控制低温氧气在高压冷却气体管路5中的流速，温度传感器和流速阀9均连接于第一控制器10-1，温度传感器的精度为0℃<±0.15℃，测量范围为-100℃～200℃，第一控制器10-1的芯片可选用stm32单片机。

当高温区域的温度升高时，第一控制器10-1通过调节第流速阀9的开度增加低温氧气在高压冷却气体管路5中的流速，当高温区域的温度降低时，第一控制器10-1通过调节流速阀9的开度减小低温氧气在高压冷却气体管路5中的流速。

车体4的客室内部还设有客室温度传感器11和客室氧气浓度传感器12，以检测客室内的温度和氧气浓度，同时在低温氧气供应管路8上设有第一节流阀13，在氧气回收系统3的回收氧气输送管路14上设有第二节流阀15，以控制低温氧气在低温氧气供应管路8中的流速以及氧气回收系统3回收的氧气在回收氧气输送管路14中的流速。

客室温度传感器11、客室氧气浓度传感器12、第一节流阀13和第二节流阀15均连接于第二控制器10-2，第二控制器10-2根据客室温度传感器11和客室氧气浓度传感器12的检测值控制第一节流阀13和第二节流阀15。

请一并参考图3，图3是本发明实施例公开的高压氧气流速与高温区域的温度函数关系图。

如图所示，高压低温的氧气在对列车高温区域冷却过程中，通过控制低温氧气的流速来实现高效的冷却效果，高温区域的温度与低温氧气的流速对应的函数关系为：

其中，其中，v0是一个标定流速，可以是在常温25℃环境下，使用流速为v0的高压氧气在三分钟之内，可将列车高温区域的温度降低10℃；x是真空管道磁悬浮列车高温区域的温度；v是高压冷气在高压管道中的流速。

针对高温区材料不同的耐低温范围，设置了调节机构6来调节高温冷气喷头2与高温区域的距离，从而有效保障了列车高温区材料的结构强度。

具体地，第一控制器10-1具有储存单元，用于储存依据列车发热材料的耐低温范围，构建的发热材料可承受温度范围数据库，以及所构建的材料可承受温度范围与高压冷气喷头到发热材料距离的映射关系。

高压冷气喷头2设有红外监测装置16，此红外监测装置16也连接于第一控制器10-1。当红外监测装置16检测到相应的发热材料时，第一控制器10-1调用数据库中的可承受温度范围，并根据可承受温度范围与高压冷气喷头距离的映射关系，通过调节机构6主动调节高压冷气喷头2距离发热材料的距离。

具体可通过收集真空管道磁悬浮列车发热材料的可承受低温温度范围，构建发热材料可承受温度范围数据库，材料可承受温度范围与高压冷气喷头距离的映射关系如下表所示：

节流阀的打开或关闭主要依据客室内氧气浓度和温度值的大小来确定，例如，可以将客室内氧气浓度的阈值设定为30％，温度阈值设定为25℃，当客室内氧气浓度和温度值低于相应的阀值时，节流阀的阀门打开，从而实现对列车客室供氧兼冷却降温。

第二控制器10-2具体按照下表所示的方式控制第一节流阀13和第二节流阀15：

请参考图4、图5，图4是本发明实施例公开的高压液氧罐的安装位置示意图；图5是本发明实施例公开的高压液氧罐保护舱的结构示意图。

如图所示，真空管道磁悬浮列车的车体4底部设有保护舱17，高压液氧罐1安装在具有隔热和抗冲击性能的保护舱17内部。

保护舱17采用层状复合材料制成，层状复合材料为三层结构，包括位于中间的蜂窝状铝合金17-1和位于外边两层的泡沫塑料17-2，保护舱17能够为高压冷气冷却系统和列车的运行提供可靠的安全保障。

而且，高压液氧罐1可更换地设于真空管道磁悬浮列车的车体4，高压液氧罐4设有压力传感器，压力传感器量程为0～150mpa，可测气体温度范围为-200℃～150℃，测量精度为0.2％。

当压力传感器显示的压力小于高压液氧罐1充满状态压力的1/3时，且真空管道磁悬浮列车进站后，可将高压液氧罐1从保护舱17内取出，并将充满状态的高压液氧罐1安装在保护舱17内，以有效保障高压液氧的可靠供应，并通过高压液氧罐1进站快速更换，达到了车身减重的效果。

请参考图6，图6是本发明实施例公开的调节机构的结构示意图。

如图所示，高压冷气喷头2的调节机构6主要由驱动部件、移动机构和伸缩机构等部分组成。

其中，驱动部件可以是电机，用于提供调节动力；移动机构包括螺杆61和滑块62，滑块62设有螺母并通过螺母与螺杆61相配合，滑块62进一步通过连接件63与高压冷气喷头2相连接，电机的转轴与螺杆61相连接，当电机运行时，带动螺杆61原位旋转，进而带动滑块62和高压冷气喷头2横向移动，从而达到调节高压冷气喷头2与高温区域距离的目的。

伸缩机构18配设于高压冷却气体管路5，具体可以是螺旋套管、波纹管或铰接式伸缩臂，在高压冷气喷头2移动时，伸缩机构18随高压冷却气体管路5的变形进行伸缩。

通过调节机构6可以对高压冷气喷头2进行短距离调节，以有效保障高温材料在冷却过程中韧性的转变。

当然，本实施例虽然选择了螺杆和滑块的调节方式，但并不局限于此，移动机构还可以是齿轮齿条机构，或者，除了输出旋转运动的电机之外，驱动部件还可以是输出直线运动的气缸、油缸或直线电机，若采用气缸、油缸或直线电机作为驱动部件，则其自身可兼作移动机构来使用。

上述实施例仅是本发明的优选方案，具体并不局限于此，在此基础上可根据实际需要作出具有针对性的调整，从而得到不同的实施方式。例如，设置两个或多个高压液氧罐1，一个或一部分高压液氧罐1用于向客室直接供应氧气，另一个或另一部分高压液氧罐1用于对高温区域进行冷却；或者，保护舱在蜂窝状铝合金17-1和泡沫塑料17-2的基础上进一步增加具有其他功能的层状结构，等等。由于可能实现的方式较多，这里就不再一一举例说明。

除了上述基于相变吸热的冷却兼氧气供应系统，本发明还提供一种真空管道磁悬浮列车，包括车体4和设于所述车体的设备舱，所述设备舱设有冷却系统，所述冷却系统为上文所描述的基于相变吸热的冷却兼氧气供应系统，有关真空管道磁悬浮列车的其余结构，请参考现有技术，本文不再赘述。

以上对本发明所提供的基于相变吸热的冷却兼氧气供应系统及真空管道磁悬浮列车进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。