本发明属于真空管道高速磁悬浮技术领域，更具体地，涉及一种真空管道高速磁悬浮列车热交换系统。
背景技术：
真空管道高速磁悬浮是一种新兴的技术，尚未得到工程应用，处于技术研发状态，因此有很多技术尚待解决。现有高速磁悬浮列车行驶过程，通过与周边大气的对流换热实现车体发热量的冷却以及列车环境保持系统(主要是空调系统)的热交换。对于真空管道高速磁悬浮列车，由于行驶在近真空环境中，对流换热效果大大降低，对导致列车热交换能力下降，影响行车安全。
针对这一现状，提供一种真空管道高速磁悬浮列车热交换系统，通过进行车体热交换系统设计，获得接近常压环境的热交换机理，为列车动力设备散热提供冷源，为空调系统制冷或制热提供冷源或热源，保证行车安全。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种真空管道高速磁悬浮列车热交换系统，设计列车内部经过发热构件的通风路径，通过空气压缩泵实现真空管道内残余的空气的压缩，再利用涡流管束将压缩空气转换为冷空气和热空气，通过对流换热带走发热构件产生的热量，控制发热构件的表面温度在安全范围以内，或者对涡流管束产生的热空气加以利用，在冬季为列车的空调系统提供热源。
按照本发明的目的，提供了一种真空管道磁悬浮列车热交换系统，所述热交换系统用于利用真空管道内残余的空气产生列车动力设备散热和空调制冷时冷凝器散热所需的冷空气，或者所述热交换系统用于利用真空管道内残余的空气产生列车动力设备散热所需的冷空气和空调制热时蒸发器吸热所需的热空气；所述真空管道用于为行驶在轨道上的磁悬浮列车提供近真空的运行环境；
所述热交换系统包括导流侧壁、空气压缩泵、第一涡流管束、第二涡流管束、四通换向阀、第一空气通道、第二空气通道、进气均流孔板和排气均流孔板；
所述导流侧壁尾端与空气压缩泵连接，所述导流侧壁用于收集真空管道内的残余空气，所述空气压缩泵用于将导流侧壁收集的空气进行压缩；
所述第一涡流管束用于将通过第一涡流管束阀门输入的压缩空气转换成冷空气和热空气，所述第一涡流管束转换得到的冷空气和热空气分别输入第一集气箱和第二集气箱中；所述第二涡流管束用于将通过第二涡流管束阀门输入的压缩空气转换成热空气和冷空气，所述第二涡流管束转换得到的热空气和冷空气分别输入第三集气箱和第四集气箱中；
所述四通换向阀同时与第一集气箱、第二集气箱、第一空气通道和第一排气口通过空气管路连接，所述四通换向阀用于控制第一集气箱和第二集气箱中的气体的排出方向；所述第三集气箱与第二空气通道通过空气管路连接，所述第四集气箱与第二排气口通过空气管路连接；所述进气均流孔板用于将第一空气通道中的气体均匀地输入空调换热机房中以冷却冷凝器或加热蒸发器，且用于将第二空气通道中的冷空气均匀地输入动力设备间以加强放热设备的散热；所述排气均流孔板用于将空调换热机房和动力设备间中的气体通过第三排气口排出。
优选地，还包括第一温度传感器，所述第一温度传感器位于空调换热机房中，用于测量空调换热机房的空气温度，所述第一涡流管束阀门的开度通过空调换热机房的空气温度高低控制。
优选地，还包括第二温度传感器，所述第二温度传感器位于动力设备间中，用于测量动力设备间的空气温度，所述第二涡流管束阀门的开度通过动力设备间的空气温度高低控制。
优选地，还包括压力传感器、第四排气口和排气阀门，所述压力传感器位于收集空气压缩泵输出的压缩空气的腔室内，用于测量所述腔室内的空气压力；所述第四排气口位于所述腔室的内壁上，所述排气阀门用于控制第四排气口的开度，所述排气阀门的开度通过腔室内空气压力的大小控制。
优选地，所述第四排气口对称分布在所述腔室的两侧。
优选地，所述第一排气口和第二排气口对称分布。
优选地，还包括锥形尾翼，所述第三排气口对称地位于锥形尾翼上。
优选地，所述第一涡流管束和第二涡流管束分别为10-30个涡流管并行排列。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：
(1)本发明一种真空管道高速磁悬浮列车热交换系统，在夏季时，第一涡流管束和第二涡流管束产生的冷空气分别用以冷却空调换热机房中的冷凝器和动力设备间的放热设备；第一涡流管束和第二涡流管束产生的热空气则分别通过第一排气口和第二排气口排至真空管道内；在冬季时，通过转换四通换向阀，使第一涡流管束产生的热空气进入空调换热机房，为机房内的蒸发器加热，以给列车供暖，第一涡流管束产生的冷空气则排至真空管道内，第二涡流管束在冬季时与在夏季时的工况相同。
(2)本发明既满足真空管道高速磁浮列车散热要求，又可以通过主动的压缩残余空气降低列车迎风面的风阻，同时列车侧方和尾翼的排气口可保证空气压力平衡，避免列车运行过程的气体动力不均。
(3)本发明一种真空管道高速磁悬浮列车热交换系统，通过在车体设置冷空气(热空气)产生和传输通道，并通过设置各区域合理的压力控制值，最终保证车体各发热构件的充分冷却，同时排风又会在列车尾部形成很好的尾流，不对行车尾翼产生额外阻力。
(4)本发明所述涡流管产生的冷空气或热空气，在空气管路传输和动力设备室、空调热交换室的对流换热所需的动力，由冷空气与真空管道内的压差提供，无需额外提供动力。
(5)本发明所述热交换系统的均流孔板，用于对传输气流进行均流和降压，满足动力设备室和空调热交换室换热的设计参数要求，同时降低由车体排至真空管道的空气对列车运行稳定性造成干扰。
附图说明
图1是本发明一种真空管道高速磁悬浮列车热交换系统结构示意图。
图2是本发明一种真空管道高速磁悬浮列车热交换系统的侧视图。
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-导流侧壁，2-空气压缩泵，3-第一涡流管束，4-第二涡流管束，5-四通换向阀，6-第一空气通道，7-第二空气通道，8-进气均流孔板，9-排气均流孔板，10-第一涡流管束阀门，11-第一集气箱，12-第二集气箱，13-第二涡流管束阀门，14-第三集气箱，15-第四集气箱，16-第一排气口，17-第二排气口，18-第三排气口，19-第一温度传感器，20-第二温度传感器，21-压力传感器，22-第四排气口，23-排气阀门，24-锥形尾翼。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图2及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
实施例1
一种真空管道磁悬浮列车热交换系统，所述热交换系统用于利用真空管道内残余的空气产生列车动力设备散热和空调制冷时冷凝器散热所需的冷空气，或者所述热交换系统用于利用真空管道内残余的空气产生列车动力设备散热所需的冷空气和空调制热时蒸发器吸热所需的热空气；所述真空管道用于为行驶在轨道上的磁悬浮列车提供近真空的运行环境；
所述热交换系统包括导流侧壁1、空气压缩泵2、第一涡流管束3、第二涡流管束4、四通换向阀5、第一空气通道6、第二空气通道7、进气均流孔板8和排气均流孔板9；
所述导流侧壁1尾端与空气压缩泵2连接，所述导流侧壁1用于收集真空管道内的残余空气，所述空气压缩泵2用于将导流侧壁1收集的空气进行压缩；
所述第一涡流管束3用于将通过第一涡流管束阀门10输入的压缩空气转换成冷空气和热空气，所述第一涡流管束3转换得到的冷空气和热空气分别输入第一集气箱11和第二集气箱12中；所述第二涡流管束4用于将通过第二涡流管束阀门13输入的压缩空气转换成热空气和冷空气，所述第二涡流管束4转换得到的热空气和冷空气分别输入第三集气箱14和第四集气箱15中；
所述四通换向阀5同时与第一集气箱11、第二集气箱12、第一空气通道6和第一排气口16通过空气管路连接，所述四通换向阀5用于控制第一集气箱11和第二集气箱12中的气体的排出方向；所述第三集气箱14与第二空气通道7通过空气管路连接，所述第四集气箱15与第二排气口17通过空气管路连接；所述进气均流孔板8用于将第一空气通道6中的气体均匀地输入空调换热机房中以冷却冷凝器或加热蒸发器，且用于将第二空气通道7中的冷空气均匀地输入动力设备间以加强放热设备的散热；所述排气均流孔板9用于将空调换热机房和动力设备间中的气体通过第三排气口18排出。
实施例2
一种真空管道磁悬浮列车热交换系统，所述热交换系统用于利用真空管道内残余的空气产生列车动力设备散热和空调制冷时冷凝器散热所需的冷空气，或者所述热交换系统用于利用真空管道内残余的空气产生列车动力设备散热所需的冷空气和空调制热时蒸发器吸热所需的热空气；所述真空管道用于为行驶在轨道上的磁悬浮列车提供近真空的运行环境；
所述热交换系统包括导流侧壁1、空气压缩泵2、第一涡流管束3、第二涡流管束4、四通换向阀5、第一空气通道6、第二空气通道7、进气均流孔板8和排气均流孔板9；
所述导流侧壁1尾端与空气压缩泵2连接，所述导流侧壁1用于收集真空管道内的残余空气，所述空气压缩泵2用于将导流侧壁1收集的空气进行压缩；
所述第一涡流管束3用于将通过第一涡流管束阀门10输入的压缩空气转换成冷空气和热空气，所述第一涡流管束3转换得到的冷空气和热空气分别输入第一集气箱11和第二集气箱12中；所述第二涡流管束4用于将通过第二涡流管束阀门13输入的压缩空气转换成热空气和冷空气，所述第二涡流管束4转换得到的热空气和冷空气分别输入第三集气箱14和第四集气箱15中；
所述四通换向阀5同时与第一集气箱11、第二集气箱12、第一空气通道6和第一排气口16通过空气管路连接，所述四通换向阀5用于控制第一集气箱11和第二集气箱12中的气体的排出方向；所述第三集气箱14与第二空气通道7通过空气管路连接，所述第四集气箱15与第二排气口17通过空气管路连接；所述进气均流孔板8用于将第一空气通道6中的气体均匀地输入空调换热机房中以冷却冷凝器或加热蒸发器，且用于将第二空气通道7中的冷空气均匀地输入动力设备间以加强放热设备的散热；所述排气均流孔板9用于将空调换热机房和动力设备间中的气体通过第三排气口18排出。
本发明还包括第一温度传感器19，所述第一温度传感器19位于空调换热机房中，用于测量空调换热机房的空气温度，所述第一涡流管束阀门10的开度通过空调换热机房的空气温度高低控制。
本发明还包括第二温度传感器20，所述第二温度传感器20位于动力设备间中，用于测量动力设备间的空气温度，所述第二涡流管束阀门13的开度通过动力设备间的空气温度高低控制。
实施例3
一种真空管道磁悬浮列车热交换系统，所述热交换系统用于利用真空管道内残余的空气产生列车动力设备散热和空调制冷时冷凝器散热所需的冷空气，或者所述热交换系统用于利用真空管道内残余的空气产生列车动力设备散热所需的冷空气和空调制热时蒸发器吸热所需的热空气；所述真空管道用于为行驶在轨道上的磁悬浮列车提供近真空的运行环境；
所述热交换系统包括导流侧壁1、空气压缩泵2、第一涡流管束3、第二涡流管束4、四通换向阀5、第一空气通道6、第二空气通道7、进气均流孔板8和排气均流孔板9；
所述导流侧壁1尾端与空气压缩泵2连接，所述导流侧壁1用于收集真空管道内的残余空气，所述空气压缩泵2用于将导流侧壁1收集的空气进行压缩；
所述第一涡流管束3用于将通过第一涡流管束阀门10输入的压缩空气转换成冷空气和热空气，所述第一涡流管束3转换得到的冷空气和热空气分别输入第一集气箱11和第二集气箱12中；所述第二涡流管束4用于将通过第二涡流管束阀门13输入的压缩空气转换成热空气和冷空气，所述第二涡流管束4转换得到的热空气和冷空气分别输入第三集气箱14和第四集气箱15中；
所述四通换向阀5同时与第一集气箱11、第二集气箱12、第一空气通道6和第一排气口16通过空气管路连接，所述四通换向阀5用于控制第一集气箱11和第二集气箱12中的气体的排出方向；所述第三集气箱14与第二空气通道7通过空气管路连接，所述第四集气箱15与第二排气口17通过空气管路连接；所述进气均流孔板8用于将第一空气通道6中的气体均匀地输入空调换热机房中以冷却冷凝器或加热蒸发器，且用于将第二空气通道7中的冷空气均匀地输入动力设备间以加强放热设备的散热；所述排气均流孔板9用于将空调换热机房和动力设备间中的气体通过第三排气口18排出。
本发明还包括第一温度传感器19，所述第一温度传感器19位于空调换热机房中，用于测量空调换热机房的空气温度，所述第一涡流管束阀门10的开度通过空调换热机房的空气温度高低控制。
本发明还包括第二温度传感器20，所述第二温度传感器20位于动力设备间中，用于测量动力设备间的空气温度，所述第二涡流管束阀门13的开度通过动力设备间的空气温度高低控制。
本发明还包括压力传感器21、第四排气口22和排气阀门23，所述压力传感器21位于收集空气压缩泵2输出的压缩空气的腔室内，用于测量所述腔室内的空气压力；所述第四排气口22位于所述腔室的内壁上，所述排气阀门23用于控制第四排气口22的开度，所述排气阀门23的开度通过腔室内空气压力的大小控制。
实施例4
一种真空管道磁悬浮列车热交换系统，所述热交换系统用于利用真空管道内残余的空气产生列车动力设备散热和空调制冷时冷凝器散热所需的冷空气，或者所述热交换系统用于利用真空管道内残余的空气产生列车动力设备散热所需的冷空气和空调制热时蒸发器吸热所需的热空气；所述真空管道用于为行驶在轨道上的磁悬浮列车提供近真空的运行环境；
所述热交换系统包括导流侧壁1、空气压缩泵2、第一涡流管束3、第二涡流管束4、四通换向阀5、第一空气通道6、第二空气通道7、进气均流孔板8和排气均流孔板9；
所述导流侧壁1尾端与空气压缩泵2连接，所述导流侧壁1用于收集真空管道内的残余空气，所述空气压缩泵2用于将导流侧壁1收集的空气进行压缩；
所述第一涡流管束3用于将通过第一涡流管束阀门10输入的压缩空气转换成冷空气和热空气，所述第一涡流管束3转换得到的冷空气和热空气分别输入第一集气箱11和第二集气箱12中；所述第二涡流管束4用于将通过第二涡流管束阀门13输入的压缩空气转换成热空气和冷空气，所述第二涡流管束4转换得到的热空气和冷空气分别输入第三集气箱14和第四集气箱15中；
所述四通换向阀5同时与第一集气箱11、第二集气箱12、第一空气通道6和第一排气口16通过空气管路连接，所述四通换向阀5用于控制第一集气箱11和第二集气箱12中的气体的排出方向；所述第三集气箱14与第二空气通道7通过空气管路连接，所述第四集气箱15与第二排气口17通过空气管路连接；所述进气均流孔板8用于将第一空气通道6中的气体均匀地输入空调换热机房中以冷却冷凝器或加热蒸发器，且用于将第二空气通道7中的冷空气均匀地输入动力设备间以加强放热设备的散热；所述排气均流孔板9用于将空调换热机房和动力设备间中的气体通过第三排气口18排出。
本发明还包括第一温度传感器19，所述第一温度传感器19位于空调换热机房中，用于测量空调换热机房的空气温度，所述第一涡流管束阀门10的开度通过空调换热机房的空气温度高低控制。
本发明还包括第二温度传感器20，所述第二温度传感器20位于动力设备间中，用于测量动力设备间的空气温度，所述第二涡流管束阀门13的开度通过动力设备间的空气温度高低控制。
本发明还包括压力传感器21、第四排气口22和排气阀门23，所述压力传感器21位于收集空气压缩泵2输出的压缩空气的腔室内，用于测量所述腔室内的空气压力；所述第四排气口22位于所述腔室的内壁上，所述排气阀门23用于控制第四排气口22的开度，所述排气阀门23的开度通过腔室内空气压力的大小控制。
所述第四排气口22对称分布在所述腔室的两侧，所述第一排气口16和第二排气口17对称分布。保证空气压力平衡，避免列车运行过程的气体动力不均。
本发明还包括锥形尾翼24，所述第三排气口18对称地位于锥形尾翼24上，使排风在列车尾部行程很好的尾流，不对行车尾翼产生额外阻力。
所述第一涡流管束3和第二涡流管束4分别为10个涡流管并行排列。
实施例5
常规磁悬浮列车前端的采用流线型的子弹头造型设计，其目的是优化列车头部的空气动力学性能，降低空气阻力、压力波、噪声等，提高运行速度；本发明中的真空管道高速磁悬浮列车头部则采用内凹型设计，这是由于真空管道内空气稀薄，空气阻力和压力波很小，而噪声在真空管道内也传输困难，因此空气阻力和噪声不是影响列车运行的主要问题，影响列车运行的主要问题是车体自身产生的热量如何散发到真空管道内。
常规列车散热主要依靠列车行驶过程，散热构件与周围环境大气接触，通过空气对流带走列车散发出来的热量，而真空管道内空气稀薄，近真空状态，此时对流换热机理被大大弱化，导致列车散热构件的热量无法有效排至真空管道内，因此需要采取强化措施，人为构件对流换热环境，带走列车散热构件产生的热量。
本发明一种真空管道高速磁悬浮列车热交换系统，工作时，导流侧壁1收集真空管道内的残余空气，空气压缩泵2将导流侧壁1收集的空气进行压缩，形成压缩空气，压缩空气通过第一涡流管束阀门10和第二涡流管束阀门13传输至第一涡流管束3和第二涡流管束4。第一涡流管束3将压缩空气转化成冷空气和热空气，并通过管路分别收集在第一集气箱11和第二集气箱12，第二涡流管束4将压缩空气转化成冷空气和热空气，并分别收集在第三集气箱14和第四集气箱15中。
夏季时，第一集气箱11和第三集气箱14中的冷空气分别输送至第一空气通道6和第二空气通道7，然后通过进气均流孔板8冷却空调换热机房中的冷凝器和动力设备间的放热设备；第二集气箱12和第四集气箱15中的热空气分别通过第一排气口16和第二排气口17排至真空管道内。
冬季时，通过转换四通换向阀5，使第二集气箱12中的热空气输送至第一空气通道6，然后通过进气均流孔板8为空调换热机房中的蒸发器提供热源，给磁悬浮列车供暖；第一集气箱11中的冷空气则通过第一排气口16排至真空管道内。第三集气箱14和第四集气箱15中的气流方向与夏季时保持一致，即：第三集气箱14中的冷空气输送至第二空气通道7，然后通过进气均流孔板8冷却动力设备间的放热设备；第四集气箱15中的热空气分别通过第二排气口17排至真空管道内。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
技术特征：
1.一种真空管道磁悬浮列车热交换系统，其特征在于，所述热交换系统用于利用真空管道内残余的空气产生列车动力设备散热和空调制冷时冷凝器散热所需的冷空气，或者所述热交换系统用于利用真空管道内残余的空气产生列车动力设备散热所需的冷空气和空调制热时蒸发器吸热所需的热空气；所述真空管道用于为行驶在轨道上的磁悬浮列车提供近真空的运行环境；
所述热交换系统包括导流侧壁(1)、空气压缩泵(2)、第一涡流管束(3)、第二涡流管束(4)、四通换向阀(5)、第一空气通道(6)、第二空气通道(7)、进气均流孔板(8)和排气均流孔板(9)；
所述导流侧壁(1)尾端与空气压缩泵(2)连接，所述导流侧壁(1)用于收集真空管道内的残余空气，所述空气压缩泵(2)用于将导流侧壁(1)收集的空气进行压缩；
所述第一涡流管束(3)用于将通过第一涡流管束阀门(10)输入的压缩空气转换成冷空气和热空气，所述第一涡流管束(3)转换得到的冷空气和热空气分别输入第一集气箱(11)和第二集气箱(12)中；所述第二涡流管束(4)用于将通过第二涡流管束阀门(13)输入的压缩空气转换成热空气和冷空气，所述第二涡流管束(4)转换得到的热空气和冷空气分别输入第三集气箱(14)和第四集气箱(15)中；
所述四通换向阀(5)同时与第一集气箱(11)、第二集气箱(12)、第一空气通道(6)和第一排气口(16)通过空气管路连接，所述四通换向阀(5)用于控制第一集气箱(11)和第二集气箱(12)中的气体的排出方向；所述第三集气箱(14)与第二空气通道(7)通过空气管路连接，所述第四集气箱(15)与第二排气口(17)通过空气管路连接；所述进气均流孔板(8)用于将第一空气通道(6)中的气体均匀地输入空调换热机房中以冷却冷凝器或加热蒸发器，且用于将第二空气通道(7)中的冷空气均匀地输入动力设备间以加强放热设备的散热；所述排气均流孔板(9)用于将空调换热机房和动力设备间中的气体通过第三排气口(18)排出。
2.如权利要求1所述的真空管道磁悬浮列车热交换系统，其特征在于，还包括第一温度传感器(19)，所述第一温度传感器(19)位于空调换热机房中，用于测量空调换热机房的空气温度，所述第一涡流管束阀门(10)的开度通过空调换热机房的空气温度高低控制。
3.如权利要求1所述的真空管道磁悬浮列车热交换系统，其特征在于，还包括第二温度传感器(20)，所述第二温度传感器(20)位于动力设备间中，用于测量动力设备间的空气温度，所述第二涡流管束阀门(13)的开度通过动力设备间的空气温度高低控制。
4.如权利要求1所述的真空管道磁悬浮列车热交换系统，其特征在于，还包括压力传感器(21)、第四排气口(22)和排气阀门(23)，所述压力传感器(21)位于收集空气压缩泵(2)输出的压缩空气的腔室内，用于测量所述腔室内的空气压力；所述第四排气口(22)位于所述腔室的内壁上，所述排气阀门(23)用于控制第四排气口(22)的开度，所述排气阀门(23)的开度通过腔室内空气压力的大小控制。
5.如权利要求4所述的真空管道磁悬浮列车热交换系统，其特征在于，所述第四排气口(22)对称分布在所述腔室的两侧。
6.如权利要求1所述的真空管道磁悬浮列车热交换系统，其特征在于，所述第一排气口(16)和第二排气口(17)对称分布。
7.如权利要求1所述的真空管道磁悬浮列车热交换系统，其特征在于，还包括锥形尾翼(24)，所述第三排气口(18)对称地位于锥形尾翼(24)上。
8.如权利要求1所述的真空管道磁悬浮列车热交换系统，其特征在于，所述第一涡流管束(3)和第二涡流管束(4)分别为10-30个涡流管并行排列。
技术总结
本发明公开了一种真空管道高速磁悬浮列车热交换系统，属于真空管道高速磁悬浮技术领域。包括导流侧壁、空气压缩泵、第一涡流管束、第二涡流管束、四通换向阀、第一空气通道、第二空气通道、进气均流孔板和排气均流孔板；第一涡流管束用于将压缩空气转换成冷空气和热空气，得到的冷空气或热空气进入空调换热机房以冷却冷凝器或加热蒸发器，第二涡流管束用于将压缩空气转换成热空气和冷空气，得到的冷空气进入动力设备间以加强放热设备的散热。该发明既满足真空管道高速磁浮列车散热要求，又可以通过主动的压缩残余空气降低列车迎风面的风阻，同时列车侧方的排气口可保证空气压力平衡，避免列车运行过程的气体动力不均。
技术研发人员：于靖华;冷康鑫;赵金罡;杨清晨;杨颉;徐新华;王劲柏
受保护的技术使用者：华中科技大学
技术研发日：.05.30
技术公布日：.08.09
