Динамическая система воздушного охлаждения элементов электрического питания электробайка

Полезная модель относится к энергетическому машиностроению, предпочтительно к устройствам динамического воздушного охлаждения элементов электрического питания двухколесных транспортных средств.
Известна динамическая система воздушного охлаждения элементов электрического питания электробайка, содержащая герметичный корпус с закрытой полостью динамического охлаждения, с входным и выходным воздушными патрубками и с тангенциально расположенными на нем выходными окнами патрубков, сообщенными с закрытой полостью динамического охлаждения, в которой установлены элементы электрического питания, с теплоотводящими пластинами, установленными на корпусе и составляющими рубашку воздушного охлаждения закрытого типа, со средствами регулирования (см. Европейский патент ЕР 2168860 Bl Electric motorcycle, МПК В62М 7/12, заявитель HONDA MOTOR СО LTD, опубл. 19.01.2011).
Основным недостатком известной динамической системы воздушного охлаждения элементов электрического питания электробайка является, конструкция воздухозабора и выпускных отверстий в герметичном корпусе с закрытой полостью динамического охлаждения, в которой движение охлаждающего воздуха обеспечивается только за счет динамического напора набегающего воздуха во время движения электробайка. Что бывает недостаточно для режимов полной нагрузки и не самой максимальной скорости, например, при движении в гору. В связи с чем в конструкции системы предусмотрена возможность установки дополнительного вентилятора и совместная его работа с динамической системой для интенсификации теплообмена.
Известна динамическая система воздушного охлаждения элементов электрического питания электробайка, содержащая герметичный корпус с закрытой полостью динамического охлаждения, с входным и выходным воздушными патрубками и с тангенциально расположенными на нем выходными окнами патрубков, сообщенными с закрытой полостью динамического охлаждения, в которой установлены элементы электрического питания с теплоотводящими пластинами, установленными на корпусе и составляющими рубашку воздушного охлаждения закрытого типа, (см. патент США US 8973697 В2 Saddle type electric vehicle, МПК B60K 1/04, заявитель MATSUDA YOSHIMOTO, KAWASAKI JUKOGYO KABUSHIKI KAISHA, опубл. 19.01.2011).
Основным недостатком известной динамической системы воздушного охлаждения элементов электрического питания электробайка является, конструкция воздухозабора и выпускных отверстий в герметичном корпусе с закрытой полостью динамического охлаждения, в которой движение охлаждающего воздуха обеспечивается только за счет динамического напора набегающего воздуха во время движения электробайка. Что бывает недостаточно для режимов полной нагрузки и не самой максимальной скорости, например, при движении в гору. В связи с чем в конструкции системы предусмотрена установка дополнительного вентилятора для интенсификации теплообмена.
Известна динамическая система воздушного охлаждения элементов электрического питания электробайка, содержащая герметичный корпус с закрытой полостью динамического охлаждения, с входным и выходным воздушными патрубками и с расположенными на нем выходными окнами патрубков, сообщенными с закрытой полостью динамического охлаждения, в которой установлены элементы электрического питания с теплоотводящими пластинами, установленными на корпусе и составляющими рубашку воздушного охлаждения закрытого типа, (см. патент Европейского патентного ведомства ЕР 2639092 B1 MOUNTING STRUCTURE OF ELECTRICITY STORAGE DEVICES IN AN ELECTRIC VEHICLE, МПК B60K 11/06, заявитель KAWASAKI HEAVY IND LTD, KAWASAKI JUKOGYO KABUSHIKI KAISHA, опубл. 17.10.2018).
Основным недостатком известной динамической системы воздушного охлаждения элементов электрического питания электробайка является, конструкция воздухозабора и выпускных отверстий в герметичном корпусе с закрытой полостью динамического охлаждения, в которой движение охлаждающего воздуха обеспечивается только за счет динамического напора набегающего воздуха во время движения электробайка. Что бывает недостаточно для режимов полной нагрузки и не самой максимальной скорости, например, при движении в гору. В связи с чем в конструкции системы предусмотрена установка дополнительного вентилятора для интенсификации теплообмена.
Известна динамическая система воздушного охлаждения элементов электрического питания электробайка, содержащая герметичный корпус с закрытой полостью динамического охлаждения, с входным и выходным воздушными патрубками и с тангенциально расположенными на нем выходными окнами патрубков, сообщенными с закрытой полостью динамического охлаждения, в которой установлены элементы электрического питания с составляющими рубашку воздушного охлаждения закрытого типа, (см. патент США US 9278725 В2 Straddle electric vehicle, МПК B62K 11/04, заявитель MATSUDA YOSHIMOTO, KAWASAKI JUKOGYO KABUSHIKI KAISHA, опубл. 29.07.2014).
Основным недостатком известной динамической системы воздушного охлаждения элементов электрического питания электробайка является, конструкция воздухозабора и выпускных отверстий в герметичном корпусе с закрытой полостью динамического охлаждения, в которой движение охлаждающего воздуха обеспечивается только за счет динамического напора набегающего воздуха во время движения электробайка. Что бывает недостаточно для режимов полной нагрузки и не самой максимальной скорости, например, при движении в гору.
Известна динамическая система воздушного охлаждения элементов электрического питания электробайка, содержащая герметичный корпус с закрытой полостью динамического охлаждения, с входным и выходным воздушными патрубками и с тангенциально расположенными на нем выходными окнами патрубков, сообщенными с закрытой полостью динамического охлаждения, в которой установлены элементы электрического питания с теплоотводящими пластинами, установленными на корпусе и составляющими рубашку элементов питания воздушного охлаждения закрытого типа, (см. патент США US 9108527 В2 Cooling of electric storage units in a vehicle, МПК B60K 1/04, заявитель BAYERISCHE MOTOREN WERKE AKTIENGESELLSCHAFT, опубл. 29 07 2014).
Основным недостатком известной динамической системы воздушного охлаждения элементов электрического питания электробайка является, конструкция воздухозабора и выпускных отверстий в герметичном корпусе с закрытой полостью динамического охлаждения, в которой движение охлаждающего воздуха обеспечивается только за счет динамического напора набегающего воздуха во время движения электробайка, который лишь частично используется. Что бывает недостаточно для режимов полной нагрузки и не самой максимальной скорости, например, при движении в гору. В связи с чем в конструкции системы предусмотрена установка дополнительного вентилятора для интенсификации теплообмена. Эта динамическая система воздушного охлаждения элементов электрического питания электробайка является наиболее близкой по решаемой задаче и достигаемым техническим результатам и имеет наибольшее число совпадающих признаков с предлагаемой в полезной модели конструкцией, на основании этого мы принимаем ее в качестве прототипа.
Основным техническим результатом предлагаемой полезной модели является повышение эффективности работы динамической системы воздушного охлаждения элементов электрического питания электробайка на наиболее теплонапряженных режимах работы электрической силовой установки электробайка.
Технический результат достигается тем, что динамическая система воздушного охлаждения элементов электрического питания электробайка, содержащая герметичный корпус с закрытой полостью динамического охлаждения, с входным и выходным воздушными патрубками и с тангенциально расположенными на нем выходными окнами патрубков, сообщенными с закрытой полостью динамического охлаждения, в которой установлены элементы электрического питания с теплоотводящими пластинами, установленные на корпусе, и составляющими рубашку воздушного охлаждения элементов питания закрытого типа, отличающаяся тем, что система снабжена плоскостным эжектором со щелевым соплом Ловаля, аэродинамические поверхности которого расположены симметрично направляющей плоскости, при этом одна из аэродинамических поверхностей, выполнена на корпусе, а в ее наименьшем сечении выполнено тангенциально расположенное к ее поверхности выходное окно выходного воздушного патрубка полости воздушного динамического охлаждения закрытого типа, а вторая аэродинамическая поверхность плоскостного эжектора со щелевым соплом Ловаля выполнена симметрично направляющей плоскости и установлена с возможностью изменения ее положения относительно корпуса, и соответственно формы и относительных размеров проходного сечения щелевого сопла Ловаля.
Очевидно, что на режимах при отсутствии движения, например, при зарядке элементов электрического питания, необходим вентилятор принудительного охлаждения или другое средство отвода тепла, например, испарительного типа, работающее путем орошения теплоотводящих пластин элементов электрического питания легко испаряющейся жидкостью, такой как спирт или вода и конвективного отвода горячих паров из закрытой полости динамического охлаждения.
Плоскостной эжектор со щелевым соплом Ловаля позволяет повысить эффективность работы на всех самых энергетически напряженных скоростных режимах движения электробайка, начиная минимальной начальной разгонной скорости движения и кончая режимом максимальной мощности, при которых динамический напор набегающего воздуха недостаточен для прокачки его через закрытую полостью динамического охлаждения. Например, меняя конфигурацию и форму плоскостного эжектора и щелевого сопла Ловаля, и подбирая расчетным или опытным путем их оптимальные размеры и форму для каждого режима движения.
При этом излишнее аэродинамическое сопротивление при высокоскоростном движении электробайка можно уменьшить путем изменения площади поперечного сечения входного окна и плоскостного эжектора со щелевым соплом Ловаля, например, отклоняя входную поверхность входного патрубка и второй аэродинамической поверхности плоскостного эжектора со щелевым соплом Ловаля, путем уменьшения площади лобового сопротивления электробайка.
Вторая аэродинамическая поверхность плоскостного эжектора со щелевым соплом Ловаля, которая выполнена симметрично направляющей плоскости и установлена с возможностью изменения ее положения относительно корпуса, и соответственно формы и относительных размеров проходного сечения щелевого сопла Ловаля, позволяет расширить диапазон рабочих процессов охлаждения при динамическом движении электробайка. Так, например, при высокой скорости движения электробайка будет увеличиваться скоростной напор набегающего потока воздуха, что позволяет снизить площадь входного поперечного сечения сопла Ловаля при сохранении его напорно-эжектирующих свойств, достаточных для высококачественного тепло и массобмена в закрытой полости динамического охлаждения.
При снижении скорости отклонение от направляющей плоскости второй аэродинамической поверхности позволит сохранить напорно-эжектирующие свойства, достаточные для высококачественного тепло и массобмена в закрытой полости динамического охлаждения, путем более плавного изменения скорости входящего, набегающего потока воздуха и снизить таким образом потери на турбулизацию этого потока.
Конструкция и работа системы поясняется чертежами.
На Фиг. 1 показана конструкция элементов питания с теплоотводящими пластинами, установленных на корпусе, и составляющих рубашку воздушного охлаждения элементов питания закрытого типа.
На Фиг. 2 показана схематично динамическая система воздушного охлаждения элементов электрического питания электробайка.
На Фиг. 1 и 2 показаны элементы электрического питания с теплоотводящими пластинами и в целом динамическая система воздушного охлаждения элементов электрического питания электробайка, содержащая герметичный корпус 1 с закрытой полостью 2 динамического охлаждения, с входным 3 и выходным 4 воздушными патрубками и с тангенциально расположенными на нем соответственно входными 5 и выходными 6 окнами патрубков 3 и 4, сообщенными с закрытой полостью 2 динамического охлаждения, в которой установлены элементы 7 электрического питания с теплоотводящими пластинами 8, установленные на корпусе 1, и составляющими рубашку 9 воздушного охлаждения элементов 7 электрического питания закрытого типа, отличающаяся тем, что система снабжена плоскостным эжектором 10 со щелевым соплом 11 Ловаля, аэродинамические поверхности 12 и 13 которого расположены симметрично направляющей плоскости 14, при этом одна из аэродинамических поверхностей 12, выполнена на корпусе 1, а в ее наименьшем сечении выполнено тангенциально расположенное к ее поверхности выходное окно 6 выходного воздушного патрубка 4 полости 2 воздушного динамического охлаждения закрытого типа, а вторая аэродинамическая поверхность 13 плоскостного эжектора 10 со щелевым соплом 11 Ловаля выполнена симметричной относительно направляющей плоскости 14 и установлена с возможностью изменения ее положения относительно корпуса 1, и соответственно формы и относительных размеров проходного сечения щелевого сопла 11 Ловаля.
Очевидно, что элементы 7 электрического питания с теплоотводящими пластинами 8 могут быть разными, например, такими как аккумуляторы различного типоразмера и вида свинцовыми, щелочными, литий - ионными и т.д., топливными элементами или иными источниками электрического тока, например, солнечными, или их гибридными сочетаниями.
При работе динамической системы воздушного охлаждения элементов электрического питания электробайка технические результаты достигаются тем, что динамическая система воздушного охлаждения элементов электрического питания электробайка, содержит герметичный корпус 1 с закрытой полостью 2 динамического охлаждения, с входным 3 и выходным 4 воздушными патрубками и с тангенциально расположенными на нем соответственно входными 5 и выходными 6 окнами патрубков 3 и 4, сообщенными с закрытой полостью 2 динамического охлаждения, в которой установлены элементы 7 электрического питания, например, литий-ионные, с теплоотводящими пластинами 8, установленные на корпусе 1, и составляющими рубашку 9 воздушного охлаждения элементов 7 электрического питания закрытого типа, отличающаяся тем, что система снабжена плоскостным эжектором 10 со щелевым соплом 11 Ловаля, аэродинамические поверхности 12 и 13 которого расположены симметрично направляющей плоскости 14, при этом одна из аэродинамических поверхностей 12, выполнена на корпусе 1, а в ее наименьшем сечении выполнено тангенциально расположенное к ее поверхности выходное окно 6 выходного воздушного патрубка 4 полости 2 воздушного динамического охлаждения закрытого типа, а вторая аэродинамическая поверхность 13 плоскостного эжектора 10 со щелевым соплом 11 Ловаля выполнена симметричной относительно направляющей плоскости 14 и установлена с возможностью изменения ее положения относительно корпуса 1, и соответственно формы и относительных размеров проходного сечения щелевого сопла 11 Ловаля. Указанные части системы при движении электробайка взаимодействуют между собой и с окружающей средой следующим образом.
Очевидно, что на режимах работы системы при отсутствии движения электробайка, с которых обычно начинается его последующее движение, например, при зарядке его элементов электрического питания, необходим вентилятор принудительного охлаждения или другое средство отвода тепла, например, испарительного типа, работающее путем орошения теплоотводящих пластин элементов электрического питания легко испаряющейся жидкостью, такой как спирт или вода, и конвективного отвода горячих паров из закрытой полости динамического охлаждения.
При этом плоскостной эжектор 10 со щелевым соплом 11 Ловаля позволяет повысить эффективность работы системы на всех, в том числе, и на самых энергетически напряженных скоростных режимах движения электробайка, начиная с минимальной начальной разгонной скорости движения и кончая режимом максимальной мощности, при которых динамический напор набегающего воздуха недостаточен для прокачки его через закрытую полостью динамического охлаждения, как уже указывалось, например, при движении в гору. Например, меняя конфигурацию и форму плоскостного эжектора 10 и щелевого сопла 11 Ловаля, и подбирая расчетным или опытным путем их оптимальные размеры и форму для каждого режима движения, можно достигнуть высокой эффективности их работы.
При указанных режимах прокачки воздуха через герметичный корпус 1 и закрытую полость 2 динамического охлаждения только динамического напора набегающего воздуха будет недостаточно, и по этой причине заявитель дополнил систему воздушного охлаждения элементов 7 электрического питания электробайка плоскостным эжектором 10 со щелевым соплом 11 Ловаля, которые дополнительно создают условия от удаления горячего воздуха из закрытой полости динамического охлаждения путем его динамической эжекции. При этом следует отметить, что указанные явления могут быть усилены путем использования конвективного движения нагретого воздуха в закрытой полости 2 динамического охлаждения, вследствие размещения плоскостного эжектора 10 со щелевым соплом 11 Ловаля на верхней части корпуса 1, а входного воздушного патрубка 3 в нижней его части. Но при этом усложняется эксплуатация системы, так как придется защищать ее составляющие от попадания в полость 2 динамического охлаждения пыли, грязи и воды с поверхности дороги.
При этом излишнее аэродинамическое сопротивление при высокоскоростном движении электробайка можно уменьшить путем изменения площади поперечного сечения входного окна 5 и плоскостного эжектора со щелевым соплом Ловаля, например, отклоняя входную поверхность входного патрубка и второй аэродинамической поверхности 13 плоскостного эжектора 10 со щелевым соплом 11 Ловаля, путем уменьшения площади лобового сопротивления электробайка.
Вторая аэродинамическая поверхность плоскостного эжектора 10 со щелевым соплом 11 Ловаля, которая выполнена симметрично первой аэродинамической поверхности 12 относительно направляющей плоскости 14 и установлена с возможностью изменения ее положения относительно корпуса 1, и соответственно формы и относительных размеров проходного сечения щелевого сопла 11 Ловаля, позволяет расширить диапазон рабочих процессов охлаждения при динамическом движении электробайка. Так, например, при высокой скорости движения электробайка будет увеличиваться скоростной напор набегающего потока воздуха, что позволяет снизить площадь входного поперечного сечения сопла 11 Ловаля при сохранении его напорно-эжектирующих свойств, достаточных для высококачественного тепло и массобмена в закрытой полости 2 динамического охлаждения.
При снижении скорости отклонение от направляющей плоскости 14 второй аэродинамической поверхности 13 позволит сохранить напорно-эжектирующие свойства, достаточные для высококачественного тепло и массобмена в закрытой полости 2 динамического охлаждения, путем более плавного изменения скорости входящего, набегающего потока воздуха и снизить таким образом потери на турбулизацию этого потока.
На основании изложенного можно утверждать следующее:
В предложении задача решается техническими средствами, которые могут быть использованы в предложенном виде в народном хозяйстве, следовательно, предложение соответствует критерию охраноспособности полезной модели «промышленная применимость».
Предложение имеет отличия от известной конструкции, а при его использовании достигаются новые технические результаты, которые не могут быть получены при работе известной динамической системы воздушного охлаждения элементов электрического питания электробайка, следовательно, соответствует критерию охраноспособности полезной модели «новизна».