本發(fā)明涉及空調(diào)制冷技術(shù)領(lǐng)域，特別是利用鐵軌振動(dòng)及摩擦能量的熱泵系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

對(duì)于火車及城鐵等軌道交通來(lái)說(shuō)，在正常行駛過(guò)程中，車輪與鐵軌之間的摩擦能產(chǎn)生大量的熱量，這些熱量會(huì)導(dǎo)致軌道及路基較大的溫升，從而使軌道材料軟化，降低輪軌之間的粘著，加劇輪軌的磨損。同時(shí)，軌道溫升會(huì)產(chǎn)生巨大的熱應(yīng)力，造成輪軌表面產(chǎn)生裂紋，造成輪軌的表面損傷。此外在一些特殊區(qū)域鋪設(shè)鐵路時(shí)，需要著重考慮路基溫升的問(wèn)題，例如在我國(guó)的青藏高原鋪設(shè)鐵路時(shí)，需要在鐵軌旁設(shè)置金屬棒散熱，以保證凍土層溫度不變，路基不會(huì)因?yàn)閮鐾翆尤诨鲁痢?/p>

此外，火車及城鐵在行駛過(guò)程中無(wú)時(shí)無(wú)刻不在產(chǎn)生振動(dòng)，而目前已有越來(lái)越多的振動(dòng)發(fā)電的應(yīng)用實(shí)例，通過(guò)在路基下鋪設(shè)壓電材料，利用電磁感應(yīng)的原理，將振動(dòng)產(chǎn)生的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，可以驅(qū)動(dòng)各種負(fù)載或儲(chǔ)存在蓄電設(shè)備中。這種新的能源形式在現(xiàn)實(shí)生活中無(wú)處不在，可謂取之不盡。但是如何將此種新的能源形式用于空調(diào)熱泵系統(tǒng)，現(xiàn)有技術(shù)中均未見(jiàn)報(bào)導(dǎo)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的空白，本發(fā)明的目的是提供一種利用鐵軌振動(dòng)及摩擦能量的熱泵系統(tǒng)。它可以將火車及城鐵等軌道交通的鐵軌在車輛行駛過(guò)程中出現(xiàn)的振動(dòng)及摩擦產(chǎn)生的能量加以利用，既能減少能源損失又能減少熱效應(yīng)對(duì)輪軌的影響，提供了一種新的能量來(lái)源，達(dá)到節(jié)能的目的。

為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明的技術(shù)方案以如下方式實(shí)現(xiàn)：

一種利用鐵軌振動(dòng)及摩擦能量的熱泵系統(tǒng)，它包括空調(diào)主機(jī)、軌道系統(tǒng)、電力變換裝置、儲(chǔ)能系統(tǒng)與電網(wǎng)。空調(diào)主機(jī)包括依次連接的壓縮機(jī)、冷凝器、節(jié)流裝置和蒸發(fā)器，軌道系統(tǒng)包括鐵軌和置于鐵軌下方的壓電裝置，電網(wǎng)連接到壓縮機(jī)。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是，軌道系統(tǒng)中的壓電裝置與電力變換裝置和儲(chǔ)能裝置依次連接，所述電力變換裝置與儲(chǔ)能裝置分別與空調(diào)主機(jī)內(nèi)的壓縮機(jī)相連接。所述鐵軌內(nèi)部設(shè)有空腔，空腔內(nèi)裝有載熱介質(zhì)，鐵軌上每隔一定距離設(shè)置有間隙開(kāi)口與管道，并通過(guò)管道將鐵軌內(nèi)流動(dòng)的載熱介質(zhì)送入蒸發(fā)器中。

本發(fā)明由于采用了上述結(jié)構(gòu)，可以充分利用火車與城鐵等軌道交通在車輛行駛過(guò)程中產(chǎn)生的摩擦熱量與振動(dòng)機(jī)械能，既能減少能源的損失又能減少輪軌因?yàn)槟Σ辽鸁岙a(chǎn)生的磨損與熱應(yīng)力，同時(shí)為空調(diào)系統(tǒng)提供需要的熱量與電能，將損失的能源撿回來(lái)，達(dá)到節(jié)約能源的目的。

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明中鐵軌橫截面示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例中的能量轉(zhuǎn)換關(guān)系圖。

具體實(shí)施方式

參看圖1和圖2，本發(fā)明利用鐵軌振動(dòng)及摩擦能量的熱泵系統(tǒng)包括空調(diào)主機(jī)4、軌道系統(tǒng)1、電力變換裝置2、儲(chǔ)能裝置3和電網(wǎng)5?？照{(diào)主機(jī)4包括依次連接的壓縮機(jī)4.2、冷凝器4.3、節(jié)流裝置4.4和蒸發(fā)器4.1，軌道系統(tǒng)1包括鐵軌1.1和置于鐵軌1.1下方的壓電裝置1.2，電網(wǎng)5連接到壓縮機(jī)4.2。壓電裝置1.2與電力變換裝置2、儲(chǔ)能裝置3依次連接，電力變換裝置2和儲(chǔ)能裝置3分別與空調(diào)主機(jī)4內(nèi)的壓縮機(jī)4.2相連接。鐵軌1.1內(nèi)部設(shè)有空腔6，空腔6內(nèi)裝有載熱介質(zhì)，鐵軌1.1上每隔一定距離設(shè)置有間隙開(kāi)口與管道，并通過(guò)管道將鐵軌1.1內(nèi)流動(dòng)的載熱介質(zhì)送入蒸發(fā)器中。

本發(fā)明空調(diào)主機(jī)工作時(shí)，蒸發(fā)器4.1將從鐵軌1.1中流動(dòng)的載熱介質(zhì)中吸取熱量使得制冷劑由低溫低壓濕蒸氣變?yōu)榈蜏氐蛪猴柡驼魵?，?jīng)壓縮機(jī)4.2壓縮為高溫高壓的制冷劑蒸氣后進(jìn)入冷凝器4.3，在冷凝器4.3里制冷劑凝結(jié)放熱給需要供熱的空間，制冷劑成為常溫高壓液體，后經(jīng)節(jié)流裝置4.4節(jié)流成為低溫低壓濕蒸氣，進(jìn)入蒸發(fā)器4.1繼續(xù)從載熱介質(zhì)中吸取熱量。通過(guò)上述循環(huán)，空調(diào)主機(jī)可將低品質(zhì)熱能“泵送”為高品質(zhì)熱能，并為人們所利用。

參看圖3，根據(jù)能量守恒原理，忽略其他能量損耗，則有下列關(guān)系式：

Q₁＋W＝Q₂

其中，Q₁來(lái)自于鐵軌1.1摩擦生熱傳遞的熱量，W來(lái)自于鐵軌1.1振動(dòng)經(jīng)過(guò)壓電裝置1.2轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的電量，Q₂為冷凝器4.3釋放到需要供熱空間的熱量。從而可知，本發(fā)明系統(tǒng)充分利用了本會(huì)耗散至大氣中的熱量與機(jī)械能，可謂之近似零能耗的熱泵系統(tǒng)。

本發(fā)明鐵軌1.1中流動(dòng)的載熱介質(zhì)，被火車或城鐵在行駛過(guò)程中產(chǎn)生的摩擦熱加熱，攜帶走會(huì)對(duì)輪軌造成損害的熱量，確保輪軌及路基的溫度維持在正常范圍內(nèi)。鐵軌1.1下方鋪設(shè)的壓電裝置1.2，利用壓電材料的正壓電特性，將火車或城鐵行駛帶來(lái)的振動(dòng)轉(zhuǎn)化為電能，并通過(guò)線路輸送到電力變換裝置2。電力變換裝置2將接收到的低壓電轉(zhuǎn)變?yōu)槟軌虮粔嚎s機(jī)4.2直接利用的高壓電，或者轉(zhuǎn)變?yōu)槟鼙粌?chǔ)能裝置3儲(chǔ)存的高壓電。儲(chǔ)能設(shè)備3在壓電裝置1.2產(chǎn)生的電量充足時(shí)儲(chǔ)存電能，而在壓電裝置1.2產(chǎn)生的電量不充足時(shí)向壓縮機(jī)4.2供電。如果電力變換裝置2與儲(chǔ)能裝置3均不能滿足壓縮機(jī)4.2運(yùn)行需求時(shí)，由電網(wǎng)5為壓縮機(jī)4.2提供電能。

本發(fā)明中空調(diào)主機(jī)4的冷凝器4.3不限定為水-制冷劑換熱器，可以為其他流體介質(zhì)與制冷劑換熱的換熱器，比如空氣-制冷劑換熱器等。鐵軌1.1內(nèi)流通的載熱介質(zhì)不限定為水，可以是其它易于換熱且對(duì)鐵軌1.1沒(méi)有腐蝕作用的流體介質(zhì)。鐵軌1.1的橫截面不限制為圖3中所示的矩形，其可以為滿足鐵軌1.1強(qiáng)度要求的任何形狀。同時(shí)，鐵軌1.1上每隔一定距離設(shè)置的開(kāi)口位置只要不影響軌道交通的正常行駛均可以設(shè)置。