用于在危險(xiǎn)環(huán)境下使用原動機(jī)的外殼的制作方法
【專利摘要】一種適合于在危險(xiǎn)環(huán)境下使用的原動機(jī)組件。該原動機(jī)組件包括危險(xiǎn)適用外殼、布置在所述外殼內(nèi)的無危險(xiǎn)適用原動機(jī)和與所述原動機(jī)連通地穿過外殼延伸的接線嘴組件。所述接線嘴組件穿過所述外殼向所述原動機(jī)提供動力和儀表設(shè)備。
【專利說明】用于在危險(xiǎn)環(huán)境下使用原動機(jī)的外殼
[0001]本申請要求美國臨時專利申請序號N0.61/647，592的優(yōu)先權(quán)，該臨時專利申請的申請日為2012年5月16日，并且其全部內(nèi)容在此通過援引并入本文。

【背景技術(shù)】
[0002]本發(fā)明涉及在危險(xiǎn)環(huán)境下原動機(jī)的使用，并且更具體地涉及一種適用于在危險(xiǎn)環(huán)境下使用的原動機(jī)組件。
[0003]出于安全方面的考慮，在危險(xiǎn)環(huán)境例如地下采礦中，原動機(jī)(例如柴油機(jī)或電動機(jī))的使用被密切監(jiān)管，所述安全問題包括例如發(fā)動機(jī)排放、爆炸等。柴油動力設(shè)備在地下采礦中的使用自20世紀(jì)60年代以來穩(wěn)步增長。法規(guī)考慮關(guān)于在地下環(huán)境中操作柴油發(fā)動機(jī)的健康影響的潛在問題。因此，危險(xiǎn)適用原動機(jī)比無危險(xiǎn)適用同類產(chǎn)品昂貴的多。
[0004]為了可被用在危險(xiǎn)環(huán)境中，所有電氣元件(發(fā)動機(jī)控制模塊/發(fā)動機(jī)控制單元、燃料噴射器、傳感器等)必須是防爆的或本身安全的。另外，發(fā)動機(jī)的外部溫度不應(yīng)超過華氏302度。通常，為滿足這些局限性，制造商通過了大量措施來降低溫度并且經(jīng)常不得不顯著地降低發(fā)動機(jī)的輸出馬力。人們希望在危險(xiǎn)環(huán)境中能夠使用標(biāo)準(zhǔn)部件(例如無危險(xiǎn)適用部件)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]通過將諸如發(fā)動機(jī)的部件放置在冷卻外殼內(nèi)而不需要將保持排氣歧管、汽缸蓋和渦輪增壓器的溫度保持在華氏302度以下。相反，只有外殼和最終排氣裝置的外部溫度具有溫度限制。本文中所描述的實(shí)施方式涉及一種原動機(jī)組件，該原動機(jī)組件將無危險(xiǎn)適用原動機(jī)和其他部件用在危險(xiǎn)適用外殼中。通過這種結(jié)構(gòu)，成本更低的無危險(xiǎn)適用原動機(jī)可以在危險(xiǎn)的環(huán)境中安全地使用。
[0006]在示例性實(shí)施方式中，原動機(jī)組件適于在危險(xiǎn)的環(huán)境中使用。該原動機(jī)組件包括危險(xiǎn)適用外殼、設(shè)置在所述外殼中的無危險(xiǎn)適用原動機(jī)、以及與所述原動機(jī)連通地穿過所述外殼延伸的接線嘴組件。所述接線嘴組件穿過所述外殼向原動機(jī)提供動力和儀表。在一種配置中，所述外殼包括雙層壁式結(jié)構(gòu)。該組件還可以包括存在于由雙層壁式結(jié)構(gòu)限定的空間中的冷卻劑。所述外殼可以包括開口，該原動機(jī)的輸出軸穿過所述開口定位。所述輸出軸可由軸承支撐。
[0007]在一個實(shí)施方式中，所述原動機(jī)可以是電動機(jī)。在這種情況下，該電動機(jī)可以是液體冷卻電動機(jī)，其中所述外殼包括雙層壁式結(jié)構(gòu)。所述原動機(jī)組件還可以包括冷卻回路，所述冷卻回路引導(dǎo)冷卻劑通過所述電動機(jī)，并且通過由所述雙層壁式結(jié)構(gòu)限定的空間。所述冷卻回路可以包括外置的散熱器。
[0008]在另一個實(shí)施方式中，所述原動機(jī)可以是柴油發(fā)動機(jī)。在這種情況下，所述外殼可以包括雙層壁式結(jié)構(gòu)和位于由所述雙層壁式結(jié)構(gòu)所限定的空間內(nèi)的冷卻劑。所述組件還可以包括冷卻回路和使得冷卻劑循環(huán)的泵。所述冷卻回路可以還包括外置的散熱器。所述原動機(jī)組件可以還包括排氣回路和催化劑，其中所述排氣回路被構(gòu)造用于在發(fā)動機(jī)廢氣進(jìn)入所述外殼之前引導(dǎo)其通過所述催化劑。所述排氣系統(tǒng)包括歧管、渦輪增壓器和所述催化劑，所述排氣系統(tǒng)與所述發(fā)動機(jī)隔離開。阻火器也可以被設(shè)置在排氣系統(tǒng)中?？諝饣芈废虬l(fā)動機(jī)供應(yīng)空氣，并且所述空氣回路穿過空氣過濾器、穿過所述外殼、穿過所述阻火器將空氣抽吸至所述發(fā)動機(jī)。
[0009]在另一個示例性實(shí)施方式中，所述原動機(jī)組件包括:具有雙層壁式結(jié)構(gòu)的危險(xiǎn)適用外殼；無危險(xiǎn)適用原動機(jī)，該原動機(jī)包括電動機(jī)和柴油發(fā)動機(jī)中的一者；接線嘴組件，該接線嘴組件與所述原動機(jī)連通地延伸穿過所述外殼，其中所述接線嘴組件穿過所述外殼向所述原動機(jī)提供動力和儀表設(shè)備；和冷卻劑，所述冷卻劑在由所述雙層壁式結(jié)構(gòu)所限定的空間內(nèi)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]這些和其他方面和優(yōu)點(diǎn)將通過參照附圖來詳細(xì)描述，其中:
[0011]圖1為原動機(jī)組件的立體圖；
[0012]圖2至圖4分別是所述組件的側(cè)視圖、平面圖和端視圖；
[0013]圖5是原動機(jī)組件的立體剖視圖；
[0014]圖6示出了帶有液體冷卻電動機(jī)的原動機(jī)組件；和
[0015]圖7是防爆電容器箱的立體圖。

【具體實(shí)施方式】
[0016]圖1是適于在危險(xiǎn)環(huán)境中使用的原動機(jī)組件10的立體圖。圖2是該組件的側(cè)視圖，圖3是該組件的平面圖，圖4是該組件的端視圖。該組件包括危險(xiǎn)適用外殼12，所述危險(xiǎn)適用外殼12容納有無危險(xiǎn)適用原動機(jī)14，例如電動機(jī)或柴油發(fā)動機(jī)。接線嘴組件16延伸穿過所述外殼12與原動機(jī)14連通。接線嘴組件16優(yōu)選是MSHA標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證的接線嘴組件，所述接線嘴組件穿過外殼12向原動機(jī)14提供動力和儀器儀表。
[0017]如圖所示，外殼12可以設(shè)置有雙層壁式結(jié)構(gòu)18，這限定了在雙層壁式結(jié)構(gòu)的空間中的冷卻劑室。更具體地說，外殼12限定冷卻回路20，該冷卻回路引導(dǎo)冷卻劑通過原動機(jī)14并通過由雙層壁式結(jié)構(gòu)18限定的空間。在一個實(shí)施方式中，所述冷卻回路還包括外置的散熱器22。
[0018]原動機(jī)14的輸出軸24延伸穿過外殼12中的開口，并且優(yōu)選通過軸承26或類似部件支撐。軸24和外殼12之間的徑向間隙不超過法規(guī)規(guī)定的間隙限制。此外，火焰路徑的長度大于規(guī)定的最小長度。
[0019]在一種構(gòu)造中，原動機(jī)14是標(biāo)準(zhǔn)的電動機(jī)(即無危險(xiǎn)適用的)。電動機(jī)的熱從電動機(jī)傳遞到外殼12，穿過外殼12耗散到大氣中。
[0020]在一個另選的結(jié)構(gòu)中，參照圖6，所述電動機(jī)是液體冷卻的電動機(jī)41，該電動機(jī)包括輸出軸45和輸出軸軸承44。在所述冷卻回路中的冷卻劑可經(jīng)由電動機(jī)冷卻劑線47循環(huán)通過電動機(jī)和外殼42。來自電動機(jī)冷卻套46的熱可以從冷卻劑傳遞至外殼，并被耗散到大氣中。額外的熱消耗能力可以通過安裝至該系統(tǒng)的外置的散熱器(例如，散熱器22，參照圖1)來提供。
[0021]在一種另選配置中，原動機(jī)14是標(biāo)準(zhǔn)的柴油發(fā)動機(jī)(即無危險(xiǎn)適用的)。用于該柴油發(fā)動機(jī)的外殼可以設(shè)置有可移除的蓋(未示出)。所述可移除的蓋也可被冷卻劑冷卻。適合的冷卻劑可以是乙二醇、防凍液等。
[0022]通過參照圖5，所述組件還可以包括作為排氣卻系統(tǒng)28的一部分的排氣回路和催化劑32，排氣回路被構(gòu)造用于在發(fā)動機(jī)廢氣進(jìn)入所述外殼之前使其通過催化劑32。原動機(jī)組件還可以包括帶有歧管34、渦輪增壓器36以及所述催化劑32的排氣系統(tǒng)。該排氣系統(tǒng)與發(fā)動機(jī)隔離開。阻火器38也可以設(shè)置在排氣系統(tǒng)中。空氣回路向發(fā)動機(jī)供應(yīng)空氣?？諝饣芈反┻^空氣過濾器，穿過所述外殼，穿過所述阻火器38抽吸空氣進(jìn)入發(fā)動機(jī)。在一種布置中，所述外殼的底部在雙層壁式結(jié)構(gòu)18的內(nèi)壁和外壁之間設(shè)置有管道30，并且冷卻劑在管30的周圍循環(huán)。冷卻劑可以經(jīng)由泵被循環(huán)通過外置的散熱器22。該管將來自廢氣的熱通過排氣管傳遞至所述冷卻劑中，從而降低排出的廢氣的溫度。發(fā)動機(jī)的熱大部分都可利用發(fā)動機(jī)的冷卻系統(tǒng)被去除。剩余的發(fā)動機(jī)熱將通過內(nèi)部的外殼壁被傳遞至冷卻劑。
[0023]圖7是防爆電容器箱51的立體圖。所述箱51容納有電容器56并包括帶有蓋52的雙層壁式結(jié)構(gòu)。防爆電容器箱還包括纜線入口 53和冷卻劑端口 54。冷卻劑55被提供在由雙層壁式結(jié)構(gòu)所限定的空間內(nèi)。所述電容器箱允許使用幾種不同的電池化學(xué)品(例如，鋰化學(xué)品，鈉化學(xué)品等)，這些電池化學(xué)品以前沒有被評定為用于危險(xiǎn)環(huán)境中，或以其他方式防爆。其結(jié)果是，非防爆或非本安電池管理系統(tǒng)(BMS)都可以使用，這降低了制造成本。此外，電容器箱容許電池在危險(xiǎn)環(huán)境中充電。典型的鉛酸電池只能在危險(xiǎn)環(huán)境之外進(jìn)行充電。更進(jìn)一步地，該結(jié)構(gòu)設(shè)置用于電池或電容器的溫度控制，并用于保護(hù)電池或電容器。此夕卜，所述電容器箱允許使用無危險(xiǎn)電容器作為能量來源，以便輔助主要能量來源或者作為能量來源使用，而不會經(jīng)歷制造危險(xiǎn)電容器的麻煩和費(fèi)用。
[0024]在危險(xiǎn)環(huán)境中使用無危險(xiǎn)適用原動機(jī)和其它部件的能力可帶來顯著的成本節(jié)約。提供附加的特征用于耗散由所述原動機(jī)產(chǎn)生的廢氣和熱。
[0025]雖然本發(fā)明已經(jīng)結(jié)合目前被認(rèn)為是最實(shí)際和優(yōu)選的實(shí)施方式進(jìn)行了說明，但是應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明并不限于所公開的實(shí)施方式，而是相反，本發(fā)明旨在涵蓋包括在所附權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)的各種修改和等同布置。
【權(quán)利要求】
1.一種適合于在危險(xiǎn)環(huán)境下使用的原動機(jī)組件，所述原動機(jī)組件包括: 危險(xiǎn)適用外殼； 布置在所述外殼內(nèi)的無危險(xiǎn)適用原動機(jī)；和 與所述原動機(jī)連通地穿過所述外殼延伸的接線嘴組件，所述接線嘴組件穿過所述外殼向所述原動機(jī)提供動力和儀表設(shè)備。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的原動機(jī)組件，其中所述外殼包括雙層壁式結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的原動機(jī)組件，所述原動機(jī)組件還包括位于由所述雙層壁式結(jié)構(gòu)所限定的空間內(nèi)的冷卻劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的原動機(jī)組件，其中所述外殼包括開口，所述原動機(jī)的輸出軸穿過所述開口定位。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的原動機(jī)組件，其中所述輸出軸由軸承支撐。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的原動機(jī)組件，其中所述原動機(jī)是電動機(jī)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的原動機(jī)組件，其中所述電動機(jī)是液體冷卻電動機(jī)，并且其中所述外殼包括雙層壁式結(jié)構(gòu)，所述原動機(jī)組件還包括冷卻回路，該冷卻回路引導(dǎo)冷卻劑穿過所述電動機(jī)并且穿過由所述雙層壁式結(jié)構(gòu)所限定的空間。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的原動機(jī)組件，其中所述冷卻回路還包括外置的散熱器。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的原動機(jī)組件，其中所述原動機(jī)是柴油發(fā)動機(jī)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的原動機(jī)組件，其中所述外殼包括雙層壁式結(jié)構(gòu)和位于由所述雙層壁式結(jié)構(gòu)所限定的空間內(nèi)的冷卻劑。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的原動機(jī)組件，所述原動機(jī)組件還包括冷卻回路和使得所述冷卻劑循環(huán)的泵。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的原動機(jī)組件，其中所述冷卻回路還包括外置的散熱器。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的原動機(jī)組件，所述原動機(jī)組件還包括排氣回路和催化劑，其中所述排氣回路被構(gòu)造用于在發(fā)動機(jī)廢氣進(jìn)入所述外殼之前將發(fā)動機(jī)廢氣引導(dǎo)通過所述催化劑。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的原動機(jī)組件，所述原動機(jī)組件還包括排氣系統(tǒng)，所述排氣系統(tǒng)包括歧管、渦輪增壓器和所述催化劑，所述排氣系統(tǒng)與所述發(fā)動機(jī)隔離。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的原動機(jī)組件，所述原動機(jī)組件還包括在所述排氣系統(tǒng)中的阻火器。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的原動機(jī)組件，所述原動機(jī)組件還包括空氣回路，該空氣回路將空氣供應(yīng)至所述發(fā)動機(jī)，所述空氣回路穿過空氣過濾器，穿過所述外殼，穿過所述阻火器，將空氣抽吸至所述發(fā)動機(jī)。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的原動機(jī)組件，其中所述原動機(jī)是電容器和電池中的一者。
18.一種適合于在危險(xiǎn)環(huán)境中使用的原動機(jī)組件，所述原動機(jī)組件包括: 危險(xiǎn)適用外殼，該外殼包括雙層壁式結(jié)構(gòu)； 原動機(jī)，所述原動機(jī)包括電動機(jī)、柴油發(fā)動機(jī)、電容器和電池中的一者； 與所述原動機(jī)連通地穿過所述外殼延伸的接線嘴組件，所述接線嘴組件穿過所述外殼向所述原動機(jī)提供動力和儀表設(shè)備；和 冷卻劑，所述冷卻劑位于由所述雙層壁式結(jié)構(gòu)所限定的空間內(nèi)。
【文檔編號】H02K5/10GK104429171SQ201380031693
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2013年5月16日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月16日
【發(fā)明者】J·金凱德, J·錫格爾科 申請人:菲利普斯機(jī)械服務(wù)有限公司