CN106567773A - 一种环路式热管中冷器及其工作方法 - Google Patents

一种环路式热管中冷器及其工作方法 Download PDF

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车守全
李宜汀
卢剑锋
杨肖委
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    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Abstract

本发明公开了一种环路式热管中冷器及其工作方法，从增压器进入到中冷器内的高温热空气接触到环路热管的蒸发段，高温空气加热蒸发段环路热管壳体，使蒸发段内的充液介质蒸发向上运动，到达环路热管的冷凝段后，充液介质与冷凝段热管壳体发生热交换，此时从百叶窗通道进入的外部冷却空气经过空气滤网过滤后与环路热管的冷凝段发生热交换，热交换过程将环路热管的冷凝段中的汽化充液介质液化，充液介质沿管壁回流到环路热管的蒸发段，继续上述热交换过程，本发明具有高换热性能，环路热管充液介质蒸发后也不需要外加能量，在重力作用下自动回流到蒸发段继续换热过程，可以满足在增压内燃机高热流密度、较大温差的换热要求下优化中冷器的换热效果。

Description

一种环路式热管中冷器及其工作方法
技术领域
本发明涉及一种环路式热管中冷器及其工作方法，属于汽车热管理领域。
背景技术
目前，随着石油能源越来越匮乏，柴油内燃机和小排量涡轮增压汽油发动机应用越来越广泛。当空气进入涡轮增压后其温度会大幅升高，密度也相应变小，而中冷器正是起到冷却空气的作用，高温空气经过中冷器的冷却，再进入发动机中，如果缺少中冷器而让增压后的高温空气直接进入发动机，则会因空气温度过高导致发动机爆震甚至损伤熄火的现象，现有的中冷器换热方式大都采用列管式换热器，换热效率不高，体积也较大，所以现有的中冷器还是不够完善。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种结构简单、操作方便的中冷器，此中冷器采用环路热管，具有高换热性，而且环路热管充液介质蒸发后也不需要外加能量，在重力作用下可以自动回流到蒸发段继续换热的一种环路式热管中冷器及其工作方法，以克服现有技术的不足。
本发明构成如下：一种环路式热管中冷器，包括中冷器，在中冷器内设置有环路热管，在中冷器内设置有环路热管隔热层，所述环路热管隔热层将中冷器内的环路热管分为上部的冷凝段和下部的蒸发段，在环路热管隔热层上部的中冷器内设置有百叶窗通道和空气滤网，所述中冷器上设置有排气管接口和增压气体进气管接口。
所述环路热管截面为椭圆形。
所述环路热管与水平方向所成的夹角θ为10～80°。
所述相邻两个环路热管之间的距离为L为70～110mm。
一种环路式热管中冷器的工作方法，从增压器进入到中冷器内的高温热空气接触到环路热管的蒸发段，高温空气加热蒸发段环路热管壳体，使蒸发段内的充液介质蒸发向上运动，到达环路热管的冷凝段后，充液介质与冷凝段热管壳体发生热交换，此时从百叶窗通道进入的外部冷却空气经过空气滤网过滤后与环路热管的冷凝段发生热交换，热交换过程将环路热管的冷凝段中的汽化充液介质液化，充液介质沿管壁回流到环路热管的蒸发段，继续上述热交换过程。
由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本发明不仅具有结构简单、设计巧妙的优点，而且具有高换热性能，环路热管充液介质蒸发后也不需要外加能量，在重力作用下自动回流到蒸发段继续换热过程，可以满足在增压气内燃机高热流密度、较大温差的换热要求下优化中冷器的换热效果。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
附图标记说明：1-冷凝段，2-环路热管隔热层，3-空气滤网，4-百叶窗通道，5-排气管接口，6-中冷器，7-蒸发段，8-增压气体进气管接口，9-环路热管。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
本发明的实施：一种环路式热管中冷器，包括中冷器6，在中冷器6内设置有环路热管9，在中冷器6内设置有环路热管隔热层2，所述环路热管隔热层2将中冷器6内的环路热管9分为上部的冷凝段1和下部的蒸发段7，在环路热管隔热层2上部的中冷器6内设置有百叶窗通道4和空气滤网3，所述中冷器6上设置有排气管接口5和增压气体进气管接口8。
所述环路热管截面为椭圆形。
所述环路热管9与水平方向所成的夹角θ为10～80°，偏向增压气体进气一侧，增大增压气与热管接触面积。
所述相邻两个环路热管之间的距离为L为70～110mm。
一种环路式热管中冷器的工作方法，从增压器进入到中冷器内的高温热空气接触到环路热管的蒸发段，高温空气加热蒸发段环路热管壳体，使蒸发段内的充液介质蒸发向上运动，到达环路热管的冷凝段后，充液介质与冷凝段热管壳体发生热交换，此时从百叶窗通道进入的外部冷却空气经过空气滤网过滤后与环路热管的冷凝段发生热交换，热交换过程将环路热管的冷凝段中的汽化充液介质液化，充液介质沿管壁回流到环路热管的蒸发段，继续上述热交换过程。
环路热管9（Loop Heat Pipe,简称LHP）是一种新型热管，它是一种由两根直管段和两个U型弯头连接起来的热管形式。其内部有吸液芯，装有充液介质（一般可以是水、丙酮、水银等）。热管下部为蒸发段，上部为冷却段。蒸发段与高温物料接触发生热交换，冷却段与冷却介质（比如空气、冷却液等）接触发生热交换。需要降温的物料在蒸发段与热管壳体发生热交换，从而将充液介质加热蒸发到冷却段，充液介质通过冷凝段热管壳体将热量传递给冷却介质后液化，在重力作用下顺着管壁回流到蒸发段，再继续热交换过程，环路热管具有以下优点：
结构简单，生产成本较低。
传热性能好。热管换热器换热性能很好，环路热管又比单根热虹吸管的传热能力大2—4倍。
适应性好，可以有多个冷凝段和蒸发段，环路热管可以在0～90°之间转动，克服传统热虹吸管的某些角度热恶化情况。
环路热管冷凝段和蒸发段不会通过环路热管隔热层2发生热量交换，所述环路热管隔热层2对环路热管有限位的作用。
增压气体进气管接口8通过进气管与涡轮增压气相连，增压气体经过增压气体进气管接口8进入到中冷器内，由于隔热层将中冷器分为上下两部分，高温的增压气体只与环路热管下部的热管蒸发段7发生热交换过程而不与上部的热管冷凝段1发生热干涉，环路热管材料采用传热系数较大的铜，热管形状选用椭圆形，这样能优化增压气体流动性能，防止增压气体产生大的压降，根据具体的换热量可计算所需的环路热管根数、蒸发段长度、冷凝段长度、充液介质具体重量（由于热端温度较高，充液介质可选用水银等）。从增压器进入到中冷器内的高温热空气接触到环路热管的蒸发段7，高温空气加热蒸发段7的热管壳体，使蒸发段7内的充液介质蒸发向上运动，到达冷凝段1后，充液介质与冷凝段7的热管壳体发生热交换，从百叶窗通道4进入的外部冷却空气经过过滤网过滤后与冷凝管发生热交换，热交换过程将冷凝段中的汽化充液介质液化，充液介质沿管壁回流到蒸发段，继续上述热交换过程。
在布置环路热管时，使环路热管9与增压气进气方向成一定的夹角θ（θ角根据具体换热量和热管参数可选定在10～80°之间），增大热管与增压空气的接触面积，从而提高换热效果。环路热管之间的在水平方向距离为L为70～110mm，上述过程中布置热管时的θ角、热管间距L的合理安排既能提高增压高温空气与蒸发段换热效果，也能保证外部空气与环路热管冷凝段接触面积合理，优化散热效果。

Claims (5)

1.一种环路式热管中冷器，包括中冷器（6），其特征在于：在中冷器（6）内设置有环路热管（9），在中冷器（6）内设置有环路热管隔热层（2），所述环路热管隔热层（2）将中冷器（6）内的环路热管（9）分为上部的冷凝段（1）和下部的蒸发段（7），在环路热管隔热层（2）上部的中冷器（6）内设置有百叶窗通道（4）和空气滤网（3），所述中冷器（6）上设置有排气管接口（5）和增压气体进气管接口（8）。
2.根据权利要求1所述的环路式热管中冷器，其特征在于：所述环路热管（9）截面为椭圆形。
3.根据权利要求1所述的环路式热管中冷器，其特征在于：所述环路热管（9）与水平方向所成的夹角θ为10～80°。
4.根据权利要求1所述的环路式热管中冷器，其特征在于： 所述相邻两个环路热管（9）之间的距离为L为70～110mm。
5.一种如权利要求1～3所述的环路式热管中冷器的工作方法，其特征在于：从增压器进入到中冷器内的高温热空气接触到环路热管的蒸发段，高温空气加热蒸发段环路热管壳体，使蒸发段内的充液介质蒸发向上运动，到达环路热管的冷凝段后，充液介质与冷凝段热管壳体发生热交换，此时从百叶窗通道进入的外部冷却空气经过空气滤网过滤后与环路热管的冷凝段发生热交换，热交换过程将环路热管的冷凝段中的汽化充液介质液化，充液介质沿管壁回流到环路热管的蒸发段，继续上述热交换过程。
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