CN108119232B - 一种具有均温装置的极地发电舱 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有均温装置的极地发电舱，包括舱体及位于舱体内的发电机和储油箱，还包括逆重力平板热管和燃油预热解冻装置；发电机位于逆重力平板热管上部，储油箱位于逆重力平板热管下部；逆重力平板热管由内部加装有吸液芯的平板热管构成，在平板热管内设置有工质；在储油箱内设置燃油预热解冻装置，该燃油预热解冻装置由热量优化传递空气管道组成；热量优化传递空气管道采用树状分叉结构排布。本发明能够将柴油机外壳的热量进行合理的梯级利用，保证了极地发电舱室内温度均匀，避免设备在温度不均匀的工作环境下的损坏和失效的情况。然后利用空气的热量加热储油箱中的燃油，防止燃油凝固，进而提高了发电效率以及发电机组运行的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及一种极地发电舱室内环境均温装置，具体涉及的是一种合理调配柴油发电机外壳的热量对发电舱环境均匀加热以及对储油箱中的燃油进行防冻预热的利用气液相变高效传热的进行逆重力传热的均温装置。
背景技术
极地（南极和北极）以其丰富的矿产资源和战略价值，吸引了众多国家对其进行科学考察，极地科学考察也从一个方面反应出一个国家的综合国力和科技水平。在我国开展极地考察项目30多年的时间里，已经取得了令世人瞩目的成就。中国极地科考队于2005年1月第一次登顶极地内陆最高点Dome A地区，并逐步在该地区建立了我国第四座极地科考站-昆仑站。科考站支撑平台主要包括发电舱和仪器舱两部分，其中发电舱使用柴油机进行发电，负责实现科考平台的能源供给，仪器仓主要实现气象探测、数据通讯、现场控制等功能。
由于Dome A地区地处高原，气压较低，且气温也极低，年平均气温仅-58.5℃。柴油发电机组在运行过程中需要从舱外源源不断的吸入新鲜空气，大量低温空气对舱内的温度会产生巨大的影响，并且极地大气压强低，导致空气密度减小、粘性系数增大，对流换热能力减弱，这会加大发电仓内温度分布的不均匀度。在极地发电舱，柴油机工作时，外壳温度可以达到120℃左右，外壳附近的空气被加热，密度变小，向发电舱的上部空间上升，随着时间的继续，发电舱上部积聚了大量的热空气，由于发电舱内空气对流能力较弱，舱内冷热空气难以相互交融，最终导致发电舱内上部空气温度过高，底部空气温度过低的情况。发电舱内空气温度分布不均匀，这将影响舱内设备器件的安全可靠运行，这时就需要想方设法使得发电舱内空气温度变得均匀。此外，发电舱底部的温度过低，会使得发电舱下的储油箱中的燃油冻结，无法使用。为此本文设计了一套合理分配柴油机外壳热量的均温装置，在均匀加热室内空气的同时，给储油箱的燃油进行防冻预热。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对极地科考站发电舱室内温度上下分布不均匀的这一情况，而提供了一种新型的利用逆重力平板热管传热的室内环境温度均匀装置，从而达到发电舱室内温度均匀的作用。
技术方案
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种具有均温装置的极地发电舱，包括舱体及位于舱体内的发电机和储油箱，其特征在于：还包括逆重力平板热管和燃油预热解冻装置；所述发电机位于逆重力平板热管上部，所述储油箱位于所述逆重力平板热管下部；所述逆重力平板热管由内部加装有吸液芯的平板热管构成，在所述平板热管内设置有工质，所述吸液芯提供毛细驱动力将工质自下而上输送，从而实现将热量的自上而下逆重力搬运，将上部的发电机外壳的热量向下传播；
在所述储油箱内设置所述的燃油预热解冻装置，该燃油预热解冻装置由热量优化传递空气管道和位于热量优化传递空气管道入口的风机组成；所述热量优化传递空气管道采用树状分叉结构排布，分叉结构的第n级管与第0级管直径的关系为D n / D 0 =N -n/Δ，其中Δ=7/3~3，N 为分叉结构的分级数；第n级管与第0级管长度的关系为L n / L 0 =N -n/d ，其中d = 1～2；所述分叉结构的第0级管为竖直管且入口位于所述平板热管下方；分叉结构剩余管道均为平面管。
使用排风扇将发电舱下部的热空气吹入储油箱的热量优化传递空气管道中，利用空气的热量对燃油进行防冻预热。所述室内空气均温装置利用了所述逆重力平板热管从柴油机外壳传递的热量，加热发电舱下方的空气，使得下方的空气受热上升，实现了整个发电舱内空气温度均匀的效果。
所述逆重力平板热管内部的工质为甲醇或乙醇。
在所述逆重力平板热管下表面加装有散热肋片。
所述分叉结构的级数为3-10。
所述发电机为柴油机。
在所述平板热管设置有m个所述的吸液芯，10<m<100。
所述吸液芯由金属丝网制成。
本发明具有均温装置的发电机舱，其中均温装置包括逆重力平板热管和燃油预热解冻装置。逆重力平板热管是由平板腔体、吸液芯和气液两相工质组成。燃油预热解冻装置包括了和热量优化传递空气管道和吹风机，逆重力平板热管是热量的高效“搬运工”，将柴油机外壳的热量向下传递到发电舱底部的空气，实现发电舱室内空气温度均匀的效果，燃油预热解冻装置将发电舱底部的热空气的部分热量进行利用，利用风扇将发电舱下部的热空气吹入热量优化传递空气管道中，热量通过热量优化传递空气管道高效地传递到储油箱中，对储油箱中的燃油进行防冻预热。
逆重力平板热管是一块内部掏空的长方体型紫铜材料制成的平板，相对于常规热管，它的冷凝段和蒸发段被两个平面（蒸发面和冷凝面）所代替，为了能够实现平板热管在逆重力工况下工作，在平板热管内部的空腔中加装有m个吸液芯（10<m<100），内部工质为甲醇、乙醇或其他相变条件要求低且传热效果好的工质，充液率为q（0.4<q<0.6）。逆重力平板热管是利用工质气液相变进行高效率传热的换热装置，热管工质在气液相变时能够吸收和放出大量的热量，因此逆重力平板热管具有极高的导热系数，其导热系数是紫铜的几十倍，是热的“超导体”，可以高效地将柴油机外壳的热量进行搬运。逆重力平板热管与传统的重力平板热管不同的是，可以将热量自上而下逆重力传递，而实现这一功能的关键是采用了吸液芯，吸液芯给逆重力平板热管内工质的循环提供了毛细驱动力，将工质自下而上抽到逆重力平板热管的上表面，工质受热汽化后冷凝在重力的作用下回流到逆重力平板热管下部，完成了工质的循环，这样可以实现热量的逆重力搬运，将热量从逆重力平板热管的上表面搬运到下表面，克服了传统的平板热管只能将热量自下而上传递的缺点。此外，吸液芯将蒸发面和冷凝面直接连在一起，可以促进凝结换热有效进行，相比传统的平板热管，提高了导热的能力。
空气均温装置放置发电舱的底部，在空气均温装置下方加装有肋片，用于提高换热面积，进而提高空气均温装置下方空气加热的效率。柴油机外壳的热量经过空气均温装置向下传递，热量传递到所述的肋片上，进而加热发电舱下方的冷空气。冷空气经过加热后变成热空气，密度变小，热空气从空气均温装置四周上升，挤压原来积聚在发电舱上部的冷空气，使得上部的冷空气下降，发电舱内部空气实现冷热交替循环，从而达到整个发电舱内温度均匀的效果。
燃油预热解冻装置安装在储油箱中，在储油箱中加装有一些金属热量优化传递空气管道，热量优化传递空气管道采用分叉树状结构布置在储油箱中，从而达到与燃油进行最佳的换热效果。其中，分叉结构的第n级管与第0级管直径的关系为D n / D 0 =N -n/Δ，其中，Δ=7/3~3；第n级管与第0级管长度的关系为L n / L 0 =N -n/d ，其中d=1～2时，可以达到最好的换热效果。热管装置将柴油机外壳的热量首先通过空气均温装置对发电舱下部的空气进行加热，这些热空气一部分被吹风机吹入热量优化传递空气管道中，热空气对储油箱中的燃油进行解冻及预热，不但解决了极地储油箱燃油凝固的问题，而且将柴油机外壳的热量进行降温利用，防止温度过高导致燃油被点燃，提高柴油机运行的稳定性和安全性。
有益效果
本发明能够将柴油机外壳的热量进行合理的梯级利用，将柴油机外壳的热量首先用于加热发电舱底部的空气，解决了极地发电舱室内上部温度过高、下部温度过低这一问题，保证了极地发电舱室内温度均匀，避免设备在温度不均匀的工作环境下的损坏和失效的情况。然后利用空气的热量加热储油箱中的燃油，防止燃油凝固，这样做也避免了直接利用柴油机外壳的热量加热燃油引起的因为温度过高导致燃油被点燃的后果。燃油预热解冻装置的使用，提高燃油的温度，进而提高了发电效率以及发电机组运行的稳定性。
附图说明
图1 为本发明极地发电舱的结构示意图；
图2 逆重力平板热管示意图；
图3 空气均温装置示意图；
图4 燃油预热解冻装置管路示意图。
图中1. 柴油发电机；2. 逆重力片平板热管；3. 空气均温装置；4. 肋片；5. 储油箱；6. 热量优化传递空气管道；7. 吹风机；8. 吸液芯；9. 热管工质；10. 热管外壳。
实施方式
下面结合附图进行更进一步的详细说明：
图1给出了本发明极地发电舱的结构示意图，包括逆重力平板热管、空气均温装置和燃油预热解冻装置。具体结构包括：柴油发电机1；逆重力平板热管2；空气均温装置3；肋片4；储油箱5；热量优化传递空气管道6；吹风机7等主要组成部分。空气均温装置3为一个“H”字型的金属支撑架，逆重力平板热管2为空气均温装置3的支撑平台，用于放置柴油发电机1，在逆重力平板热管2下部安装有肋片，用于提高换热面积，增强换热效果。柴油发电机1外壳的热量经过逆重力平板热管2向下传递，传递到肋片4上，与空气均温装置3下方的空气充分接触，从而加热空气，使得发电舱下方的空气温度升高，解决了极地发电舱室内下部空气温度过低的问题。储油箱5放置于发电舱的下部，内部装有燃油，用于供给柴油机工作时所需的燃料。极地气温极低，燃油容易冻结，为了防止燃油冻结并预热燃油，在储油箱中安装了热量优化传递空气管道6，热量优化传递空气管道6中安装有吹风机7，将空气均温装置3加热的空气抽入热量优化传递空气管道中，从而加热储油箱5中的燃油，防止燃油冻结。
图2给出了逆重力平板热管的示意图，该平板热管为一个空腔结构，热管外壳10的材质为具有高导热系数的紫铜，在该空腔结构中加装有m个吸液芯8（10<m<100），吸液芯8由金属丝网制成，吸液芯8给热管中工质9的循环提供了毛细驱动力，将热管工质9自下而上抽到所述的逆重力平板热管的上表面，工质受热汽化后冷凝回流到逆重力平板热管下部，实现了热管工质9的循环，这样可以实现热量的逆重力搬运。
图3给出了空气均温装置的示意图，空气均温装置3为加装有肋片4的底部悬空的“H”字型底部悬空的平台，逆重力平板热管2为该平台的水平支撑装置，空气均温装置放置发电舱的底部，空气均温装置2下方加装有肋片，用于提高换热面积，提高空气加热的效率。
图4给出了燃油预热解冻装置管路示意图，热量优化传递空气管道6为金属管道，安装在储油箱5中，对储油箱5中的燃油进行防冻预热。为了提高热量优化传递空气管道内的热空气与燃油的换热效果，对热量优化传递空气管道6的布置方式采用树状分叉结构排布，经过计算，分叉结构的第n级管与第0级管直径的关系为D n / D 0 =N -n/Δ，其中，Δ=7/3~3；第n级管与第0级管长度的关系为
L n / L 0 =N -n/d ，其中d=1～2时，可以达到最好的换热效果。
Claims (7)
1.一种具有均温装置的极地发电舱，包括舱体及位于舱体内的发电机和储油箱，其特征在于：还包括逆重力平板热管和燃油预热解冻装置；所述发电机位于逆重力平板热管上部，所述储油箱位于所述逆重力平板热管下部；所述逆重力平板热管由内部加装有吸液芯的平板热管构成，在所述平板热管内设置有工质，所述吸液芯提供毛细驱动力将工质自下而上输送，从而实现将热量的自上而下逆重力搬运，将上部的发电机外壳的热量向下传播；
在所述储油箱内设置所述的燃油预热解冻装置，该燃油预热解冻装置由热量优化传递空气管道和位于热量优化传递空气管道入口的风机组成；所述热量优化传递空气管道采用树状分叉结构排布，分叉结构的第n级管与第0级管直径的关系为D n / D 0 =N -n/Δ，其中Δ=7/3~3，N 为分叉结构的分级数；第n级管与第0级管长度的关系为L n / L 0 =N -n/d ，其中d = 1～2；所述分叉结构的第0级管为竖直管且入口位于所述平板热管下方；分叉结构剩余管道均为平面管。
2.根据权利要求1所述的极地发电舱，其特征在于：所述逆重力平板热管内部的工质为甲醇或乙醇。
3.根据权利要求1所述的极地发电舱，其特征在于：在所述逆重力平板热管下表面加装有散热肋片。
4.根据权利要求1所述的极地发电舱，其特征在于：所述分叉结构的级数为3-10。
5.根据权利要求1所述的极地发电舱，其特征在于：所述发电机为柴油机。
6.根据权利要求1所述的极地发电舱，其特征在于：在所述平板热管设置有m个所述的吸液芯，10<m<100。
7.根据权利要求1所述的极地发电舱，其特征在于：所述吸液芯由金属丝网制成。
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|---|
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