CN110107404A - 一种车载燃机发电系统多介质复合散热装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种车载燃机发电系统多介质复合散热装置，包括舱体、放置在舱体内的排气引射装置以及设置在舱体外侧的水油散热复合装置，在舱体内放置车载燃机发电系统；所述排气引射装置连接车载燃机发电系统中燃气轮机的涡轮排气口，排出舱体内部的流体热量以及辐射热；所述水油散热复合装置连通车载燃机发电系统中燃气轮机和发电机机构，实现燃气轮机和发电机机构的冷却散热。本发明能够将密闭空间内的车载燃机发电系统的大量热能快速导出，保证车载燃机发电系统稳定运行。
Description
技术领域
本发明属于车载燃机发电散热设备技术领域，特别是涉及一种车载燃机发电系统多介质复合散热装置。
背景技术
燃气轮机发电系统广泛应用于飞机、船舶、潜艇、汽车等领域。但是，该类型的发电系统属于大功率能源设备，在运行过程中，燃机产生辐射热和高温流体热场、发电机产生电磁热损耗、变频器高温转换器件等，在多物理热场的耦合作用下，会提高机组内部的环境温度；而机组内部燃气轮机是定容设备，其性能与所处环境温度有关，当环境温度升高时，空气密度减少，进入压气机和燃气透平的空气质量减少，使燃气轮机的出力下降；所以散热性能的好坏对机组的正常运行影响较大。
目前，在车载燃机发电系统中多采用自然风冷、强制风冷、水冷散热等方式进行散热。但是由于车载燃气轮机发电系统空间受限且属于密闭空间，使得系统的热耗功率密度较高、产生的热量大。因此，对于目前所采用的散热措施并不能满足车载燃气轮机发电系统的散热要求，无法使密闭空间内大量的热能快速且高效的导出，无法保证机组稳定运行。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出了一种车载燃机发电系统多介质复合散热装置，能够将密闭空间内的车载燃机发电系统的大量热能快速导出，保证车载燃机发电系统稳定运行。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种车载燃机发电系统多介质复合散热装置，包括舱体、放置在舱体内的排气引射装置以及设置在舱体外侧的水油散热复合装置，在舱体内放置车载燃机发电系统；所述排气引射装置连接车载燃机发电系统中燃气轮机的涡轮排气口，排出舱体内部的流体热量以及辐射热；所述水油散热复合装置连通车载燃机发电系统中燃气轮机和发电机机构，实现燃气轮机和发电机机构的冷却散热。
进一步的是，所述排气引射装置包括弯形风道筒体、吸声隔热片体和穿孔板，所述穿孔板至于弯形风道筒体的出口端，所述吸声隔热片体设置在弯形风道筒体内，所述弯形风道筒体的入口端连通燃气轮机的涡轮排气口；利用高速高能流的排气体，在排气系统内形成负压区，从而将舱体内的辐射热以及流体空气热吸进排气系统，排出热量，从而降低舱体内的辐射热，降低舱体内部温度的效果。
进一步的是，所述水油散热复合装置包括换热器、齿轮箱和水油复合散热机构，在所述发电机机构上安装有换热器，在所述燃气轮机上安装有齿轮箱；
所述水油复合散热机构包括油冷散热器、水冷散热器和控制组件；所述水冷散热器通过水冷循环组件连接换热器的水接口，所述换热器通过水管与水冷散热器连接；所述油冷散热器通过滑油冷却循环组件连接燃机齿轮箱的滑油接口，齿轮箱通过油管与油冷散热器连接；所述控制组件连接至油冷散热器和水冷散热器的控制信号端。
进一步的是，所述水冷散热器设置有加水口、出水口和进水口，所述进水口通过水管与所述换热器的出水接口连接；所述水冷循环组件包括循环回路水管和循环水泵，所述出水口通过循环回路水管串上循环水泵连接所述换热器的入水接口；形成水冷却循环，将发电机机构内部的热量通过水冷介质带出来。
进一步的是，所述水冷散热器包括蓄冷水箱、水冷高导热率热管组、水冷散热鳞片、水冷强冷风机和水温传感器；在所述蓄冷水箱内设置有水冷高导热率热管组，在所述水冷高导热率热管组的侧壁上设置有水冷散热鳞片，在所述水冷散热鳞片侧方设置水冷强冷风机；在蓄冷水箱顶部设置有进水口和加水口，所述进水口连接水冷高导热率热管组的一端，在蓄冷水箱底部设置出水口连接水冷高导热率热管组的另一端；所述出水口通过竹节接头连接循环回路水管，所述进水口通过竹节接头连接水管，并在连接处用管箍扎紧；在所述换热器的出水接口处设置水温传感器，所述水温传感器的信号端连接至控制组件。
所述水冷散热器的冷却液采用乙二醇防冻液，水冷散热器借利用防冻液冷却介质的流动性，将发电机机构内的热量迅速导出，并通过散热鳞片、高导热率热管、强冷风机的复合散热形式进行散热处理，起到冷却降温的效果。
进一步的是，所述换热器包括水冷盘管构成水冷流道，冷却液流经流道时，就可以将换热器上的热量带走，实现降温的目的；分别在发电机机构的发电机和变频器的底部安装换热器。实现发电机及其变频器的分布式散热，提高散热效率。
进一步的是，所述油冷散热器设置有出油口和进油口，所述进油口通过油管与所述齿轮箱的滑油输出接口连接；所述滑油冷却循环组件包括循环回路油管和齿轮油泵，所述出油口通过循环回路油管串上齿轮油泵连接至齿轮箱的滑油输入接口；形成油冷却循环，将燃气轮机齿轮箱内的滑油热量带出来。
进一步的是，所述油冷散热器包括蓄冷油箱、油冷散热鳞片、油冷强冷风机、油冷高导热率热管组和油温传感器；
在所述蓄冷油箱内设置有油冷高导热率热管组，在所述油冷高导热率热管组的侧壁上设置有油冷散热鳞片，在所述油冷散热鳞片侧方设置油冷强冷风机；在蓄冷油箱顶部设置有进油口连接油冷高导热率热管组的一端，在蓄冷油箱底部设置出油口连接油冷高导热率热管组的另一端；所述出油口通过竹节接头连接循环回路油管，所述进油口通过竹节接头连接油管，并在连接处用管箍扎紧；
在所述齿轮箱的滑油输出接口处设置油温传感器，所述油温传感器的信号端连接至控制组件。
所述油冷散热器的冷却液采用4109航天润滑油，油冷散热器借利用润滑油冷却介质的流动性，将齿轮箱内的热量迅速导出，并通过高导热率热管组配合散热鳞片、强冷风机的复合散热形式进行散热处理，增大散热面积，提高散热效果，起到冷却降温的效果。
进一步的是，所述水管和油管为耐高温橡胶软管用于冷却介质的传输及导流，所述管箍为可调节管箍用于将橡胶软管紧固在水接头及油接头上，所述循环回路水管和循环回路油管为高导热率热管。复合散热装置的竹节接头与耐高温橡胶软管连接后，用可调节管箍进行紧固固定，并用卡箍自带的调节螺钉实现紧固力矩的调节。
进一步的是，所述水油复合散热机构包括多层结构箱体，在多层结构箱体的上层设置水冷散热器，在多层结构箱体的下层设置油冷散热器。由于齿轮箱对滑油的液位要求较高，为了避免油冷散热器内部的滑油过高而影响齿轮箱的滑油液面，故进行分层设计，将油冷散热器设置在下层。
采用本技术方案的有益效果：
本发明充分结合燃机发电系统的热源分布、体积、发热功率密度、冷却液的物理特性等，针对性的采用水冷、油冷、风冷、引射排热的复合散热方式。发电机及其变频器的发热点比较集中，都是由于变频器件或者发电器件形成的高密度热量，因此利用换热器将发热器件上的热量导出到水冷板上，再利用采用水冷、风冷、热管的复合散热方式；针对齿轮箱的滑油热量设计出滑油散热器，齿轮箱内部自带有齿轮泵，当燃机运行时，齿轮泵会带动滑油在油冷散热系统内循环，将齿轮箱内部齿轮运行时产生的热量带出，再利用油冷、风冷、热管的复合散热方式，实现降低齿轮箱内部温度的功能；排气引射装置利用高速高能流的排气体，在排气系统内形成负压区，从而将舱体内的辐射热以及流体空气热吸进排气系统中，从而达到降低舱体内部温度的效果；因此，通过多种散热方式的耦合应用，达到燃机发电系统散热的目的，实现了密闭空间内的车载燃机发电系统的大量热能快速导出。
本发明通过排气引射装置利用高速流动的排气体，在排气引射装置内形成负压区，从而将舱体内的辐射热以及流体空气热吸进排气引射装置内中，从而达到降低舱体内部温度的效果。排气引射装置用于降低舱体内的辐射热，将舱体内部的辐射热空气引射与涡轮出口排气进行混流，由于涡轮出口温度很高，引射进排气系统的空气同时可以适当降低涡轮出口燃气的温度。
附图说明
图1为本发明的一种车载燃机发电系统多介质复合散热装置的结构示意图；
图2为本发明实施例中排气引射装置结构示意图。
图3为本发明实施例中水冷散热器布置图；
图4为本发明实施例中水冷散热器系统原理图；
图5为本发明实施例中油冷散热器布置图；
图6为本发明实施例中油冷散热器系统原理图；
图7为本发明实施例中水油复合散热装置结构布置图；
其中：1-排气引射装置、2-燃气轮机、3-舱体、41-水管、42是油管、5-发电机机构、6-换热器、7-竹节接头、8-水油散热复合装置、9-循环水泵、10-水冷散热器、11-水温传感器、12-油冷散热器、13-控制组件、14-齿轮油泵、15-齿轮箱、16-油温传感器、171-水冷散热鳞片、172-油冷散热鳞片、181-水冷高导热率热管组、182-油冷高导热率热管组、19-蓄冷水箱、201-水冷强冷风机、202-油冷强冷风机、21-进水口、22-出水口、23-蓄冷油箱、24-出油口、25-进油口、26-弯形风道筒体、27-吸声隔热片体、28-穿孔板。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步阐述。
在本实施例中，参见图1所示，本发明提出了一种车载燃机发电系统多介质复合散热装置，包括舱体3、放置在舱体3内的排气引射装置1以及设置在舱体3外侧的水油散热复合装置8，在舱体3内放置车载燃机发电系统；所述排气引射装置1连接车载燃机发电系统中燃气轮机2的涡轮排气口，排出舱体3内部的流体热量以及辐射热；所述水油散热复合装置8连通车载燃机发电系统中燃气轮机2和发电机机构5，实现燃气轮机2和发电机机构5的冷却散热。
作为上述实施例的优化方案，如图2所示，所述排气引射装置1包括弯形风道筒体26、吸声隔热片体27和穿孔板28，所述穿孔板28至于弯形风道筒体26的出口端，所述吸声隔热片体27设置在弯形风道筒体26内，所述弯形风道筒体26的入口端连通燃气轮机2的涡轮排气口；利用高速高能流的排气体，在排气系统内形成负压区，从而将舱体3内的辐射热以及流体空气热吸进排气系统，排出热量，从而降低舱体3内的辐射热，降低舱体3内部温度的效果。
排气引射装置1的工作原理：燃机运行时，涡轮排气口排放速度高达35m/s的尾气，高速排放的尾气在排气引射装置1的弯形流道内形成负压区，将舱体3内的辐射热空气吸进排气引射装置1内，并通过排气引射装置1的排气口将热流气体排出，从而达到降低舱体3内部温度的效果。
作为上述实施例的优化方案，所述水油散热复合装置8包括换热器6、齿轮箱15和水油复合散热机构，在所述发电机机构5上安装有换热器6，在所述燃气轮机2上安装有齿轮箱15；
所述水油复合散热机构包括油冷散热器12、水冷散热器10和控制组件13；所述水冷散热器10通过水冷循环组件连接换热器6的水接口，所述换热器6通过水管41与水冷散热器10连接；所述油冷散热器12通过滑油冷却循环组件连接燃机齿轮箱15的滑油接口，齿轮箱15通过油管42与油冷散热器12连接；所述控制组件13连接至油冷散热器12和水冷散热器10的控制信号端。
为了满足发电机机构520kw的散热功率要求，蓄水冷箱容积7L，为了满足燃机齿轮箱1540kw的散热功率要求，蓄油冷箱容积9L；蓄水冷箱与蓄油冷箱一体化设计，形成一个大小为850mm×750mm×450mm的复合散热器。
作为上述实施例的优化方案，如图3和图4所示，所述水冷散热器10设置有加水口、出水口22和进水口21，所述进水口21通过水管41与所述换热器6的出水接口连接；所述水冷循环组件包括循环回路水管和循环水泵9，所述出水口22通过循环回路水管串上循环水泵9连接所述换热器6的入水接口；形成水冷却循环，将发电机机构5内部的热量通过水冷介质带出来。
所述水冷散热器10包括蓄冷水箱19、水冷高导热率热管组181、水冷散热鳞片171、水冷强冷风机201和水温传感器11；在所述蓄冷水箱19内设置有水冷高导热率热管组181，在所述水冷高导热率热管组181的侧壁上设置有水冷散热鳞片171，在所述水冷散热鳞片171侧方设置水冷强冷风机201；在蓄冷水箱19顶部设置有进水口21和加水口，所述进水口21连接水冷高导热率热管组181的一端，在蓄冷水箱19底部设置出水口22连接水冷高导热率热管组181的另一端；所述出水口22通过竹节接头7连接循环回路水管，所述进水口21通过竹节接头7连接水管41，并在连接处用管箍扎紧；在所述换热器6的出水接口处设置水温传感器11，所述水温传感器11的信号端连接至控制组件13。
所述水冷散热器10的冷却液采用乙二醇防冻液，水冷散热器10借利用防冻液冷却介质的流动性，将发电机机构5内的热量迅速导出，并通过散热鳞片、高导热率热管、强冷风机的复合散热形式进行散热处理，起到冷却降温的效果。
水冷散热器10的运行原理：启动循环水泵9后，冷却液在水冷散热器10系统内循环，通过换热器6，将热量从发电机及其变频器中带出，冷却液带着热量流经高导热率热管将热量迅速传至散热鳞片上，并用强制风冷的强制对流，将热量排掉，实现降低水温的效果，然后冷水流到蓄冷水箱19中参与下一个水冷循环的工作。
作为上述实施例的优化方案，所述换热器6包括水冷盘管构成水冷流道，冷却液流经流道时，就可以将换热器6上的热量带走，实现降温的目的；分别在发电机机构5的发电机和变频器的底部安装换热器6。实现发电机及其变频器的分布式散热，提高散热效率。
作为上述实施例的优化方案，如图5和图6所示，所述油冷散热器12设置有出油口24和进油口25，所述进油口25通过油管42与所述齿轮箱15的滑油输出接口连接；所述滑油冷却循环组件包括循环回路油管和齿轮油泵14，所述出油口24通过循环回路油管串上齿轮油泵14连接至齿轮箱15的滑油输入接口；形成油冷却循环，将燃气轮机2齿轮箱15内的滑油热量带出来。
所述油冷散热器12包括蓄冷油箱23、油冷散热鳞片172、油冷强冷风机202、油冷高导热率热管组182和油温传感器16；
在所述蓄冷油箱23内设置有油冷高导热率热管组182，在所述油冷高导热率热管组182的侧壁上设置有油冷散热鳞片172，在所述油冷散热鳞片172侧方设置油冷强冷风机202；在蓄冷油箱23顶部设置有进油口25连接油冷高导热率热管组182的一端，在蓄冷油箱23底部设置出油口24连接油冷高导热率热管组182的另一端；所述出油口24通过竹节接头7连接循环回路油管，所述进油口25通过竹节接头7连接油管42，并在连接处用管箍扎紧；
在所述齿轮箱15的滑油输出接口处设置油温传感器16，所述油温传感器16的信号端连接至控制组件13。
所述油冷散热器12的冷却液采用4109航天润滑油，油冷散热器12借利用润滑油冷却介质的流动性，将齿轮箱15内的热量迅速导出，并通过高导热率热管组配合散热鳞片、强冷风机的复合散热形式进行散热处理，增大散热面积，提高散热效果，起到冷却降温的效果。
油冷散热器12运行原理：燃机齿轮油泵14启动后，润滑油在油冷散热器12系统内循环，将高温的润滑油从燃机齿轮箱15中带出，流经蓄冷油箱23，热管将热量迅速传至散热鳞片上，并用强制风冷的强制对流，将热量排掉，实现降低润滑油温度的效果，然后冷却的润滑油流到蓄冷油箱23中下一个油水冷循环的工作。
作为上述实施例的优化方案，所述水管41和油管42为耐高温橡胶软管用于冷却介质的传输及导流，所述管箍为可调节管箍用于将橡胶软管紧固在水接头及油接头上，所述循环回路水管和循环回路油管为高导热率热管。复合散热装置的竹节接头7与耐高温橡胶软管连接后，用可调节管箍进行紧固固定，并用卡箍自带的调节螺钉实现紧固力矩的调节。
作为上述实施例的优化方案，如图7所示，所述水油复合散热机构包括多层结构箱体，在多层结构箱体的上层设置水冷散热器10，在多层结构箱体的下层设置油冷散热器12。由于齿轮箱15对滑油的液位要求较高，为了避免油冷散热器12内部的滑油过高而影响齿轮箱15的滑油液面，故进行分层设计，将油冷散热器12设置在下层。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (10)
1.一种车载燃机发电系统多介质复合散热装置，其特征在于，包括舱体(3)、放置在舱体(3)内的排气引射装置(1)以及设置在舱体(3)外侧的水油散热复合装置(8)，在舱体(3)内放置车载燃机发电系统；所述排气引射装置(1)连接车载燃机发电系统中燃气轮机(2)的涡轮排气口，排出舱体(3)内部的流体热量以及辐射热；所述水油散热复合装置(8)连通车载燃机发电系统中燃气轮机(2)和发电机机构(5)，实现燃气轮机(2)和发电机机构(5)的冷却散热。
2.根据权利要求1所述的一种车载燃机发电系统多介质复合散热装置，其特征在于，所述排气引射装置(1)包括弯形风道筒体(26)、吸声隔热片体(27)和穿孔板(28)，所述穿孔板(28)至于弯形风道筒体(26)的出口端，所述吸声隔热片体(27)设置在弯形风道筒体(26)内，所述弯形风道筒体(26)的入口端连通燃气轮机(2)的涡轮排气口；利用高速高能流的排气体，在排气系统内形成负压区，从而将舱体(3)内的辐射热以及流体空气热吸进排气系统，排出热量。
3.根据权利要求1所述的一种车载燃机发电系统多介质复合散热装置，其特征在于，所述水油散热复合装置(8)包括换热器(6)、齿轮箱(15)和水油复合散热机构，在所述发电机机构(5)上安装有换热器(6)，在所述燃气轮机(2)上安装有齿轮箱(15)；
所述水油复合散热机构包括油冷散热器(12)、水冷散热器(10)和控制组件(13)；所述水冷散热器(10)通过水冷循环组件连接换热器(6)的水接口，所述换热器(6)通过水管(41)与水冷散热器(10)连接；所述油冷散热器(12)通过滑油冷却循环组件连接燃机齿轮箱(15)的滑油接口，齿轮箱(15)通过油管(42)与油冷散热器(12)连接；所述控制组件(13)连接至油冷散热器(12)和水冷散热器(10)的控制信号端。
4.根据权利要求3所述的一种车载燃机发电系统多介质复合散热装置，其特征在于，所述水冷散热器(10)设置有加水口、出水口(22)和进水口(21)，所述进水口(21)通过水管(41)与所述换热器(6)的出水接口连接；所述水冷循环组件包括循环回路水管和循环水泵(9)，所述出水口(22)通过循环回路水管串上循环水泵(9)连接所述换热器(6)的入水接口。
5.根据权利要求4所述的一种车载燃机发电系统多介质复合散热装置，其特征在于，所述水冷散热器(10)包括蓄冷水箱(19)、水冷高导热率热管组(181)、水冷散热鳞片(171)、水冷强冷风机(201)和水温传感器(11)；在所述蓄冷水箱(19)内设置有水冷高导热率热管组(181)，在所述水冷高导热率热管组(181)的侧壁上设置有水冷散热鳞片(171)，在所述水冷散热鳞片(171)侧方设置水冷强冷风机(201)；在蓄冷水箱(19)顶部设置有进水口(21)和加水口，所述进水口(21)连接水冷高导热率热管组(181)的一端，在蓄冷水箱(19)底部设置出水口(22)连接水冷高导热率热管组(181)的另一端；所述出水口(22)通过竹节接头(7)连接循环回路水管，所述进水口(21)通过竹节接头(7)连接水管(41)，并在连接处用管箍扎紧；在所述换热器(6)的出水接口处设置水温传感器(11)，所述水温传感器(11)的信号端连接至控制组件(13)。
6.根据权利要求5所述的一种车载燃机发电系统多介质复合散热装置，其特征在于，所述换热器(6)包括水冷盘管构成水冷流道；分别在发电机机构(5)的发电机和变频器的底部安装换热器(6)。
7.根据权利要求3所述的一种车载燃机发电系统多介质复合散热装置，其特征在于，所述油冷散热器(12)设置有出油口(24)和进油口(25)，所述进油口(25)通过油管(42)与所述齿轮箱(15)的滑油输出接口连接；所述滑油冷却循环组件包括循环回路油管和齿轮油泵(14)，所述出油口(24)通过循环回路油管串上齿轮油泵(14)连接至齿轮箱(15)的滑油输入接口。
8.根据权利要求7所述的一种车载燃机发电系统多介质复合散热装置，其特征在于，所述油冷散热器(12)包括蓄冷油箱(23)、油冷散热鳞片(172)、油冷强冷风机(202)、油冷高导热率热管组(182)和油温传感器(16)；
在所述蓄冷油箱(23)内设置有油冷高导热率热管组(182)，在所述油冷高导热率热管组(182)的侧壁上设置有油冷散热鳞片(172)，在所述油冷散热鳞片(172)侧方设置油冷强冷风机(202)；在蓄冷油箱(23)顶部设置有进油口(25)连接油冷高导热率热管组(182)的一端，在蓄冷油箱(23)底部设置出油口(24)连接油冷高导热率热管组(182)的另一端；所述出油口(24)通过竹节接头(7)连接循环回路油管，所述进油口(25)通过竹节接头(7)连接油管(42)，并在连接处用管箍扎紧；
在所述齿轮箱(15)的滑油输出接口处设置油温传感器(16)，所述油温传感器(16)的信号端连接至控制组件(13)。
9.根据权利要求3-8任一所述的一种车载燃机发电系统多介质复合散热装置，其特征在于，所述水管(41)和油管(42)为耐高温橡胶软管用于冷却介质的传输及导流，所述管箍为可调节管箍用于将橡胶软管紧固在水接头及油接头上，所述循环回路水管和循环回路油管为高导热率热管。
10.根据权利要求9所述的一种车载燃机发电系统多介质复合散热装置，其特征在于，所述水油复合散热机构包括多层结构箱体，在多层结构箱体的上层设置水冷散热器(10)，在多层结构箱体的下层设置油冷散热器(12)。
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