CN111678368A - 高温制动器的高效储热系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于温度控制技术领域，具体涉及一种高温制动器的高效储热系统，在原有制动器结构的基础上，基于热管技术和相变储热技术，进行了热管和相变材料的结构及排布设计，和热管工质及相变材料的选择。本发明提出了一种高温制动器的高效储热系统设计方案，以往制动系统主要通过对流与辐射的方式与外界进行换热，散热较慢，本发明可有效降低制动器连续制动时静盘芯板、加压等部件的最高温升。

Description

高温制动器的高效储热系统
技术领域
本发明属于温度控制技术领域，具体涉及一种高温制动器的高效储热系统。
背景技术
相变储能材料指的是在相变温度内，材料发生物相改变的过程中从外部环境吸收或放出大量的热，而其体积和温度基本恒定，是一种功能性材料。作为相变储能材料，应主要满足下列热力学要求：导热性好，热导率高，相变可逆性好，相变时体积变化率小，热性能稳定，合适的相变温度，耐腐蚀，无毒，原料来源广泛，性价比高等。
目前，相变蓄热材料根据其使用温度范围，可分为高、中、低温相变蓄热材料。蓄热材料的研制，需要考虑材料的配方、制备工艺和烧结温度。高温复合相变蓄热材料是具有独特蓄热性能和机械性能的材料，比如其较高的蓄热密度以及较好的机械强度和可加工性能。制备成型的高温复合相变蓄热材料，不仅利用到相变材料优异的蓄热性能，还结合了陶瓷材料良好的耐火性和热稳定性。目前，蓄热材料的广泛应用，已成为进行温控的重要手段。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是：如何解决制动系统连续制动时散热较慢，各部件受热严重，严重影响制动器使用寿命及性能的问题。
(二)技术方案
为解决上述技术问题，本发明提供一种高温制动器的高效储热系统，所述高效储热系统包括热管2、相变材料1；
所述相变材料设置于高温制动器的外围，与高温制动器的支承体7连接，有利于将支撑体7表面的热量快速传递到相变材料中，从而降低制动器支撑体7温度；
所述相变材料1与高温制动器的静盘6之间通过热管2连接，热管2插入静盘6的部分为蒸发段，暴露在空气中的为绝热段、插入相变材料中的为冷凝段；
为增大热管2与相变材料换热效果，冷凝段的热管由两部分组成，即圆柱状热管和预埋在相变材料中的圆环热管，圆柱状热管一端与所述绝热段、蒸发段依次连接，且为一体式设计，圆柱状热管另一端设置在圆环热管上，这种结构布局增大了热管与相变材料换热效果，能够更充分的利用相变材料进行储热。
其中，所述高温制动器的每个静盘6外齿片上插入热管2，在静盘6内部进行换热。
其中，所述热管2为两根。
其中，所述高温制动器包括：加压装置4、支撑体7、承压盘3、两个静盘6及两个动盘5；承压盘3与支撑体7固定不动，动盘5以一定转速转动，同时可以轴向移动，静盘6和加压装置4不能周向运动，但可以轴向运动，两个静盘6和两个动盘5之间保留了一定轴向间隙。
其中，所述静盘6包括芯板和摩擦片；所述动盘5包括芯板和摩擦片。
其中，在制动时，加压装置4推动静盘6和动盘5，消除轴向间隙后将制动压力加到静盘6和动盘5上，通过静盘6和动盘5之间产生的摩擦力实现动盘5制动。
其中，所述高效储热系统在制动过程中，将制动过程中产生的大量热能通过热管2从静盘6导出到相变材料1中。
其中，所述热管2插入静盘6的蒸发段，为增加导热能力，该部分长度接近静盘6带宽。
其中，所述热管2暴露在空气中的绝热段，该部分长度取决于制动器支撑体结构。
其中，所述热管2个数根据换热需要设置。
(三)有益效果
与现有技术相比较，本发明针对制动系统连续制动时散热较慢，各部件受热严重，严重影响制动器使用寿命及性能的问题，根据制动系统的热量传递机理和关键热阻环节，构建基于低热阻热面技术和热管技术的制动器-车体一体化储热系统方案，建立描述热输运机构传热过程的理论模型，采用CFD等技术研究热阻界面材料的物性参数、布置，热管的性能参数、结构、布局，以及热源特性等各个影响因素对系统传热性能的作用规律，进而优化系统设计，通过理论计算分析制动器温度与热输运系统结构之间的内在联系，阐明制动器预期散热效果对热管参数、冷热源耦合方式、集群排布等的具体要求，形成高温制动器高效储热系统。
本发明技术方案带来的有益效果为：
本发明中，在高温制动器上加装了高效储热系统。利用相变材料在相变过程中从外部环境吸收或放出大量的热，而其体积和温度基本恒定以及热管的快速导热等特性，将制动过程中产生的一部分热量经由热管快速传导到相变材料中，降低制动器静盘及与其配合的动盘的温升，确保制动器有效地工作。
附图说明
图1是制动系统排布示意图
图2是热管及相变材料布置效果示意图
图3是储热系统温降对比图
其中：1：相变材料；2：热管；3：承压盘；4：加压装置；5：动盘；6：静盘；7：支撑体；8：热管冷凝段；9：热管绝热段；10：热管蒸发段。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
为解决现有技术问题，本发明提供一种高温制动器的高效储热系统，如图1-图2所示，所述高效储热系统包括热管2、相变材料1；
所述相变材料设置于高温制动器的外围，与高温制动器的支承体7连接，有利于将支撑体7表面的热量快速传递到相变材料中，从而降低制动器支撑体7温度；
所述相变材料1与高温制动器的静盘6之间通过热管2连接，热管2插入静盘6的部分为蒸发段，暴露在空气中的为绝热段、插入相变材料中的为冷凝段；
为增大热管2与相变材料换热效果，冷凝段的热管由两部分组成，即圆柱状热管和预埋在相变材料中的圆环热管，圆柱状热管一端与所述绝热段、蒸发段依次连接，且为一体式设计，圆柱状热管另一端设置在圆环热管上，这种结构布局增大了热管与相变材料换热效果，能够更充分的利用相变材料进行储热。
其中，所述高温制动器的每个静盘6外齿片上插入热管2，在静盘6内部进行换热。
其中，所述热管2为两根。
其中，所述高温制动器包括：加压装置4、支撑体7、承压盘3、两个静盘6及两个动盘5；承压盘3与支撑体7固定不动，动盘5以一定转速转动，同时可以轴向移动，静盘6和加压装置4不能周向运动，但可以轴向运动，两个静盘6和两个动盘5之间保留了一定轴向间隙。
其中，所述静盘6包括芯板和摩擦片；所述动盘5包括芯板和摩擦片。
其中，在制动时，加压装置4推动静盘6和动盘5，消除轴向间隙后将制动压力加到静盘6和动盘5上，通过静盘6和动盘5之间产生的摩擦力实现动盘5制动。
其中，所述高效储热系统在制动过程中，将制动过程中产生的大量热能通过热管2从静盘6导出到相变材料1中。
其中，如图2所示，储热方案热管的布置结构方式是在每个静盘6齿片上插入两根圆柱状热管2进入静盘6内部进行换热。所述热管2插入静盘6的蒸发段，为增加导热能力，该部分长度接近静盘6带宽。
其中，所述热管2暴露在空气中的绝热段，该部分长度取决于制动器支撑体结构。
其中，所述热管2个数根据换热需要设置。
实施例1
本实施例现有制动器中，由于其工作环境温度较高且相对封闭，制动器散热能力较差，连续制动后制动器温度快速积累，超过使用极限。而本发明中的制动器在静盘布置了高效储热系统，通过热管将制动过程中产生的一部分热量导出相变材料中，利用材料相变过程中从外部环境吸收或放出大量的热而其体积和温度基本恒定的特性，降低制动器静盘及与其配合的动盘的温升。
参照图3，初步选择相变材料后，绘制储热系统设计与无储热系统的静盘芯板温度对比图，校验相变材料的适用性。通过对比图可以看到，储热系统设计对制动器循环制动过程中有明显温降作用。
本发明中，静盘上的热管个数可以根据需要减少为1个，或分为更多的热管，同样，预埋的圆环形热管个数也可根据结构尺寸相应调整，热管的形状、数量和布置形式的改变，均属于于本发明的范围。
实施例2
本实施例提供一种用于高温制动器的高效储热系统，包括圆柱状热管、圆环状热管和相变材料，在每个静盘外齿片上插入两根圆柱状热管，在静盘内部进行换热。热管插入静盘的部分为蒸发段，暴露在空气中的为绝热段、插入相变材料中的为冷凝段。在制动器外围布置一圈相变材料，相变材料与制动器支撑体相连接，也有利于将支撑体表面的热量快速传递到相变材料中，从而降低制动器支撑体温度。
其中，在静盘上布置热管导热，在支撑体外布置相变材料吸热。
其中，冷凝段热管由两部分组成，即圆柱状热管和预埋在相变材料中的圆环热管。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种高温制动器的高效储热系统，其特征在于，所述高效储热系统包括热管(2)、相变材料(1)；
所述相变材料设置于高温制动器的外围，与高温制动器的支承体(7)连接，有利于将支撑体(7)表面的热量快速传递到相变材料中，从而降低制动器支撑体(7)温度；
所述相变材料(1)与高温制动器的静盘(6)之间通过热管(2)连接，热管(2)插入静盘(6)的部分为蒸发段，暴露在空气中的为绝热段、插入相变材料中的为冷凝段；
为增大热管(2)与相变材料换热效果，冷凝段的热管由两部分组成，即圆柱状热管和预埋在相变材料中的圆环热管，圆柱状热管一端与所述绝热段、蒸发段依次连接，且为一体式设计，圆柱状热管另一端设置在圆环热管上，这种结构布局增大了热管与相变材料换热效果，能够更充分的利用相变材料进行储热。
2.如权利要求1所述的高温制动器的高效储热系统，其特征在于，所述高温制动器的每个静盘(6)外齿片上插入热管(2)，在静盘(6)内部进行换热。
3.如权利要求1所述的高温制动器的高效储热系统，其特征在于，所述热管(2)为两根。
4.如权利要求1所述的高温制动器的高效储热系统，其特征在于，所述高温制动器包括：加压装置(4)、支撑体(7)、承压盘(3)、两个静盘(6)及两个动盘(5)；承压盘(3)与支撑体(7)固定不动，动盘(5)以一定转速转动，同时可以轴向移动，静盘(6)和加压装置(4)不能周向运动，但可以轴向运动，两个静盘(6)和两个动盘(5)之间保留了一定轴向间隙。
5.如权利要求4所述的高温制动器的高效储热系统，其特征在于，所述静盘(6)包括芯板和摩擦片；所述动盘(5)包括芯板和摩擦片。
6.如权利要求4所述的高温制动器的高效储热系统，其特征在于，在制动时，加压装置(4)推动静盘(6)和动盘(5)，消除轴向间隙后将制动压力加到静盘(6)和动盘(5)上，通过静盘(6)和动盘(5)之间产生的摩擦力实现动盘(5)制动。
7.如权利要求6所述的高温制动器的高效储热系统，其特征在于，所述高效储热系统在制动过程中，将制动过程中产生的大量热能通过热管(2)从静盘(6)导出到相变材料(1)中。
8.如权利要求7所述的高温制动器的高效储热系统，其特征在于，所述热管(2)插入静盘(6)的蒸发段，为增加导热能力，该部分长度接近静盘(6)带宽。
9.如权利要求7所述的高温制动器的高效储热系统，其特征在于，所述热管(2)暴露在空气中的绝热段，该部分长度取决于制动器支撑体结构。
10.如权利要求7所述的高温制动器的高效储热系统，其特征在于，所述热管(2)个数根据换热需要设置。
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