CN211317033U - 改善内燃机冷起动性能的相变储热装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种改善内燃机冷起动性能的相变储热装置，其特征是：包括外壳、若干只冷却液管道和相变储热材料，所述外壳上下两端螺纹连接有上下端盖，上下端盖呈圆锥台形状，上下端盖圆锥台顶部分别设有冷却液总进出口，若干只冷却液管道通过上下固定盘插接在外壳内腔中，冷却液管道上下端分别与上下端盖的冷却液汇总空间及冷却液总进出口连通，所述外壳内腔与若干只冷却液管道之间封装有相变储热材料。有益效果：本实用型改善内燃机冷起动性能，在内燃机正常运转时，相变材料以潜热的形式直接储存冷却液余热，在内燃机较低温度需要暖机和冷起动时，回收余热后的相变材料直接释放热量，加热冷却液，预热内燃机，改善冷起动性能。

Description

改善内燃机冷起动性能的相变储热装置

技术领域

本实用新型属于内燃机领域，尤其涉及一种改善内燃机冷起动性能的相变储热装置。

背景技术

近年来，为了改善内燃机冷起动性能，国内外专家学者们对冷起动过程中的着火过程、燃烧过程及排放问题进行了深入研究，提出了一系列辅助措施。这些常用的辅助措施包括进气预热、安装电热塞、燃油加热器、喷射起动液。其它的一些辅助措施还包括采用低温燃油、低温润滑油、低温蓄电池等。由于技术水平等多方面原因，这些辅助措施虽然能在一定程度上改善内燃机的冷起动性能，但或多或少存在着以下缺点：1、需要额外消耗燃油或者蓄电池的电能；2、冷起动效果不佳，起动时间较长；3、起动效果好，但是燃烧剧烈易发生爆震，不容易控制；4、辅助设施结构相对复杂，成本较高。相比于上述常用的冷起动辅助手段的一些弊端，专利文献公告号CN204694133公开了一种采用固液相变储热器的发动机冷却液余热利用暖机系统。该系统包括：温度传感器、电子节温器、电子风扇、散热器、所述的固液相变储热器、电子三通阀和MCU；冷却液流过相变储热器，对相变材料进行加热，相变材料发生相变，吸收大量潜热，将发动机的多余的热量转移到相变储热器中保存起来，用于起动暖机。电子节温器和电子三通阀由MCU控制，始终保持同步运行，保证了不影响发动机冷却系统正常工作的前提。当发动机停机后，电子节温器和电子三通阀关闭冷却液在储热装置内的循环，将相变储热器封闭起来，进入能量保存状态。这样就在几乎不增加原机功耗的情况下，实现了余热回收。而起动暖机过程也在没有增加发动机功耗的情况下得以实现。“采用固液相变储热器的发动机冷却液余热利用暖机系统”通过相变材料回收内燃机的冷却液热量，来代替外热源预热内燃机，改善冷起动性能，显示出了广阔的发展前景。上述公知技术存在的技术缺陷是相变材料导热性差，工作流程和小循环串联，与内燃机正常工作不够协调。

实用新型内容

本实用新型是为了克服现有技术中的不足，提供一种回收内燃机余热，改善内燃机冷起动性能的相变储热装置，在内燃机正常运转时，余热通过相变材料以潜热的形式直接储存，内燃机在较低温度需要暖机和冷起动时，回收余热后的相变材料直接释放热量，加热冷却液，预热内燃机，改善冷起动性能。

本实用新型为实现上述目的，通过以下技术方案实现，一种改善内燃机冷起动性能的相变储热装置，其特征是：包括外壳、若干只冷却液管道和相变储热材料，所述外壳上下两端螺纹连接有上下端盖，上下端盖呈圆锥台形状，上下端盖圆锥台内腔构成冷却液汇总空间，上下端盖圆锥台顶部分别设有冷却液总进出口，若干只冷却液管道通过上下固定盘插接在外壳内腔中，冷却液管道上下端分别与上下端盖的冷却液汇总空间及冷却液总进出口连通，所述外壳内腔与若干只冷却液管道之间封装有相变储热材料。

所述固定盘上设有若干个圆孔，所述圆孔与冷却液管道滑动配合，所述圆孔呈同心圆式陈列分布。

所述冷却液管道沿其纵向固接有若干只散热翅片。

所述散热翅片呈环状间隔固接在冷却液管道外壁上或镶嵌在冷却液管道内壁上；散热翅片形状为矩形，沿冷却液管道纵向呈十字形固接在其外壁上。

所述冷却液管道与散热翅片采用铜或铝材料。

所述外壳采用双层结构，双层外壳抽真空构成隔热保温结构或外壳外表面设有纳米二氧化硅气凝胶保温层。

所述上固定盘端口设有密封子口，上固定盘通过密封圈与外壳密封连接。

有益效果：与现有技术相比，本实用型改善内燃机冷起动性能的相变储热装置，在内燃机正常运转时，余热通过相变材料以潜热的形式直接储存，内燃机在较低温度需要暖机和冷起动时，回收余热后的相变材料直接释放热量，加热冷却液，预热内燃机，改善冷起动性能。采用循环寿命长、性能好的新型复合相变材料为储热材料，冷却液内部流道增设不同形状的翅片，增加传热面积，提高湍流系数，提高换热效率。外壳外部采用新型保温材料气凝胶或双层腔体的真空绝热方式，避免了热量大量流失，在内燃机冷起动时，暖机效果更好。

附图说明

图1是本实用新型结构示意图；

图2是图1去掉上盖的透视结构图；

图3是图1的侧面剖面图；

图4是固定盘的结构示意图；

图5是固定盘侧视图；

图6a-图6c带有散热翅片的冷却液管道结构示意图；

图7是内燃机散热系统连接示意图。

图中：1、外壳，2、冷却液管道，3、相变储热材料，4、5、上下端盖，6、冷却液汇总空间，7、8、冷却液总进、出口，9、上下固定盘，9-1、圆孔，9-2、密封子口，10、散热翅片，11、阀门，12、流量控制阀，13、温度传感器，14、水泵，15、储热装置，16、控制单元，17、散热水箱，18、内燃机。

具体实施方式

以下结合较佳实施例，对依据本实用新型提供的具体实施方式详述如下：

详见附图1-3，本实施例公开了一种改善内燃机冷起动性能的相变储热装置，包括外壳1、若干只冷却液管道2和相变储热材料3，所述外壳上下两端螺纹连接有上下端盖4、5，上下端盖呈圆锥台形状，上下端盖圆锥台内腔构成冷却液汇总空间6，上下端盖圆锥台顶部分别设有冷却液总进、出口7、8，若干只冷却液管道通过上下固定盘9插接在外壳内腔中，冷却液管道上下端分别与上下端盖的冷却液汇总空间及冷却液总进出口连通，所述外壳内腔与若干只冷却液管道之间封装有相变储热材料3。所述固定盘上设有若干个圆孔9-1，所述圆孔与冷却液管道滑动配合，所述圆孔呈同心圆式陈列分布。

详见附图6a-6c，本实施例的优选方案是，所述冷却液管道沿其纵向焊接有若干只散热翅片10。所述散热翅片呈环状间隔焊接在冷却液管道外壁上或镶嵌在冷却液管道内壁上；散热翅片形状为矩形，沿冷却液管道纵向呈十字形固接在其外壁上。所述冷却液管道与散热翅片采用铜或铝材料。

本实施例的优选方案是，所述外壳采用双层结构，双层外壳抽真空构成隔热保温结构或外壳外表面设有纳米二氧化硅气凝胶保温层。本实施例采用气凝胶保温层(图中未示)

详见附图4-5，本实施例的优选方案是，所述上固定盘端口设有密封子口9-2，上固定盘通过密封圈与外壳密封连接。

工作原理

在内燃机正常运转时，余热通过相变材料以潜热的形式直接储存起来，并利用保温材料减少热量的辐射流失。在较低温环境下，内燃机需要暖机或冷起动时，回收余热后的相变材料直接释放热量，加热冷却液，预热内燃机，改善冷起动性能。本实用新型不消耗额外的燃料并且不产生任何额外的排放，在一定程度上起到了节约能源和保护环境的双重作用。

本实用新型在内燃机系统的应用及连接方式

内燃机18通过水泵与散热水箱17连接构成内燃机散热回路，相变储热装置与内燃机串联构成暖机或冷起动加热回路，暖机或冷起动加热回路与内燃机散热回路并联。所述暖机或冷起动加热回路中的相变储热装置两端与内燃机之间分别连接有阀门11，暖机或冷起动加热回路中连接有流量控制阀12，相变储热装置连接有温度传感器13，所述储热装置15、阀门、流量控制阀和温度传感器分别与控制单元16连接。本实施例的控制单元需要商品单片机。整个装置竖直放置，冷却液进、出口采取冷却液下进上出的方式，保证了在冷却液在流速较低时仍能和传热内流道全面接触，不影响传热效果。采用蜂窝煤式的结构，冷却液管道内流冷却液，不锈钢封装外套和冷却液管道之间填充相变材料，冷却液管道内流动的冷却液进行热量的吸收和释放。相变材料不能填满，应预留出相变材料融化体积增加时容纳多余的液体相变材料，防止应力增加造成对封装结构的损坏。在储热装置的进口处前安装流量控制阀12，可以调节储热过程中冷却液流经储热装置和散热器的流量比例，防止储热过程影响内燃机运转时的正常散热；在储热装置的单独路径中串联增加了水泵14，用于增加在装置预热过程中的冷却液的流速，可以达到快速预热的目的；在装置出水口安装温度传感器13，可以更好的检测储热装置储存热量的多少，保证该装置在充满后继续长时间行驶过程中装置温度下降时，能够发送指令继续对其充热，使车辆在最后夜晚停车时仍为储满状态。

工作过程

暖机或冷起动加热回路在内燃机正常运转时，一部分冷却液流经该储热装置，加热相变材料。当相变材料完全熔化储满热量时，通过控制单元关闭储热系统。通过保温材料或真空绝热技术的长时间保温。在内燃机冷起动时，冷却液通过水泵在机体和与内燃机串联的储热装置中循环流动，带走储热装置的热量，预热机体。本实施例储热装置的外壳为圆柱体，外壳内腔封装有相变材料，中间插接若干冷却液管道，形成冷却液的流道，管道的材质为导热性能较好的铜或铝制品。内燃机正常运转中，一部分冷却液通过流量控制阀流过和散热器并联的储热装置，此时为保证内燃机的散热不受影响，通过流量控制阀保持冷却液在储热装置中有合适的流量。等到相变材料完全熔化蓄满热量继续升温到和冷却液相同的温度时，温度传感器向控制单元传达关闭阀门的信号，此时内燃机的冷却液全部流经散热器，正常散热。在储热装置温度下降低于预设温度时(预设温度略高于相变材料熔点低于冷却液温度)，再向控制单元传达开启阀门的信号，继续储热。此预设温度如此设置，既保持了车辆在晚间停车时，储热装置为储满热状态，又避免了阀门频繁关闭。而在晚间停车时，则直接通过开关关闭两个阀门，防止热量夜间的流失。在第二天冷起动车辆前，打开阀门开关和水泵，调节流量控制阀为最大开度，使冷却液仅在储热装置和内燃机中循环，预热内燃机，当储热装置中的温度低于相变温度时，此时装置中相变材料的潜热基本耗尽，预热完成，

内燃机通过水泵与散热水箱连接构成内燃机散热回路，相变储热装置与内燃机串联构成暖机或冷起动加热回路，暖机或冷起动加热回路与内燃机散热回路并联。优点：一是不改变内燃机原有的大小循环散热体系，安装拆卸方便；二是原串联体系在内燃机启动进行小循环时才预热内燃机，而该并联体系可以单独运作，在启动内燃机前进行预热，这样可以使内燃机冷起动的性能更好，而且降低了冷起动前阶段的排放和对零件的磨损。

本实用新型相变储热装置的组装过程

详见附图1-3，外壳采用不锈钢材料冷拔成圆形管，外壳上下两端口机加工出螺纹，机加工出上下端盖，在外壳下端的内腔焊接下固定盘9，本实施例为在冷却液管道纵向十字形状焊接散热翅片，再将冷却液管道分别插入固定盘圆孔中，然后灌注相变材料，将上固定盘插入冷却液管道并通过密封圈及旋紧的上端盖，上固定盘上的子口内安装密封圈，与外壳内腔的台阶通过旋紧的上端盖压紧，可将相变材料封装在外壳内腔中，冷却液管道内的冷却液汇集到上下端盖的圆锥台内腔并通过冷却液总进、出口7、8与暖机或冷起动加热回路连通。在外壳采取新型保温材料气凝胶，或真空绝热技术方式保温。

上述参照实施例对该一种改善内燃机冷起动性能的相变储热装置的详细描述，是说明性的而不是限定性的，可按照所限定范围列举出若干个实施例，因此在不脱离本实用新型总体构思下的变化和修改，应属本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种改善内燃机冷起动性能的相变储热装置，其特征是：包括外壳、若干只冷却液管道和相变储热材料，所述外壳上下两端螺纹连接有上下端盖，上下端盖呈圆锥台形状，上下端盖圆锥台内腔构成冷却液汇总空间，上下端盖圆锥台顶部分别设有冷却液总进出口，若干只冷却液管道通过上下固定盘插接在外壳内腔中，冷却液管道上下端分别与上下端盖的冷却液汇总空间及冷却液总进出口连通，所述外壳内腔与若干只冷却液管道之间封装有相变储热材料。

2.根据权利要求1所述的改善内燃机冷起动性能的相变储热装置，其特征是：所述固定盘上设有若干个圆孔，所述圆孔与冷却液管道滑动配合，所述圆孔呈同心圆式陈列分布。

3.根据权利要求1所述的改善内燃机冷起动性能的相变储热装置，其特征是：所述冷却液管道沿其纵向固接有若干只散热翅片。

4.根据权利要求3所述的改善内燃机冷起动性能的相变储热装置，其特征是：所述散热翅片呈环状间隔固接在冷却液管道外壁上或镶嵌在冷却液管道内壁上；散热翅片形状为矩形，沿冷却液管道纵向呈十字形固接在其外壁上。

5.根据权利要求1或3所述的改善内燃机冷起动性能的相变储热装置，其特征是：所述冷却液管道与散热翅片采用铜或铝材料制成。

6.根据权利要求1所述的改善内燃机冷起动性能的相变储热装置，其特征是：所述外壳采用双层结构，双层外壳抽真空构成隔热保温结构或外壳外表面设有纳米二氧化硅气凝胶保温层。

7.根据权利要求1或2所述的改善内燃机冷起动性能的相变储热装置，其特征是：所述固定盘端口设有密封子口，固定盘通过密封圈与外壳密封连接。

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