利用發(fā)動機廢氣余熱的相變蓄熱裝置及方法
【專利摘要】一種利用發(fā)動機廢氣余熱的相變蓄熱裝置及方法，涉及汽車廢氣余熱利用。該裝置包括熱流體管道、換熱肋片、冷流體管和套筒，熱流體管道與發(fā)動機排氣管相連，在熱流體管道外固定連接換熱肋片，換熱肋片邊緣設置有卡槽，冷流體管卡接在卡槽內(nèi)，在換熱肋片和冷流體管外設置有套筒，在熱流體管道和套筒之間設置有相變材料，其結構簡單、體積小、便于在車輛上布置。本發(fā)明方法首先利用汽車行駛過程中產(chǎn)生的廢氣余熱使相變蓄熱裝置蓄能；在冷啟動或熱車時，流經(jīng)相變蓄熱裝置的冷流體被加熱后使發(fā)動機預熱；通過對發(fā)動機冷卻水的加熱，改善了車輛冷啟動和熱車過程中的燃油經(jīng)濟性。
【專利說明】利用發(fā)動機廢氣余熱的相變蓄熱裝置及方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及汽車廢氣余熱利用，特別涉及一種利用發(fā)動機廢氣余熱的相變蓄熱裝置及方法。

【背景技術】
[0002]由于能源消耗的加劇，汽車節(jié)能問題受到越來越多的關注。目前，內(nèi)燃機輸出的有效功僅占燃料燃燒釋放熱量的一小部分，而內(nèi)燃機排氣作為一種廢熱卻飽含大量的熱量。如果通過余熱回收技術將內(nèi)燃機的廢氣余熱進行回收，那么內(nèi)燃機的效率將會大幅提升。
[0003]目前，汽車的冷啟動主要是通過單獨的冷啟動裝置實現(xiàn)，有的冷啟動裝置是通過電磁閥控制噴油量實現(xiàn)，在冷啟動和熱車過程難以做到低油耗和低排放，所以無法保證車輛的燃油經(jīng)濟性和排放特性，同時也無法避免冷態(tài)過程車輛零部件的磨損。有的冷啟動裝置是采用電加熱方式，這種啟動裝置結構復雜，體積大，成本高，不便于布置。另外不論上述哪種冷啟動裝置，其運行都需要較長的時間和增加額外的能量損耗，才能將汽車啟動。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種利用發(fā)動機廢氣余熱的相變蓄熱裝置及方法，解決了現(xiàn)有技術中發(fā)動機余熱裝置體積過大、冷啟動或熱車時間過長的問題，其結構簡單、體積小、便于在車輛上布置。
[0005]本發(fā)明的技術方案是這樣實現(xiàn)的:一種利用發(fā)動機廢氣余熱的相變蓄熱裝置，其技術要點是:該裝置包括熱流體管道、換熱肋片、冷流體管和套筒，所述的熱流體管道與發(fā)動機排氣管相連，在所述熱流體管道外固定連接換熱肋片，所述的換熱肋片邊緣設置有卡槽，冷流體管卡接在所述的卡槽內(nèi)，在換熱肋片和冷流體管外設置有套筒，在所述熱流體管道和套筒之間設置有相變材料。
[0006]所述的換熱肋片為環(huán)狀肋片。
[0007]所述的套筒及套筒的封頭為不銹鋼材質(zhì)，且套筒和套筒的兩端封頭焊接在一起。
[0008]所述的熱流體管道和冷流體管道均為紫銅管。
[0009]所述的冷流體管與卡槽間留有一定膨脹間隙。
[0010]一種利用發(fā)動機廢氣余熱的相變蓄熱方法，包括如下步驟:
步驟1:利用汽車行駛過程中產(chǎn)生的廢氣余熱使相變蓄熱裝置蓄能；
通過熱流體管道將熱量傳遞熱流體管壁及換熱肋片，相變材料吸收熱量，溫度升高，由固態(tài)轉(zhuǎn)換為液態(tài)，相變蓄熱裝置對能量進行儲存；
步驟2:在冷啟動或熱車時，流經(jīng)相變蓄熱裝置的冷流體被加熱后使發(fā)動機預熱；
在冷啟動或熱車過程中，冷流體進入相變蓄熱裝置被加熱，被加熱的沿冷流體在發(fā)動機中放熱后，重新進入相變蓄熱裝置再次被加熱，繼續(xù)傳遞熱量給發(fā)動機，隨著相變蓄熱裝置溫度的下降，相變材料由液態(tài)轉(zhuǎn)換為固態(tài)，相變蓄熱裝置結束能量的釋放，實現(xiàn)對發(fā)動機的預熱處理。
[0011]步驟I所述的換熱肋片，為環(huán)形肋片。
[0012]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明提出的發(fā)動機廢氣余熱的相變蓄熱裝置，包括熱流體管道、換熱肋片、冷流體管和套筒，其結構簡單、體積小、便于在車輛上布置。本發(fā)明的相變蓄熱方法，在發(fā)動機運轉(zhuǎn)期間，利用相變材料回收發(fā)動機產(chǎn)生的廢熱。在停車時，回收的廢熱能夠有效的保存，啟動車輛時熱量可以由流經(jīng)發(fā)動機的冷流體吸收，提高發(fā)動機本體的溫度，這樣即使在寒冷的天氣下，“溫暖的發(fā)動機”也易于啟動，且無需復雜的冷啟動裝置，相應地也能夠避免多次冷啟動對發(fā)動機的磨損。
[0013]在低溫環(huán)境下，機動車發(fā)動機會因燃料凝結、機油黏稠等原因而發(fā)生冷啟動困難。隨著技術的進步，如汽油機的電噴技術等，已使冷啟動性能極大改善，但冷啟動所產(chǎn)生的機件磨損等危害卻依然嚴重。與其它輔助啟動或預熱方式不同，使用相變蓄熱裝置進行的預熱啟動是在啟動前預熱整個機體，使整個機體溫度提高，不僅能解決低溫冷啟動困難問題，而且對減輕機件磨損、減少燃料浪費和降低尾氣污染都有積極效果。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明利用發(fā)動機廢氣余熱的相變蓄熱裝置的主視圖；
圖2為圖1的A-A剖視圖；
圖3為本發(fā)明發(fā)動機廢氣余熱的相變蓄熱方法流程圖。

【具體實施方式】
[0015]下面結合附圖1~3對本發(fā)明的實施方式作進一步詳細的說明。
[0016]實施例1:
本實施例的利用發(fā)動機廢氣余熱的相變蓄熱裝置，如圖1所示。該裝置包括熱流體管道3、換熱肋片4、冷流體管和套筒6。該熱流體管道3與發(fā)動機排氣管相連，在熱流體管道3外固定連接換熱肋片4，該換熱肋片4邊緣設置有卡槽，冷流體管卡接在該卡槽內(nèi)，在換熱肋片4和冷流體管外設置有套筒6，在熱流體管道3和套筒6之間設置有相變材料5。
[0017]冷流體由冷流體入口 I流入相變蓄熱裝置，由冷流體出口 2流出相變蓄熱裝置，如圖2所示。
[0018]實施例2:
本實施例的相變蓄熱裝置與實施例1的區(qū)別在于:換熱肋片4為環(huán)狀肋片。
[0019]實施例3:
本實施例的相變蓄熱裝置與實施例1的區(qū)別在于:套筒6的兩端還設置有套筒封頭，套筒6和套筒兩端的封頭焊接在一起。套筒和套筒封頭均為不銹鋼材質(zhì)。
[0020]實施例4:
本實施例的相變蓄熱裝置與實施例1的區(qū)別在于:熱流體管道3和冷流體管道材質(zhì)均為紫銅管。
[0021]實施例5:
本實施例所述的所述的相變蓄熱裝置與實施例1的區(qū)別在于:冷流體管與卡槽間留有一定膨脹間隙。如卡槽直徑為?24mm，冷流體管為Φ20mm，二者留有一定膨脹間隙。
[0022]實施例6:
本實施例中的一種利用發(fā)動機廢氣余熱的相變蓄熱方法，其流程如圖3所示，包括如下步驟:
步驟301:利用汽車行駛過程中產(chǎn)生的廢氣余熱使相變蓄熱裝置蓄能；
在汽車行駛過程中，熱流體通過熱流體管道將熱量傳遞給熱流體管壁和換熱肋片，相變材料吸收熱量后融化。在吸熱融化的初始階段，相變材料的液態(tài)量較少，自然對流影響不大，熱量傳遞以導熱為主，固液界面離加熱壁面很近；隨著液態(tài)量逐漸增多，傳熱方式變成以對流傳熱為主，靠近加熱壁的液態(tài)相變材料吸熱后，溫度升高，密度減小，在浮力的作用下向上移動，熱流體管上部的相變材料受到熱沖擊，融化速度加快，直到頂端完全融化，經(jīng)絕熱保溫后，數(shù)小時內(nèi)仍然能夠保持較高的溫度，此為相變蓄熱裝置的吸熱保溫過程。
[0023]步驟302:在冷啟動或熱車時，流經(jīng)相變蓄熱裝置的冷流體被加熱后使發(fā)動機預執(zhí).在冷啟動或熱車過程中，冷流體從冷流體管流過時，與管壁發(fā)生對流換熱，起初由于溫度梯度相當大，換熱很快，被加熱的冷卻水流出冷流體管后，在發(fā)動機中放熱，冷卻水溫度有所下降，然后又重新進入蓄熱裝置進行加熱。隨著換熱的進行，冷卻水的溫度逐漸升高，相變區(qū)域的溫度逐漸降低，換熱速率有所下降。隨著放熱的進行，相變區(qū)域的溫度一再降低，可傳遞冷卻水的熱量不斷減少，冷卻水放熱冷卻后不能重新被加熱到最高的溫度，但仍能繼續(xù)吸收相變材料冷卻凝固所放出的熱量，溫度維持在一個相對較高的溫度，此過程延續(xù)時間較長，確保冷卻水溫較穩(wěn)定，實現(xiàn)對發(fā)動機的預熱處理。
[0024]實施例7:
本實施例中的一種利用發(fā)動機廢氣余熱的相變蓄熱方法與實施例6的區(qū)別在于:步驟I中的換熱肋片為環(huán)形肋片。
[0025]實施例8:
本實施例中的一種利用發(fā)動機廢氣余熱的相變蓄熱方法與實施例6的區(qū)別在于:步驟I所述的相變材料可為無機鹽高溫相變材料，如，MgF2, KF，MgCl2, NaNO3, Li2SO4,Na2CO3, KOH, Li0H，50%NaCl+50%MgCl2，95.4%NaCl+4.6%CaCl2，L1H+LiF，37%LiCl+63%Li0H，Na2C03_BaC03/Mg0。
[0026]還可為無機鹽、陶瓷基復合儲能材料，如Na2S04/Si02，Na2C03_BaC03/Mg0，NaC03_NaN02/Mg0。
[0027]還可為有機物，如硬脂酸、軟脂酸、肉豆蔻酸、切片石蠟、月桂酸、正十四烷、正十五烷、正十六烷、正十八烷、乙酰胺、乙酰苯胺。
[0028]還可選擇赤藻糖醇作為相變材料。
[0029]相變材料并不唯一，本實施例僅舉例作為參考。
[0030]以上所述，僅為本發(fā)明的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術領域】的技術人員在本發(fā)明揭露的技術范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應以所述權利要求的保護范圍為準。
【權利要求】
1.一種利用發(fā)動機廢氣余熱的相變蓄熱裝置，其特征在于:所述的裝置包括熱流體管道、換熱肋片、冷流體管和套筒，所述的熱流體管道與發(fā)動機排氣管相連，在所述熱流體管道外固定連接換熱肋片，所述的換熱肋片邊緣設置有卡槽，冷流體管卡接在所述的卡槽內(nèi)，在換熱肋片和冷流體管外設置有套筒，在所述熱流體管道和套筒之間設置有相變材料。
2.如權利要求1所述的利用發(fā)動機廢氣余熱的相變蓄熱裝置，其特征在于:所述的換熱肋片為環(huán)狀肋片。
3.如權利要求1所述的利用發(fā)動機廢氣余熱的相變蓄熱裝置，其特征在于:所述的套筒及套筒的封頭為不銹鋼材質(zhì)，且套筒和套筒的兩端封頭焊接在一起。
4.如權利要求1所述的利用發(fā)動機廢氣余熱的相變蓄熱裝置，其特征在于:所述的熱流體管道和冷流體管道均為紫銅管。
5.如權利要求1所述的利用發(fā)動機廢氣余熱的相變蓄熱裝置，其特征在于:所述的冷流體管與卡槽間留有一定膨脹間隙。
6.一種利用發(fā)動機廢氣余熱的相變蓄熱方法，采用如權利要求1所述的裝置，其特征在于:步驟1:利用汽車行駛過程中產(chǎn)生的廢氣余熱使相變蓄熱裝置蓄能； 通過熱流體管道將熱量傳遞熱流體管壁及換熱肋片，相變材料吸收熱量，溫度升高，由固態(tài)轉(zhuǎn)換為液態(tài)，實現(xiàn)相變蓄熱裝置的蓄能； 步驟2:在冷啟動或熱車時，流經(jīng)相變蓄熱裝置的冷流體被加熱后使發(fā)動機預熱； 在冷啟動或熱車過程中，冷流體進入相變蓄熱裝置被加熱，被加熱的沿冷流體在發(fā)動機中放熱后，重新進入相變蓄熱裝置再次被加熱，繼續(xù)傳遞熱量給發(fā)動機，隨著相變蓄熱裝置溫度的下降，相變材料由液態(tài)轉(zhuǎn)換為固態(tài)，相變蓄熱裝置結束能量的釋放，實現(xiàn)對發(fā)動機的預熱處理。
7.如權利要求6所述的利用發(fā)動機廢氣余熱的相變蓄熱方法，其特征在于:步驟1所述的換熱肋片，為環(huán)形肋片。
【文檔編號】F01N5/02GK104482790SQ201410688784
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年11月26日 優(yōu)先權日:2014年11月26日
【發(fā)明者】馬俊達, 王暉, 董良, 盧小銳, 賴征海, 李冬梅 申請人:華晨汽車集團控股有限公司