[實(shí)用新型]一種微細(xì)尺度復(fù)合相變冷卻汽車熱管理系統(tǒng)

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200720172973.9
• 申請(qǐng)日: 2007-09-05
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN201133778Y
• 公開(kāi)（公告）日: 2008-10-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡學(xué)功;聶雪磊;唐大偉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所
• 主分類號(hào): F28D15/04
• 分類號(hào): F28D15/04;F01N3/02;F01N3/28
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 周國(guó)城

技術(shù)領(lǐng)域：

本實(shí)用新型涉及發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，是一種高效的氣體冷卻系統(tǒng)，高溫氣體通過(guò)本系統(tǒng)冷卻后溫度可明顯降低，適用于大功率發(fā)動(dòng)機(jī)高溫尾氣的冷卻。

技術(shù)背景：

從19世紀(jì)初至今兩百年時(shí)間里，汽車產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展，迄今為止，全球汽車數(shù)量已超過(guò)8億輛。汽車作為一種最主要的交通工具，業(yè)已成為現(xiàn)代社會(huì)文明的標(biāo)志。然而，汽車在大力促進(jìn)生產(chǎn)力發(fā)展、為人們出行提供極大方便的同時(shí)，其排放的尾氣也對(duì)人類自身健康產(chǎn)生危害，對(duì)大氣環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染。汽車尾氣中的主要有害氣體是一氧化碳(CO)、碳?xì)浠衔?HC)和氮氧化合物(NO_X)。空氣中這些有害氣體過(guò)量會(huì)引起光化學(xué)煙霧，人類與之接觸并大量吸入會(huì)引起中毒、導(dǎo)致疾病、甚至誘發(fā)癌癥危及生命。同時(shí)，其還可導(dǎo)致大氣能見(jiàn)度降低，影響動(dòng)植物的生長(zhǎng)，加重大氣環(huán)境的溫室效應(yīng)。汽車尾氣污染問(wèn)題已引起了世界各國(guó)的重視，各國(guó)政府和企業(yè)紛紛投入大量的人力和財(cái)力來(lái)解決這一問(wèn)題。目前在用車和新車中廣泛采用的是尾氣凈化催化技術(shù)。它是采用一些先進(jìn)的機(jī)外凈化技術(shù)對(duì)汽車產(chǎn)生的廢氣進(jìn)行凈化以減少污染，此途徑雖不能達(dá)到“零污染”，但是在找到新的更好的解決方法之前，卻是切實(shí)可行的減少污染的辦法。由于歐洲、美國(guó)和日本等發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)汽車尾氣排放控制較早也較嚴(yán)格，因此，他們所用的汽車尾氣凈化催化劑較廣泛，目前主要是使用三元催化劑。這種催化劑中即有使HC和CO氧化成H₂O和CO₂的氧化劑，也有使NOx還原成N₂的還原劑，這樣就能起到很好的凈化作用。三元催化劑最低要在350℃的時(shí)候起反應(yīng)，溫度過(guò)低時(shí)，轉(zhuǎn)換效率急劇下降；而催化劑的活性溫度(最佳工作溫度)是400℃到800℃左右，過(guò)高也會(huì)使催化劑老化加劇。一旦工作溫度過(guò)高就容易引起催化劑老化，縮短工作壽命和催化效率。現(xiàn)在一般的發(fā)動(dòng)機(jī)排放尾氣的溫度是400-700℃左右，在這種工況下，三元催化劑能有效的發(fā)揮作用。但是隨著現(xiàn)在增壓技術(shù)等新技術(shù)在發(fā)動(dòng)機(jī)上的運(yùn)用，發(fā)動(dòng)機(jī)的性能不斷提升，尾氣的溫度也不斷升高，最近某些汽車最高排氣溫度已高達(dá)900℃，高溫化(達(dá)950℃)趨勢(shì)非常明顯。而同時(shí)，各國(guó)的尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)也變得更加嚴(yán)格，歐洲早在2005年已經(jīng)實(shí)行了“歐4”排放標(biāo)準(zhǔn)。為了達(dá)到這一標(biāo)準(zhǔn)，在采取其它措施的同時(shí)，必須保證三元催化劑在活性溫度范圍內(nèi)有效地工作。這就需要在部分發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣口加裝一種冷卻裝置，以此把尾氣的溫度降低到三元催化劑正常工作溫度范圍內(nèi)。我們把這種冷卻裝置叫做汽車熱管理系統(tǒng)。汽車的內(nèi)部設(shè)計(jì)是十分緊湊的，特別是對(duì)于安裝有渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的汽車，要在發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管后面接一個(gè)風(fēng)冷或者水冷那樣的體積較大的冷卻裝置是很不現(xiàn)實(shí)的，而且要求高溫尾氣通過(guò)該冷卻裝置之后壓降不能太大，以免影響尾氣的正常排放。從以上分析可以看出，發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管上加裝的這種熱管理系統(tǒng)必須滿足以下幾個(gè)條件：(1)體積要小。汽車內(nèi)部設(shè)計(jì)是十分緊湊的，所以不可能專門留有很大的空間來(lái)安裝熱管理系統(tǒng)；(2)冷卻效率要高。發(fā)動(dòng)機(jī)在高負(fù)荷時(shí)排氣量很大，尾氣的速度也相當(dāng)高，要使尾氣流經(jīng)一個(gè)小體積的冷卻裝置后溫度能降低100-200℃是相當(dāng)難的，這就要求冷卻裝置效率非常高；(3)尾氣壓降要小。發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣的壓力僅僅比大氣壓稍大一點(diǎn)，如果熱管理系統(tǒng)的壓降過(guò)大的話，就會(huì)降低發(fā)動(dòng)機(jī)的效率。

實(shí)用新型內(nèi)容：

本實(shí)用新型的目的在于：

解決現(xiàn)有技術(shù)存在的換熱器換熱效率低、體積龐大、氣體通過(guò)壓降過(guò)大的缺陷；從而提供一種換熱效率高、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)緊湊、壓降小的微細(xì)尺度復(fù)合相變冷卻的汽車熱管理系統(tǒng)。

為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是：

一種微細(xì)尺度復(fù)合相變冷卻汽車熱管理系統(tǒng)，它包括熱量吸收轉(zhuǎn)換裝置、風(fēng)冷式冷凝器、蒸氣保溫管、液體回流管和電磁閥；其熱量吸收轉(zhuǎn)換裝置包括內(nèi)外兩根直徑不同、長(zhǎng)度相同的金屬圓管，兩管同軸嵌套，兩端面對(duì)齊且外、內(nèi)圓管形成的兩環(huán)形端面密封并連有法蘭面，內(nèi)圓管的內(nèi)腔與兩法蘭面上的通孔相適配，形成通道；內(nèi)圓管外表面刻有軸向微槽群，微槽表面鍍納米薄膜，外表面由一層多孔復(fù)合材料包裹；外圓管內(nèi)表面和內(nèi)圓管外表面間的環(huán)形區(qū)域被同樣截面形狀的兩片環(huán)形鋼板分為空腔a、b、c三部分；

空腔b位于中間，為蒸氣區(qū)，空腔b區(qū)域在外圓管表面開(kāi)有蒸氣出口；空腔a、c分別位于兩端，是蓄液區(qū)，空腔a、c兩區(qū)域在外圓管上面分別有一個(gè)液體回流管接口；