[發明專利]饋能式熱管換熱裝置

有效

• 申請號: 201210006552.4
• 申請日: 2012-01-10
• 公開（公告）號: CN102536510A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: 舒歌群;黃志勇;衛海橋;田華;趙健
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: F02G5/02
• 分類號: F02G5/02;F28D15/02
• 代理公司: 天津盛理知識產權代理有限公司 12209
• 代理人: 董一寧

技術領域

本發明屬于熱能技術，具體涉及一種利用發動機排氣進行熱交換的裝置。

背景技術

眾所周知，發動機燃燒后的高溫廢氣將排向周圍環境，對環境造成污染并且浪費大量余熱能源。有關研究表明：目前車用內燃機實際運行效率為30％左右，排氣余熱占燃料燃燒釋放熱量的40-45％，因此理論上可利用的潛力巨大。

目前，國際公認通過有機朗肯動力循環進行排氣余熱的利用將是未來主流技術。具體是內燃機的高溫排氣通過熱交換裝置，將循環工質加熱到合適的溫度及壓力，工質經膨脹機等熵膨脹而對外輸出機械功。乏汽通過冷凝器冷卻，工質泵將液態工質送入熱交換裝置再與排氣進行換熱，周而復始，循環工作。在此循環過程中對工質狀態參數有較嚴格的要求，但整車在實際運行過程中，排氣溫度以及流量將呈現瞬變脈動，非常不穩定。這種用于余熱利用的熱交換器其冷、熱兩流體分別為低溫工質和高溫排氣，排氣溫度和流量狀態的變化將影響工質的狀態參數。當發動機運行工況變化較大或波動頻繁時，排氣溫度及流量的變化直接導致工質參數波動，從而使膨脹機將處于不穩定的(低效)狀態，甚至不能正常工作。由此將直接影響發動機余熱在實際中的應用。針對上述情況，本發明所提出的饋能式熱管換熱裝置能夠使上述問題得到滿意的解決。

發明內容

針對上述存在的技術缺陷，本發明的目的是，提供一種對車用內燃機變工況運行狀態而能夠自動反饋控制的換熱裝置，使瞬變脈動的排氣余熱能夠適用于有機朗肯動力循環，從而實現高效穩定運行。

本發明通過以下技術方案予以實現。換熱外殼內設有縱向交錯排列的熱管，在熱管排的中部設有絕熱層，絕熱層的上部空間設有工質側流體的入口與出口。在絕熱層的下部空間的下方設有饋能單元層，饋能單元層與熱管鑲嵌固定為一體。饋能單元層的上部空間設有氣側流體的出口；饋能單元層的下部空間設有氣側流體的入口。饋能單元層設有導流板和通氣孔，通氣孔與氣側流體的出口形成通道。

發動機排氣管與換熱裝置下部的氣側流體入口相接，氣側流體的出口接于整車排氣口。工質側流體的入口與出口分別接于有機郎肯循環熱利用系統。發動機高溫排氣由氣側流體入口進入，饋能單元層的通氣孔位于兩兩熱管之間，高溫氣體通過通氣孔與氣側流體出口形成的通道分別與熱管及饋能單元換熱后經氣側流體出口排出，實現將瞬變脈動排氣余熱傳遞給工質。本發明利用饋能單元吸收發動機尾氣余熱釋放給熱管加熱段，對饋能單元層內的相變材料蓄熱，利用相變材料(相變點)吸、放熱溫度不變的特性，使換熱器加熱側穩定工作在最佳溫度，不易隨內燃機工況變化。當發動機工況變化，排氣熱能使得熱管加熱段溫度高于最佳溫度時，饋能單元吸收熱量，延緩由最佳溫度向上限溫度轉變；當發動機工況變化，排氣熱能使得熱管加熱段溫度低于最佳溫度時，饋能單元釋放熱量，延緩由最佳溫度向下限溫度轉變，從而實現根據發動機工況變化饋能單元及時將能量進行調整，使有機朗肯循環熱循環工質溫度保持最佳，或將排氣溫度跳躍式的變化調整為線性變化過程。

本發明的特點以及有益效果是，該裝置由熱管換熱單元和饋能單元有機耦合，可以自動吸收、釋放熱量，能夠對換熱系統進行實時動態能量反饋，從而實現對瞬變脈動排氣余熱的穩定利用。本發明與(加裝在排氣管路上的)傳統換熱器比較，具有反饋能量進行調整的功能，而且整個反饋過程的響應時間非常短，使車用發動機在路況瞬變條件運行下，換熱裝置工作穩定，從而保證有機朗肯動力循環技術在車用發動機余熱利用領域進行廣泛推廣。

附圖說明

圖1是本發明裝置的結構以及原理示意圖。

圖2是圖1A-A向剖面示意簡圖。

具體實施方式

以下結合附圖并通過實施例對本發明作進一步的說明。需要說明的是本實施例是敘述性的，而非是限定性的，不以此限定本發明的保護范圍。

饋能式熱管換熱裝置，其結構是換熱外殼內設有縱向交錯排列的熱管1，在熱管排的中部設有絕熱層2，絕熱層的上部空間設有工質側流體的入口與出口。在絕熱層的下部空間的下方設有饋能單元層3，饋能單元層與熱管鑲嵌固定為一體。饋能單元層的上部空間設有氣側流體的出口；饋能單元層的下部空間設有氣側流體的入口(如圖1)。饋能單元層3設有導流板4和通氣孔5，通氣孔位于兩兩熱管之間，與氣側流體的出口形成通道。導流板4將饋能單元層下部空間的熱管分成單排氣側流體通道(如圖2)。饋能單元層為封閉框架體，在封閉框架體內裝有相變材料。