專(zhuān)利名稱(chēng)：一種微細(xì)尺度復(fù)合相變冷卻汽車(chē)熱管理方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，是一種高效的氣體冷卻方法及裝置，高 溫氣體通過(guò)本裝置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，使汽車(chē)尾氣符合日益嚴(yán)格的汽車(chē)尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)。
背景技術(shù)：
-
從19世紀(jì)初至今兩百年時(shí)間里，汽車(chē)產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展,迄今為止，全 球汽車(chē)數(shù)量已超過(guò)8億輛。汽車(chē)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(chē)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(lèi)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(chē)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(NOx)?？諝庵羞@些有害氣 體過(guò)量會(huì)引起光化學(xué)煙霧，人類(lèi)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(chē)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(chē)和新車(chē)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(chē)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(chē)尾氣排放控制較早也較嚴(yán)格，因此，他們所用的汽車(chē)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H20和C02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。C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
。C到80(TC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 — 70(TC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(chē)最高排氣溫度已 高達(dá)900。C，高溫化(達(dá)950。C)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(chē)熱管理裝置。汽車(chē)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(chē)，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裝置必須滿(mǎn)足 以下幾個(gè)條件(1)體積要小。汽車(chē)內(nèi)部設(shè)計(jì)是十分緊湊的，所以不可 能專(zhuān)門(mén)留有很大的空間來(lái)安裝熱管理裝置；(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—20CTC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)，如果熱管理裝置的壓降過(guò)大的話(huà)，就會(huì)降低發(fā)動(dòng)機(jī)的效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于
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(chē)熱管理方法及裝置。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是
一種微細(xì)尺度復(fù)合相變冷卻汽車(chē)熱管理方法，a、以管道將熱量吸 收轉(zhuǎn)換裝置和冷凝器密封、真空連接，并注入工質(zhì)；b、將熱量吸收轉(zhuǎn)換
裝置置于排氣管路中，在熱量吸收轉(zhuǎn)換裝置的內(nèi)管外壁軸向設(shè)置多數(shù)條 微細(xì)尺度槽道，構(gòu)成微槽群；將冷凝器置于迎風(fēng)處，冷凝器內(nèi)壁縱向設(shè) 有多數(shù)條液體工質(zhì)凝結(jié)與回流用槽道；c、汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)熱機(jī)后，汽車(chē)
行駛，管道開(kāi)通，液體工質(zhì)源源不斷地流入微槽群內(nèi)，液體工質(zhì)在槽內(nèi)
迅速發(fā)生蒸發(fā)與沸騰復(fù)合相變，把熱量帶走；d、氣態(tài)工質(zhì)經(jīng)管道進(jìn)入冷 凝器，氣流沖刷冷凝器的散熱片，將熱量釋放到周?chē)h(huán)境中；e、冷凝器 的散熱片吸收飽和工質(zhì)釋放的汽化潛熱后變?yōu)轱柡鸵后w，流入凝結(jié)與回 流用槽道，經(jīng)管道回到熱量吸收轉(zhuǎn)換裝置內(nèi)，完成一個(gè)循環(huán)，周而復(fù)始。 所述的方法，其還包括f、汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)低速或汽車(chē)停駛時(shí)，液體回流 管道關(guān)閉，以使排放的尾氣溫度不至過(guò)低。.
所述的方法，其所述工質(zhì)，為蒸餾水、甲醇或者乙醇。 一種微細(xì)尺度復(fù)合相變冷卻汽車(chē)熱管理裝置，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 ；
冷凝器的內(nèi)部為扁平空腔，在空腔的頂部和底部分別設(shè)有蒸氣入口 和飽和液體出口 ，冷凝器的飽和液體出口和熱量吸收轉(zhuǎn)換裝置的兩個(gè)液 體回流管接口通過(guò)液體回流管連通；冷凝器的蒸氣入口和熱量吸收轉(zhuǎn)換 裝置的蒸氣出口通過(guò)蒸氣保溫管連通；電磁閥位于液體回流管管路中；
冷凝器的空腔頂部還設(shè)有抽真空接口；整個(gè)裝置內(nèi)部抽真空，裝置 內(nèi)有工質(zhì)。
所述的熱管理裝置，其所述熱量吸收轉(zhuǎn)換裝置，其內(nèi)圓管的外徑為 20mm — 70mm，壁厚為0.5mm—10mm，材料為紫銅合金、鎳鉻合金或
不銹鋼；其外圓管內(nèi)徑在內(nèi)圓管外徑的基礎(chǔ)上增加lmm — 20mm,壁厚為 0.5mm—10mm，材料為不銹鋼；整個(gè)內(nèi)圓管外壁面均布軸向微槽群；微 槽道的截面形狀為半圓形、矩形、梯形或者三角形；微槽道頂部的寬度 和深度在0.01mm—5mm之間，相鄰兩個(gè)微槽道中心間的間距為O.lmm 一5mm;相鄰微槽道之間為相應(yīng)形狀的微肋片。
所述的熱管理裝置，其所述內(nèi)圓管外表面的復(fù)合材料由絲網(wǎng)和毛細(xì) 多孔材料組合而成，絲網(wǎng)層和多孔材料層交替貼合，絲網(wǎng)的層數(shù)在I一IO 之間，多孔材料的層數(shù)在l一5之間；絲網(wǎng)目數(shù)為50 — 1000;復(fù)合材料 厚度在0.5mm—5mm之間；內(nèi)圓管形成的通道兩端，通過(guò)法蘭與排氣管 相連通。 _
所述的熱管理裝置，其所述熱量吸收轉(zhuǎn)換裝置，內(nèi)部環(huán)形空腔中的 兩鋼板，其距離最近的圓管端面分別為管長(zhǎng)的1/20—1/4。
所述的熱管理裝置，其所述環(huán)形鋼板的厚度為0.5mm—10mm;鋼 板分割的三部分空腔a、 b、 c,相鄰兩部分之間由微槽和多孔復(fù)合材料連 通，環(huán)形鋼板與外圓管內(nèi)壁和內(nèi)圓管外壁上的復(fù)合材料結(jié)合處均密封。
所述的熱管理裝置，其所述風(fēng)冷式冷凝器的空腔厚度為2mm — 50mm，空腔內(nèi)壁有通向底部的縱向液體凝結(jié)與回流用槽道，槽道的截面 形狀為矩形、半圓形、梯形或三角形，槽道的頂部寬度在0.01mm—5mm 之間，槽深在0.5mm—5mm之間，相鄰兩槽中心間距在O.lmm—lOmm 之間；空腔外壁上設(shè)有散熱肋片，肋片高度和厚度為lmm—50mm，肋 片間距為lmm—20mm。
所述的熱管理裝置，其所述蒸氣保溫管，是由聚氨酯或聚乙烯材料 制成，其內(nèi)部有承壓鋼絲，其直徑為10mm—50mm。
所述的熱管理裝置，其所述液體回流管，是由聚酰胺、聚氨值或聚 乙烯材料制成，直徑為3mm—20mm。
所述的熱管理裝置，其所述電磁閥，是通過(guò)電信號(hào)來(lái)控制其開(kāi)閉。 所述的熱管理裝置，其所逸工質(zhì)，在內(nèi)部循環(huán)，為蒸餾水、甲醇或 者乙醇。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)^P:.
國(guó)內(nèi)外的研究表明，微槽道內(nèi)工質(zhì)的蒸發(fā)和沸騰有著極高的換熱強(qiáng) 度，屬于微空間尺度下的傳熱傳質(zhì)的超?，F(xiàn)象，本發(fā)明就是利用了其換 熱效率高這一優(yōu)點(diǎn)。在熱量吸收轉(zhuǎn)換裝置的內(nèi)管外壁布置了很多微細(xì)尺 度槽道，液體工質(zhì)源源不斷地從兩端環(huán)形空腔流入微槽群內(nèi)，液體工質(zhì) 在槽內(nèi)迅速發(fā)生蒸發(fā)與沸騰復(fù)合相變，把熱量帶走。和常規(guī)的冷卻方式 如風(fēng)冷、水冷相比，這種冷卻方式的表面對(duì)流換熱系數(shù)更高，所需換熱 面積更小。
熱管理裝置的冷凝器放置在汽車(chē)前部，在汽車(chē)行使過(guò)程中，周?chē)?速氣流沖刷冷凝器的散熱片，將熱量釋放到周?chē)h(huán)境中。散熱片吸收飽 和蒸氣釋放的汽化潛熱，蒸氣釋放汽化潛熱后變?yōu)轱柡鸵后w，不需像其 它風(fēng)冷式冷凝器那樣要在冷凝器外邊加裝風(fēng)扇，既節(jié)省了風(fēng)扇的電力耗 散冷卻效率又高。另外在本發(fā)明中，冷凝器和熱量吸收轉(zhuǎn)換裝置分開(kāi)布 置，先用熱量吸收裝置吸收高溫尾氣的熱量，然后把熱量輸運(yùn)到異地通 過(guò)冷凝器把熱量排放到周?chē)h(huán)境中，克服了以往布置汽車(chē)熱管理裝置時(shí) 所存在的空間狹小、散熱面積不足的局限性，使熱管理裝置的設(shè)計(jì)不受 排氣管周?chē)臻g的限制。


圖1為本發(fā)明的微細(xì)尺度復(fù)合相變冷卻汽車(chē)熱管理裝置示意圖； 圖2為本發(fā)明的熱量吸收轉(zhuǎn)換裝置結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3為本發(fā)明的內(nèi)管壁面微槽充液后截面示意圖； 圖4為本發(fā)明的風(fēng)冷式冷凝器的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
圖1所示為本發(fā)明的一種微細(xì)尺度復(fù)合相變冷卻的汽車(chē)熱管理裝
置，主要由熱量吸收轉(zhuǎn)換裝置4、冷凝器l、蒸氣保溫管2、液體回流管 3和電磁閥5組成。見(jiàn)圖2，熱量吸收轉(zhuǎn)換裝置4由內(nèi)外兩根直徑不同長(zhǎng) 度相同的金屬圓管21、 22嵌套而成，且外、內(nèi)圓管21、 22兩端密封固 連有法蘭面23，內(nèi)圓管22的內(nèi)腔與兩法蘭面23上的通孔相適配，形成 1Jt;一安裝后兩圓管的軸線(xiàn)重合；內(nèi)圓管22外表面刻軸向微槽群(參見(jiàn)
圖3)，微槽24外表面鍍納米薄膜29，外表面由一層多孔復(fù)合材料30包 裹；外圓管21內(nèi)表面和內(nèi)圓管22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25分成a、 b、 c三部分。a、 c兩部分位于兩端，是蓄液 區(qū)；b部分位于中間，為蒸氣區(qū)。a、 c兩區(qū)域在外管上面分別有一個(gè)液 體回流管接口26、 27; b區(qū)域在外管表面開(kāi)有蒸氣出口 28。
風(fēng)冷式冷凝器1內(nèi)部為扁平空腔11，在空腔11的頂部和底部分別 布置有飽和蒸氣入口 12和飽和液出口 13?？涨?1的頂部還設(shè)有抽真空 接口 15 (見(jiàn)圖1)。冷凝器1的外部是散熱肋片14。熱量吸收轉(zhuǎn)換裝置4 的液體回流管接口 26、 27分別經(jīng)液體回流管3和風(fēng)冷式冷凝器1的飽和 液出口 13相通連；熱量吸收轉(zhuǎn)換裝置4的蒸氣出口 28和風(fēng)冷式冷凝器 1的蒸氣入口 12通過(guò)蒸氣保溫管2相通連。
電磁閥5安裝在液體回流管3的管路中(見(jiàn)圖l)，通過(guò)電信號(hào)來(lái)控 制其開(kāi)關(guān)。整個(gè)裝置內(nèi)部抽真空。
在整個(gè)裝置工作時(shí)，兩端空腔b、 c內(nèi)部充滿(mǎn)液體工質(zhì)31，這些液 體工質(zhì)31在微槽24毛細(xì)力的作用下，流入到內(nèi)管22外壁上的微槽群中 (見(jiàn)圖3)。發(fā)動(dòng)機(jī)排出的高溫尾氣從熱量吸收轉(zhuǎn)換裝置4的內(nèi)管22中 流過(guò)，并與內(nèi)管內(nèi)壁面之間發(fā)生熱量交換，高溫尾氣放熱冷卻，內(nèi)管22 被加熱，內(nèi)管22被加熱后必然會(huì)引起微槽24內(nèi)液體工質(zhì)31產(chǎn)生蒸發(fā)與 沸騰復(fù)合相變，飽和液體工質(zhì)31大量吸收內(nèi)管的熱量后變?yōu)檎魵?，蒸?在壓差的作用下通過(guò)空腔b外管上面的蒸氣出口 28進(jìn)入蒸氣保溫管2， 然后由飽和蒸氣入口 12進(jìn)入風(fēng)冷式冷凝器1中釋放氣化潛熱冷凝為液 體，氣化潛熱通過(guò)風(fēng)冷式冷凝器1的散熱片14釋放到空氣中。冷凝器1 中存留的液體通過(guò)冷凝器l底部的飽和液出口 13流出，然后再流經(jīng)液體 回流管3由液體回流管接口26、 27進(jìn)入熱量吸收轉(zhuǎn)換裝置4兩端的兩個(gè) 環(huán)形空腔b、 c。至此，內(nèi)部工質(zhì)31完成了一個(gè)循環(huán)，把高溫尾氣的溫 度降低到80(TC以?xún)?nèi)，然后排出的高溫尾氣再進(jìn)入安裝在排氣管后部的 三元催化裝置，尾氣中的一氧化碳(CO)、碳?xì)浠衔?HC)和氮氧化 合物(NOX)等有害氣體在催化劑的作用下轉(zhuǎn)化為水、二氧化碳和氮?dú)猓?最后排入大氣中。
在發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作的情況下，電磁閥5處于打開(kāi)狀態(tài)，以利于液體流入熱量吸收轉(zhuǎn)換裝置4中；當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于熄火、怠速或剛開(kāi)機(jī)的幾分 鐘內(nèi)，電磁閥5處于關(guān)閉狀態(tài)，以此來(lái)阻止液體的蒸發(fā)吸熱，使尾氣的
溫度不至于低于40(TC。
熱量吸收轉(zhuǎn)換裝置4內(nèi)管22的外徑為20mm—70mm，內(nèi)管22壁 厚為0.5mm—10mm，材料為紫銅合金、鎳鉻合金或不銹鋼;其外管21內(nèi) 徑在內(nèi)管22外徑的基礎(chǔ)上增加lmm—20mm,夕卜管21的壁厚為0.5mm— 10mm，材料為不銹鋼。整個(gè)內(nèi)管22外壁面均布軸向微槽24。微槽道的 截面形狀為半圓形、矩形、梯形或者三角形。微槽道寬度和深度在O.Olmm 一5mm之間，相鄰兩個(gè)微槽道中心間的間距為0.1mm — 5mm。相鄰微槽 道之間為相應(yīng)形狀的微肋片。
熱量吸收轉(zhuǎn)換裝置4內(nèi)管22外表面的微槽24鍍納米薄膜29;內(nèi)管 22的整個(gè)外表面由復(fù)合材料30包裹，該復(fù)合材料由絲網(wǎng)和毛細(xì)多孔材 料組成，絲網(wǎng)目數(shù)為50—1000;復(fù)合材料30厚度在0.5mm — 5mm之間。 外管21內(nèi)壁不鍍納米薄膜，也不包裹復(fù)合材料。
熱量吸收轉(zhuǎn)換裝置4內(nèi)部環(huán)形空腔中安裝的與環(huán)形區(qū)域具有相同截 面形狀的鋼片25的位置距離最近的圓管端面的距離分別為管長(zhǎng)的1/20 — 1/4。
環(huán)形鋼片25的厚度為0.5mm—10mm。相鄰兩部分之間由微槽群和 毛細(xì)復(fù)合材料連通，環(huán)形鋼片25與內(nèi)管22外壁包裹的復(fù)合材料30和外 管21內(nèi)壁的結(jié)合處均密封。
風(fēng)冷式冷凝器1內(nèi)部用來(lái)冷凝蒸氣的空腔11為長(zhǎng)方體形狀，其厚度 在2mm—50mm之間?？涨?1壁面有通向底部的縱向液體回流槽道16， 槽道16的截面形狀為矩形、半圓形、梯形或三角形，槽道16的頂部寬 度在0.01mm—5mm之間，槽深在0.5mm—5mm之間，相鄰兩槽中心間 距在O.lmm—lOmm之間。冷凝器1外部設(shè)置的散熱肋片14的高度和厚 度為lmm—50mm，肋片間距為lmm—20mm。
蒸氣保溫管2是由聚氨酯、聚乙烯制成，其內(nèi)部有耐壓鋼絲。蒸氣 保溫管2的直徑為10mm—50mm。
液體回流管3是由聚酰胺、聚氨脂或聚乙烯材料制成，直徑為3mm 一20mmc
根據(jù)確定尾氣的流量和流經(jīng)這一熱管理裝置的溫度降，根據(jù)尾氣的 物性特征計(jì)算出裝置所需的冷卻量。根據(jù)所需的冷卻量再確定合適的熱 管理裝置各個(gè)部件的尺寸參數(shù)，比如熱量吸收轉(zhuǎn)換裝置4兩鋼管21、 22
的內(nèi)外直徑，微槽24的深度、寬度和間距，冷凝器l的尺寸等。根據(jù)確 定的裝置的尺寸，加工出熱量吸收轉(zhuǎn)換裝置4和冷凝器1，熱量吸收轉(zhuǎn) 換裝置4上面開(kāi)有兩個(gè)液體回流管接口 26、 27和一個(gè)蒸氣出口 28，兩 端焊接有連接法蘭盤(pán)23。冷凝器1上下部位分別設(shè)有蒸氣入口 12和飽 和液出口 13，上部還設(shè)有抽真空接口 15。把熱量吸收轉(zhuǎn)換裝置4安裝在 發(fā)動(dòng)機(jī)排氣歧管出口不遠(yuǎn)處，通過(guò)兩法蘭面23與排氣管相接，內(nèi)圓管22 形成通道，通道兩端即與排氣管相連通。冷凝器1安裝在汽車(chē)前格柵處， 有利于風(fēng)冷換熱。熱量吸收轉(zhuǎn)換裝置4上的兩個(gè)液體回流管接口 26、 27 和冷凝器1上的飽和液出口 13通過(guò)液體回流管3相接，接口處須密封， 液體回流管3管路上安裝電磁閥5。熱量吸收轉(zhuǎn)換裝置4的蒸氣出口 28 和冷凝器l的蒸氣入口 12通過(guò)蒸氣保溫管2相接，接口處須密封。裝置 安裝完以后，注入工質(zhì)31，再用抽氣機(jī)通過(guò)抽真空接口 15把整個(gè)裝置 內(nèi)部抽真空。
當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定工作后，打開(kāi)電磁閥5的開(kāi)關(guān)，液體回流管3內(nèi)的液 體緩緩流入熱量吸收轉(zhuǎn)換裝置4兩端的環(huán)形空腔a、 c中，在微槽24毛 細(xì)力的作用下，液體流入到整個(gè)微槽24。高速高溫尾氣從熱量吸收轉(zhuǎn)換 裝置4的內(nèi)管22中流過(guò)，尾氣的熱量通過(guò)強(qiáng)迫對(duì)流換熱傳給管壁，使管 壁升溫，內(nèi)管22外壁上微槽24內(nèi)的液體吸收熱量發(fā)生蒸發(fā)與沸騰復(fù)合 相變換熱。隨著液體的汽化，熱量吸收轉(zhuǎn)換裝置4內(nèi)的壓力會(huì)逐漸增加， 在壓力差的作用下，蒸氣通過(guò)蒸氣保溫管2流入冷凝器1中，蒸氣在冷 凝器1中把熱量傳遞給冷凝器1內(nèi)的凝結(jié)壁面后變?yōu)橐后w。發(fā)動(dòng)機(jī)停機(jī)、 低速運(yùn)行或者冷機(jī)啟動(dòng)后的幾分鐘內(nèi)，熱管理裝置的電磁閥5處于關(guān)閉 狀態(tài)，使尾氣的溫度不至于過(guò)低，發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行使電磁閥5打開(kāi)，使 尾氣的溫度不至于過(guò)高。
權(quán)利要求
1. 一種微細(xì)尺度復(fù)合相變冷卻汽車(chē)熱管理方法，其特征在于，a、以管道將熱量吸收轉(zhuǎn)換裝置和冷凝器密封、真空連接，并注入工質(zhì)；b、將熱量吸收轉(zhuǎn)換裝置置于排氣管路中，在熱量吸收轉(zhuǎn)換裝置的內(nèi)管外壁軸向設(shè)置多數(shù)條微細(xì)尺度槽道，構(gòu)成微槽群；將冷凝器置于迎風(fēng)處，冷凝器內(nèi)壁縱向設(shè)有多數(shù)條蒸氣凝結(jié)與液體工質(zhì)回流用槽道；c、汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)熱機(jī)后，汽車(chē)行駛，管道開(kāi)通，液體工質(zhì)源源不斷地流入微槽群內(nèi)，液體工質(zhì)在槽內(nèi)迅速發(fā)生蒸發(fā)與沸騰復(fù)合相變，把熱量帶走；d、氣態(tài)工質(zhì)經(jīng)管道進(jìn)入冷凝器，氣流沖刷冷凝器的散熱片，將熱量釋放到周?chē)h(huán)境中；e、冷凝器的散熱片吸收飽和工質(zhì)釋放的汽化潛熱后變?yōu)轱柡鸵后w，流入凝結(jié)與回流用槽道，經(jīng)管道回到熱量吸收轉(zhuǎn)換裝置內(nèi)，完成一個(gè)循環(huán)，周而復(fù)始。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括f、汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)低 速或汽車(chē)停駛時(shí)，液體回流管道關(guān)閉，以使排放的尾氣溫度不至過(guò) 低。
3. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述工質(zhì)，為蒸餾水、乙 醇或者甲醇。
4. 一種如權(quán)利要求1所述的方法使用的微細(xì)尺度復(fù)合相變冷卻汽車(chē)熱 管理裝置，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；其特征在于，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 夕卜、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；冷凝器的內(nèi)部為扁平空腔，在空腔的頂部和底部分別設(shè)有蒸氣 入口和飽和液體出口，冷凝器的飽和液體出口和熱量吸收轉(zhuǎn)換裝置 的兩個(gè)液體回流管接口通過(guò)液體回流管連通；冷凝器的蒸氣入口和 熱量吸收轉(zhuǎn)換裝置的蒸氣出口通過(guò)蒸氣保溫管連通；電磁閥位于液 體回流管管路中；冷凝器的空腔頂部還設(shè)有抽真空接口；整個(gè)裝置 內(nèi)部抽真空，裝置內(nèi)有工質(zhì)。
5. 如權(quán)利要求4中所述的熱管理裝置，其特征在于，所述熱量吸收轉(zhuǎn) 換裝置，其內(nèi)圓管的外徑為20mm—70mm，壁厚為0.5mm—10mm， 材料為紫銅合金、鎳鉻合金或不銹鋼；其外圓管內(nèi)徑在內(nèi)圓管外徑 的基礎(chǔ)上增加lmm—20mm,壁厚為0.5mm—10mm，材料為不銹鋼； 整個(gè)內(nèi)圓管外壁面均布軸向微槽群；微槽道的截面形狀為半圓形、 矩形、梯形或者三角形；微槽道頂部的寬度和深度在0.01mm—5mm 之間，相鄰兩個(gè)微槽道中心間的間距為0.1mm — 5mm;相鄰微槽 道之間為相應(yīng)形狀的微肋片。
6. 如權(quán)利要求4或5中所述的熱管理裝置，其特征在于，所述內(nèi)圓管 外表面的復(fù)合材料由絲網(wǎng)和毛細(xì)多孔材料組合而成，絲網(wǎng)層和多孔 材料層交替貼合，絲網(wǎng)的層數(shù)在1 10之間，多孔材料的層數(shù)在1 5 之間；絲網(wǎng)目數(shù)為50—1000;復(fù)合材料厚度在0.5mm—5mm之間； 內(nèi)圓管形成的通道兩端，通過(guò)法蘭與排氣管相連通。
7. 如權(quán)利要求4或5中所述的熱管理裝置，其特征在于，所述熱量吸 收轉(zhuǎn)換裝置，內(nèi)部環(huán)形空腔中的兩鋼板，其距離最近的圓管端面分 別為管長(zhǎng)的1/20 — 1/4。
8. 如權(quán)利要求7中所述的熱管理裝置，其特征在于，所述環(huán)形鋼板的 厚度為0.5mm—10mm;鋼板分割的三部分空腔a、 b、 c，相鄰兩 部分之間由微槽和多孔復(fù)合材料連通，環(huán)形鋼板與外圓管內(nèi)壁和內(nèi) 圓管外壁上的復(fù)合材料結(jié)合處均密封。
9. 如權(quán)利要求4中所述的熱管理裝置，其特征在于，所述風(fēng)冷式冷凝 器的空腔厚度為2mm—50mm，空腔內(nèi)壁有通向底部的縱向液體凝 結(jié)與回流用槽道，槽道的截面形狀為矩形、半圓形、梯形或三角形， 槽道的頂部寬度在0.01mm—5mra之伺，槽深在0.5mm — 5mm之 間，相鄰兩槽中心間距在0.1mm — 10mm之間；空腔外壁上設(shè)有散 熱肋片，肋片高度和厚度為lmm — 50mm，肋片間距為lmm — 20mm。
10. 如權(quán)利要求4中所述的熱管理裝置，其特征在于，所述蒸氣保溫管， 是由聚氨酯或聚乙烯材料制成，其內(nèi)部有承壓鋼絲，其直徑為lOmm 一50mm。
11. 如權(quán)利要求4中所述的熱管理裝置，其特征在于，所述液體回流管， 是由聚酰胺、聚氨值或聚乙烯材料制成，管直徑為3mm—20mm。
12. 如權(quán)利要求4中所述的熱管理裝置，其特征在于，所述電磁閥，是 通過(guò)電信號(hào)來(lái)控制其開(kāi)閉。
13. 如權(quán)利要求4中所述的熱管理裝置，其特征在于，所述工質(zhì)，在內(nèi) 部循環(huán)，為蒸餾水、甲醇或者乙醇。
全文摘要
本發(fā)明是一種微細(xì)尺度復(fù)合相變冷卻汽車(chē)熱管理方法及裝置，涉及發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)，該方法利用微細(xì)槽道內(nèi)工質(zhì)的蒸發(fā)和沸騰復(fù)合相變換熱有著極高的換熱強(qiáng)度這一特征，大大提高換熱效率；該管理裝置由熱量吸收轉(zhuǎn)換裝置、風(fēng)冷式冷凝器、電磁閥、液體回流管和蒸氣保溫管組成。熱量吸收轉(zhuǎn)換裝置的液體入口和風(fēng)冷式冷凝器的液體出口通過(guò)液體回流管相接；熱量吸收轉(zhuǎn)換裝置的蒸氣出口和風(fēng)冷式冷凝器的蒸氣入口通過(guò)蒸氣保溫管相接，電磁閥安裝在液體回流管上面，裝置內(nèi)抽真空。本發(fā)明的管理方法及裝置，有效降低過(guò)高的汽車(chē)尾氣溫度，使汽車(chē)三元催化裝置正常工作，有效減少汽車(chē)尾氣中污染物的含量。
文檔編號(hào)F28D15/04GK101382399SQ20071012136
公開(kāi)日2009年3月11日 申請(qǐng)日期2007年9月5日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月5日
發(fā)明者唐大偉, 聶雪磊, 胡學(xué)功 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所