采用固液相變儲(chǔ)熱器的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液余熱利用暖機(jī)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種采用固-液相變儲(chǔ)熱器的發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)暖機(jī)系統(tǒng)，尤其涉及一種采用固液相變儲(chǔ)熱器的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液余熱利用暖機(jī)系統(tǒng)及其方法，利用相變儲(chǔ)熱器回收冷卻液帶走的熱能，并用于起動(dòng)暖機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]由于以內(nèi)燃機(jī)為動(dòng)力的汽車排放對(duì)城市環(huán)境污染造成的影響，以及全球性的能源問題，節(jié)能減排成為汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的重要研宄方向。綜合國(guó)際上最新的研宄進(jìn)展，提高內(nèi)燃機(jī)效率的關(guān)鍵技術(shù)途徑主要有兩條:一是以內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)高效、清潔燃燒過程的組織為目標(biāo)的新一代內(nèi)燃機(jī)燃燒理論和技術(shù)，在我國(guó)已經(jīng)有組織地開展了相關(guān)研宄；二是內(nèi)燃機(jī)余熱能的回收利用理論和技術(shù)。因此，本實(shí)用新型對(duì)于積極應(yīng)對(duì)國(guó)際上內(nèi)燃機(jī)節(jié)能和減排技術(shù)的挑戰(zhàn)具有重要意義。
[0003]發(fā)動(dòng)機(jī)余熱能具有低品位能到高品位能的梯級(jí)特性，排氣能流的溫度和壓力具有隨內(nèi)燃機(jī)工作循環(huán)和運(yùn)行工況變化的瞬態(tài)脈動(dòng)特性等特點(diǎn)，從而增加了余熱利用的難度。//汽車?yán)鋯?dòng)時(shí)，由于冷卻液溫度較低，一方面造成排氣HC，CO，顆粒物含量較高；另一方面，發(fā)動(dòng)機(jī)零部件潤(rùn)滑不良，造成摩擦磨損加??；而在環(huán)境溫度較低時(shí)，冷啟動(dòng)比熱啟動(dòng)困難，特別是柴油機(jī)。起動(dòng)暖機(jī)可以改善上述問題，而目前國(guó)內(nèi)外研宄中，起動(dòng)暖機(jī)技術(shù)通常是通過電加熱器對(duì)冷卻液進(jìn)行加熱，這種方式對(duì)加熱器的功率需求較大，而汽車電瓶只有12V，勢(shì)必造成電流過大，功耗過高；而電瓶的充電亦是由發(fā)動(dòng)機(jī)通過皮帶帶動(dòng)發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，消耗燃油轉(zhuǎn)化而來的，既降低了轉(zhuǎn)化效率，又造成了化石燃料的浪費(fèi)。而通過本實(shí)用新型，將較難利用的發(fā)動(dòng)機(jī)余熱回收，儲(chǔ)存起來，用于起動(dòng)暖機(jī)，既解決了節(jié)能問題，又改善了排放，一舉兩得。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型設(shè)計(jì)了一種采用固-液相變儲(chǔ)熱器的發(fā)動(dòng)機(jī)余熱利用起動(dòng)暖機(jī)系統(tǒng)，用相變儲(chǔ)熱器將發(fā)動(dòng)機(jī)由冷卻液帶走的熱量回收儲(chǔ)存起來，在發(fā)動(dòng)機(jī)下次啟動(dòng)時(shí)，通過相變材料的相變過程將潛熱釋放出來，加熱冷卻液，使發(fā)動(dòng)機(jī)迅速暖機(jī)。既解決了余熱利用，又解決了起動(dòng)暖機(jī)問題。
[0005]本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下:
[0006]一種固液相變儲(chǔ)熱器為單通道儲(chǔ)熱器，包括儲(chǔ)熱單元、殼體和保溫層，所述的儲(chǔ)熱單元為由相變材料填充的細(xì)管，儲(chǔ)熱單元包裹在冷卻液通道內(nèi)，各儲(chǔ)熱單元之間的空隙由冷卻液充滿，冷卻液通道外層與外殼包圍的區(qū)域是抽成真空的隔熱層，所述殼體上設(shè)有冷卻液入口、冷卻液出口和抽出口，冷卻液入口和冷卻液出口通過冷卻液通道相連，所述殼體由保溫層包裹。
[0007]優(yōu)選的，所述的相變材料為相變溫度在50_90°C的常低溫相變儲(chǔ)熱材料。
[0008]更優(yōu)選的，所述的相變材料為硬脂酸微膠囊，所述硬脂酸膠囊熔點(diǎn)70.7 V，熔融焓為 203kJ/ (kg.K)。
[0009]所述固液相變儲(chǔ)熱器的發(fā)動(dòng)機(jī)余熱利用暖機(jī)系統(tǒng)包括:溫度傳感器、電子節(jié)溫器、電子風(fēng)扇、散熱器、所述的固液相變儲(chǔ)熱器、電子三通閥和MCU ;
[0010]發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液出口處設(shè)有溫度傳感器，相變儲(chǔ)熱器安裝于小循環(huán)通道上，相變儲(chǔ)熱器進(jìn)水口連接到電子節(jié)溫器上，出水口連接到電子三通閥上，電子三通閥另外兩端分別連接電子水泵和散熱器，構(gòu)成整個(gè)冷卻液循環(huán)通道；
[0011]溫度傳感器通過信號(hào)線連接到MCU，MCU通過控制線連接到電子水泵、電子風(fēng)扇、電子節(jié)溫器、電子三通閥。
[0012]所述系統(tǒng)的余熱利用暖機(jī)方法是:
[0013]當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)，MCU控制電子節(jié)溫器和電子三通閥始終保持同步工作，即保證相同的大小循環(huán)開度，讓溫度較高的冷卻液通過相變儲(chǔ)熱器，與溫度較低的相變材料發(fā)生熱交換，將熱能儲(chǔ)存在相變儲(chǔ)熱器中，相變儲(chǔ)熱器在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行的過程中始終處于儲(chǔ)能的過程，當(dāng)儲(chǔ)熱單元的溫度達(dá)到與冷卻液溫度相同時(shí)，自動(dòng)結(jié)束儲(chǔ)能；
[0014]當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)停止工作時(shí)，MCU控制電子節(jié)溫器和電子三通閥關(guān)閉小循環(huán)，從而防止因冷卻液對(duì)流將相變儲(chǔ)熱器中的熱量帶走，起到保溫、儲(chǔ)能的作用，發(fā)動(dòng)機(jī)停機(jī)之后，相變儲(chǔ)熱器處于封閉狀態(tài)，以保存能量；
[0015]當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)再次開啟時(shí)，MCU接收到發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火信號(hào)，控制電子節(jié)溫器和電子三通閥同時(shí)開啟小循環(huán)，關(guān)閉大循環(huán)，同時(shí)控制電子水泵工作，讓冷卻液在發(fā)動(dòng)機(jī)和相變儲(chǔ)熱器中流動(dòng)，將相變儲(chǔ)熱器中儲(chǔ)存的熱能釋放出來，加熱冷卻液，起到迅速暖機(jī)的作用，此時(shí)，相變儲(chǔ)熱器處于暖機(jī)工況；
[0016]當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)小循環(huán)中冷卻液溫度逐漸升高，發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)恢復(fù)正常工作，MCU根據(jù)冷卻液溫度控制電子節(jié)溫器對(duì)冷卻液流量的進(jìn)行大小循環(huán)的分配，當(dāng)冷卻液溫度高于儲(chǔ)熱器中相變材料的溫度時(shí)，相變儲(chǔ)熱器自動(dòng)轉(zhuǎn)換成儲(chǔ)能工況。
[0017]以上述系統(tǒng)控制發(fā)動(dòng)機(jī)余熱利用暖機(jī)系統(tǒng)正常運(yùn)行。通過傳感器采集的溫度信號(hào)，和事先制定好的規(guī)則，控制余熱的回收和起動(dòng)暖機(jī)的合理配合。
[0018]電子節(jié)溫器和電子三通閥由MCU控制，始終保持同步運(yùn)行，保證了不影響發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)正常工作的前提。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)停機(jī)后，電子節(jié)溫器和電子三通閥關(guān)閉大循環(huán)，將相變儲(chǔ)熱器封閉起來，進(jìn)入能量保存狀態(tài)。這樣就在幾乎不增加原機(jī)功耗的情況下，實(shí)現(xiàn)了余熱回收。而起動(dòng)暖機(jī)過程也在沒有增加發(fā)動(dòng)機(jī)功耗的情況下得以實(shí)現(xiàn)。既解決了余熱利用的難題，又解決了冷啟動(dòng)的問題，一舉兩得。
【附圖說明】
[0019]圖1是系統(tǒng)的硬件布置示意圖；
[0020]圖2是相變儲(chǔ)熱器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖3是理想的相變儲(chǔ)熱材料溫度變化曲線，在恒定功率加熱下的溫度隨時(shí)間變化特性；
[0022]圖中，1.發(fā)動(dòng)機(jī)，2.溫度傳感器，3.電子節(jié)溫器，4.電子風(fēng)扇，5.散熱器，6.相變儲(chǔ)熱器，7.電子三通閥7，8.電子水泵8，9.MCU。
【具體實(shí)施方式】
[0023]如圖1所示，采用所述固液相變儲(chǔ)熱器6的發(fā)動(dòng)機(jī)I余熱利用暖機(jī)系統(tǒng)包括