采用固液相變儲熱器的發(fā)動機冷卻液余熱利用暖機系統(tǒng)及其方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種采用固-液相變儲熱器的發(fā)動機起動暖機系統(tǒng)，尤其涉及一種采用固液相變儲熱器的發(fā)動機冷卻液余熱利用暖機系統(tǒng)及其方法，利用相變儲熱器回收冷卻液帶走的熱能，并用于起動暖機。
【背景技術】
[0002]由于以內燃機為動力的汽車排放對城市環(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)動機的重要研宄方向。綜合國際上最新的研宄進展，提高內燃機效率的關鍵技術途徑主要有兩條:一是以內燃機缸內高效、清潔燃燒過程的組織為目標的新一代內燃機燃燒理論和技術，在我國已經(jīng)有組織地開展了相關研宄；二是內燃機余熱能的回收利用理論和技術。因此，本發(fā)明對于積極應對國際上內燃機節(jié)能和減排技術的挑戰(zhàn)具有重要意義。
[0003]發(fā)動機余熱能具有低品位能到高品位能的梯級特性，排氣能流的溫度和壓力具有隨內燃機工作循環(huán)和運行工況變化的瞬態(tài)脈動特性等特點，從而增加了余熱利用的難度。//汽車冷啟動時，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)動機零部件潤滑不良，造成摩擦磨損加?。欢诃h(huán)境溫度較低時，冷啟動比熱啟動困難，特別是柴油機。起動暖機可以改善上述問題，而目前國內外研宄中，起動暖機技術通常是通過電加熱器對冷卻液進行加熱，這種方式對加熱器的功率需求較大，而汽車電瓶只有12V，勢必造成電流過大，功耗過高；而電瓶的充電亦是由發(fā)動機通過皮帶帶動發(fā)電機運轉，消耗燃油轉化而來的，既降低了轉化效率，又造成了化石燃料的浪費。而通過本發(fā)明，將較難利用的發(fā)動機余熱回收，儲存起來，用于起動暖機，既解決了節(jié)能問題，又改善了排放，一舉兩得。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明設計了一種采用固-液相變儲熱器的發(fā)動機余熱利用起動暖機系統(tǒng)，用相變儲熱器將發(fā)動機由冷卻液帶走的熱量回收儲存起來，在發(fā)動機下次啟動時，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)動機迅速暖機。既解決了余熱利用，又解決了起動暖機問題。
[0005]本發(fā)明的技術方案如下:
一種固液相變儲熱器為單通道儲熱器，包括儲熱單元、殼體和保溫層，所述的儲熱單元為由相變材料填充的細管，儲熱單元包裹在冷卻液通道內，各儲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。
[0006]優(yōu)選的，所述的相變材料為相變溫度在50_90°C的常低溫相變儲熱材料。
[0007]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70.70C，熔融焓為 203kJ/ (kg.K)。
[0008]所述固液相變儲熱器的發(fā)動機余熱利用暖機系統(tǒng)包括:溫度傳感器、電子節(jié)溫器、電子風扇、散熱器、所述的固液相變儲熱器、電子三通閥和MCU ;
發(fā)動機冷卻液出口處設有溫度傳感器，相變儲熱器安裝于小循環(huán)通道上，相變儲熱器進水口連接到電子節(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，構成整個冷卻液循環(huán)通道；
溫度傳感器通過信號線連接到MCU，MCU通過控制線連接到電子水泵、電子風扇、電子節(jié)溫器、電子三通閥。
[0009]所述系統(tǒng)的余熱利用暖機方法是:
當發(fā)動機正常工作時，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熱器，與溫度較低的相變材料發(fā)生熱交換，將熱能儲存在相變儲熱器中，相變儲熱器在發(fā)動機運行的過程中始終處于儲能的過程，當儲熱單元的溫度達到與冷卻液溫度相同時，自動結束儲能；
當發(fā)動機停止工作時，MCU控制電子節(jié)溫器和電子三通閥關閉小循環(huán)，從而防止因冷卻液對流將相變儲熱器中的熱量帶走，起到保溫、儲能的作用，發(fā)動機停機之后，相變儲熱器處于封閉狀態(tài)，以保存能量；
當發(fā)動機再次開啟時，MCU接收到發(fā)動機的點火信號，控制電子節(jié)溫器和電子三通閥同時開啟小循環(huán)，關閉大循環(huán)，同時控制電子水泵工作，讓冷卻液在發(fā)動機和相變儲熱器中流動，將相變儲熱器中儲存的熱能釋放出來，加熱冷卻液，起到迅速暖機的作用，此時，相變儲熱器處于暖機工況；
當發(fā)動機小循環(huán)中冷卻液溫度逐漸升高，發(fā)動機冷卻系統(tǒng)恢復正常工作，MCU根據(jù)冷卻液溫度控制電子節(jié)溫器對冷卻液流量的進行大小循環(huán)的分配，當冷卻液溫度高于儲熱器中相變材料的溫度時，相變儲熱器自動轉換成儲能工況。
[0010]以上述系統(tǒng)控制發(fā)動機余熱利用暖機系統(tǒng)正常運行。通過傳感器采集的溫度信號，和事先制定好的規(guī)則，控制余熱的回收和起動暖機的合理配合。
[0011]電子節(jié)溫器和電子三通閥由MCU控制，始終保持同步運行，保證了不影響發(fā)動機冷卻系統(tǒng)正常工作的前提。當發(fā)動機停機后，電子節(jié)溫器和電子三通閥關閉大循環(huán)，將相變儲熱器封閉起來，進入能量保存狀態(tài)。這樣就在幾乎不增加原機功耗的情況下，實現(xiàn)了余熱回收。而起動暖機過程也在沒有增加發(fā)動機功耗的情況下得以實現(xiàn)。既解決了余熱利用的難題，又解決了冷啟動的問題，一舉兩得。
【附圖說明】
[0012]圖1是系統(tǒng)的硬件布置示意圖；
圖2是相變儲熱器結構示意圖；
圖3是理想的相變儲熱材料溫度變化曲線，在恒定功率加熱下的溫度隨時間變化特性；
圖中，1.發(fā)動機，2.溫度傳感器，3.電子節(jié)溫器，4.電子風扇，5.散熱器，6.相變儲熱器，7.電子三通閥7，8.電子水泵8，9.MCU。
【具體實施方式】
[0013]如圖1所示，采用所述固液相變儲熱器6的發(fā)動機I余熱利用暖機系統(tǒng)包括:溫度傳感器2、電子節(jié)溫器3、電子風扇4、散熱器5、所述的固液相變儲熱器6、電子三通閥7和MCU ;
發(fā)動機I冷卻液出口處設有溫度傳感器2，相變儲熱器6安裝于小循環(huán)通道上，相變儲熱器6進水口連接到電子節(jié)溫器3上，出水口連接到電子三通閥7上，電子三通閥7另外兩端分別連接電子水泵8和散熱器5，構成整個冷卻液循環(huán)通道；
溫度傳感器2通過信號線連接到MCU，MCU通過控制線連接到電子水泵8、電子風扇4、電子節(jié)溫器3、電子三通閥7。
[0014]本發(fā)明中采用的相變儲熱器6是冷卻液單通道儲熱器。其結構參見圖2，包括儲熱單元