一种基于径向热管可蓄热式排烟管和卡车油箱保温系统及其控制策略

技术领域

本发明涉及车辆预热利用或者热交换领域，特别涉及一种基于径向热管可蓄热式排烟管和卡车油箱保温系统及其控制策略。

背景技术

在一些低寒地区，大型卡车油箱里的柴油会因为低温而产生一种蜡质的固状物，这不利于柴油通过滤网进入柴油机中燃烧。冬季我国东北地区的平均气温一般为-25℃。以0号柴油为例，低于4℃时就会发生凝固现象产生一层蜡质物质，市场上目前使用的措施一种是采用双腔油箱的方式，即车辆启动前十分钟燃油使用低号位柴油，当车辆运行一段时间后在燃烧高号位柴油。另一种是燃油加热技术，使得其保持在冻点温度之上。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种基于径向热管可蓄热式排烟管和卡车油箱保温系统及其控制策略，在满足结构紧凑的同时具有良好的换热效果，通过加装外管肋片强化烟气侧对流换热，烟气不断流过工作段，工作段内的弯曲热管将烟气余热沿径向传递如内管。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种基于热管可蓄热式排烟管，包括弯曲热管、工作段和蓄热单元

所述工作段两端分别设有烟气进口和烟气出口，所述弯曲热管包括直线段和位于直线段两端的弯曲段，所述直线段位于工作段内，且所述弯曲段的一端伸出工作段；

所述弯曲热管为双层热管，所述双层热管包括径向热管外管和径向热管内管，所述径向热管内管与循环水连通，所述径向热管外管与径向热管内管之间的封闭空腔内填充工作液；

所述蓄热单元包括换热通道、蓄热单元空腔和相变蓄热介质，所述工作段外部设有蓄热单元空腔，所述蓄热单元空腔内填充相变蓄热介质，所述蓄热单元空腔外侧设有换热通道，换热通道与循环水连通。

进一步，所述径向热管外管外壁间隔设有肋片，所述肋片与烟气流向垂直。

进一步，所述径向热管内管的外壁面设有若干螺旋槽，用于使工作液冷凝回流。

进一步，所述工作液为导热姆A。

进一步，所述工作段内烟气的流向与径向热管内管内循环水的流向相反。

进一步，所述相变蓄热介质为KOH。

进一步，所述工作段内均布若干弯曲热管，所述蓄热单元空腔外侧均布若干换热通道。

一种卡车油箱保温系统，包括所述的基于热管可蓄热式排烟管和油箱内热交换器，所述油箱内设有油箱内热交换器，所述换热通道和径向热管内管的两端分别通过可变向三通阀与油箱内热交换器的循环水连通。

进一步，还包括控制系统、温度变送器和电热装置；

所述温度变送器用于测量油箱内油温；所述油箱内设有电热装置，所述控制系统根据卡车的状态和油箱内油温，选择性控制可变向三通阀使油箱内热交换器的循环水与换热通道或径向热管内管连通，或者选择性控制电热装置加热油箱。

一种卡车油箱保温系统控制策略，包括如下步骤：

所述控制系统根据车辆状况判断为行车模式时，所述控制系统控制可变向三通阀使油箱内热交换器的循环水与径向热管内管连通，用于循环水与烟气进行换热后再与油箱内介质换热；所述控制系统根据温度变送器检测的温度控制循环水的流速，使油箱内介质温度保持第一设定值；

所述控制系统根据车辆状况判断为驻车模式时，所述控制系统控制可变向三通阀使油箱内热交换器的循环水与换热通道连通，用于循环水与相变蓄热介质换热后再与油箱内介质换热；所述控制系统根据温度变送器检测的温度控制循环水的流速，使油箱内介质温度保持第二设定值；第二设定值低于第一设定值；

所述控制系统根据车辆状况判断为车辆启动时，当温度变送器检测的油箱内介质温度低于第二设定值时，所述控制系统控制电热装置给油箱内介质加热。

本发明的有益效果在于：

1.本发明所述的基于径向热管可蓄热式排烟管，所述弯曲热管包括直线段和位于直线段两端的弯曲段，所述直线段位于工作段内，且所述弯曲段的一端伸出工作段，有利于满足结构紧凑的同时具有良好的换热效果。通过径向热管外管安装肋片强化烟气侧对流换热，烟气不断流过工作段，工作段内的弯曲热管将烟气余热沿径向传递如内管。

2.本发明所述的基于径向热管可蓄热式排烟管，所述工作段外部设有蓄热单元空腔，所述蓄热单元空腔内填充相变蓄热介质，将烟气的一部分余热储存于相变蓄热介质中，提高烟气利用的效率。

3.本发明所述的卡车油箱保温系统，通过可变向的三通阀能实现蓄热介质中的储热和烟气中的余热交替循环利用。

5.本发明所述的卡车油箱保温系统的控制策略，根据车辆实际运行情况采用不同的保暖油箱方式，本发明采用可变向三通阀及变频电机所控制的泵，所述温度变送器设置于油箱上，采集油箱温度变送到控制系统。控制系统根据车辆运行情况不同切换不同的工作模式，通过控制调节泵调节流速稳定油箱温度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，显而易见地还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明所述的基于径向热管可蓄热式排烟管三维图。

图2为本发明所述的基于径向热管可蓄热式排烟管左视图

图3为本发明所述的基于径向热管可蓄热式排烟管半剖图。

图4为本发明所述的卡车油箱保温系统原理图。

图中：

1-烟气进口；2-工作段；3-弯曲热管；4-蓄热单元；5-烟气出口；8-径向热管外管；10-径向热管外壁面；11-蓄热单元出水口；12-径向热管内管；13-工作液；14-螺旋槽；15-肋片；16-换热通道；17-蓄热单元空腔；18-相变蓄热介质；19-蓄热单元进水口；22-发动机；24-温度变送器；25-油箱；26-油箱内热交换器；27-可变向三通阀；28-调节泵；30-蓄电池；31-油箱电热装置；32-可控制流量阀。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“轴向”、“径向”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1和图3所示，本发明所述的基于热管可蓄热式排烟管，包括弯曲热管3、工作段2和蓄热单元4，

所述工作段2两端分别设有烟气进口1和烟气出口5，所述弯曲热管3包括直线段和位于直线段两端的90°的弯曲段，所述直线段位于工作段2内，且所述弯曲段的一端伸出工作段2，可以将弯曲段充分延伸至工作段2管外；所述直线段与工作段2轴向平行。所述弯曲热管3为双层热管，所述双层热管包括径向热管外管8和径向热管内管12，径向热管内管12同心设置在径向热管外管8内部，所述径向热管内管12与循环水连通，所述径向热管外管8与径向热管内管12之间的封闭空腔内填充工作液13；

所述蓄热单元4包括换热通道16、蓄热单元空腔17和相变蓄热介质18，所述工作段2外部设有蓄热单元空腔17，所述蓄热单元空腔17内填充相变蓄热介质18，所述蓄热单元空腔17外侧设有换热通道16，换热通道16与循环水连通。换热通道16一端为蓄热单元进水口19，换热通道16另一端为蓄热单元出水口11。如图2所示，工作段2内分布有3个弯曲热管3。蓄热单元4与工作段2同心设置，所述工作段2外的蓄热单元外壳16内均布3个换热通道16，有效均匀分布载荷，避免重心不均导致排烟管松动。所述相变蓄热介质18为KOH。

所述径向热管外管8外壁间隔设有肋片15，所述肋片15与烟气流向垂直，使得肋片15具有更高的换热系数以及使用寿命。间隔分布的肋片15在强化径向热管外管外的换热效果又可以有效的降低流动阻力。所述工作液13为导热姆A，主要作用是进行相变传热，导热姆A具有较低的蒸汽压，因此用于汽车尾气余热利用领域更安全。所述径向热管内管12的外壁面设有若干螺旋槽14，用于使工作液13冷凝回流。

所述工作段2内烟气的流向与径向热管内管12内循环水的流向相反。如图3所示，烟气从左侧进入工作段2，循环水均从右侧进入，与烟气逆流，具有更高的平均温差，可以达到更好的换热效果。套管式蓄热元件的材料要保证不易被熔融状态的盐类相变物质腐蚀，采用碳钢制成，表面采用热锌镀层处理有效避免熔盐腐蚀。蓄热元件与工作段2外管壁之间采用定位凹槽安装，以便更换蓄热元件中的相变物质。

在径向热管传热过程中主要有外管外烟气换热热阻、外管壁导热热阻、管内工质沸腾换热热阻、管内工质蒸汽对流换热热阻、内管壁凝结换热热阻、内管壁导热热阻以及内管循环水对流换热热阻。为保证径向热管具有良好的工作性能管壁厚度应能承受工作压力环境，径向热管的壁厚为2mm。

如图4所示，本发明所述的卡车油箱保温系统，包括基于热管可蓄热式排烟管、发动机22、温度变送器24、油箱25、热交换器26、可变向三通阀27、调节泵28、蓄电池30、电热装置31、可控制流量阀32和控制系统，所述发动机22与油箱25连通，所述油箱25内设有油箱内热交换器26，所述油箱内热交换器26的循环水出口与调节泵28连通，调节泵28通过可变向三通阀27与换热通道16或径向热管内管12连通，所述油箱内热交换器26的循环水进口安装可控制流量阀32，所述可控制流量阀32通过可变向三通阀27与换热通道16或径向热管内管12连通。所述油箱25内安装温度变送器24用于检测油温，所述油箱25内安装电热装置31，通过蓄电池30使电热装置31工作。

所述控制系统根据卡车的状态和油箱25内油温，选择性控制可变向三通阀27使油箱内热交换器26的循环水与换热通道16或径向热管内管12连通，或者选择性控制电热装置31加热油箱25。

本发明所述的卡车油箱保温系统控制策略，包括如下步骤：

所述控制系统根据车辆状况判断为行车模式时，所述控制系统控制可变向三通阀27使油箱内热交换器26的循环水与径向热管内管12连通，烟气余热通过径向热管外管壁面的间断肋片传入内部工作液，内部工作液发生相变将热量输送至内管壁，经内管壁导热再输送到内管的循环水，整个过程循环水与烟气进行换热，经可控制流量阀32汇集循环水后进入油箱25中热交换器26中与柴油换热。所述控制系统根据温度变送器24检测的温度控制可控制流量阀32的开度和调节泵28的转速从而控制循环水的流速，使油箱内介质温度保持25度；

所述控制系统根据车辆状况判断为驻车模式时，所述控制系统控制可变向三通阀27使油箱内热交换器26的循环水与换热通道16连通，循环水与相变蓄热介质18换热后再与油箱内介质换热；所述控制系统根据温度变送器24检测的温度控制可控制流量阀32的开度和调节泵28的转速从而控制循环水的流速，使油箱内介质温度保持5度；

所述控制系统根据车辆状况判断为车辆启动时，当温度变送器24检测的油箱内介质温度低于5度时，所述控制系统控制电热装置31给油箱内介质加热，使得柴油蜡质融化达到快速启动的目的。

卡车行驶时外挂油箱相当于受外界环境纵向略过油箱外壁，热损失的主要形式是外界空气与油箱对流换热和油箱升温时的热负荷。将卡车尾气余热收集蓄热可以用于两个方面，一是用于卡车短时间驻车时的油箱保温工作；二是长时间停车后启动时短时间释放热量对油箱加热保证油温达到冻点之上。通过控制换热流体的质量流速可以达到换热速率的效果。

应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本发明的保护范围之内。