专利名称：高效低耗可定温控温散热技术的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种热机散热技术，具体地说是一种高效低耗可定温控温散热技术。
背景技术：
在动力内燃机或以内燃机为动力的发电机组等高发热工作热机上，均设有冷却散热系统，以保证热机系统的正常运行。现有冷却散热系统的结构就是在工作热机内布设的冷却循环通道中装有作为冷却介质的冷却水或防冻液等，冷却通道通过循环管路与冷却散热器相接，在循环管路上接有实现冷却介质循环的循环泵。在该散热系统中，循环泵和在冷却散热器上固定的冷却风扇，是保证散热系统正常工作的必要设备，也是散热系统中的高耗能机构。另外，影响散热系统工效的一个重要因素就是冷却介质。冷却介质的功效是带走热机工作时产生的巨大热量，对其性能要求是冰点要低，沸点要高；热容量及导热数要大，粘度及体膨胀系数要小；闪点要高，性能要稳定，受热时不起泡沫，最好还不具有腐蚀性。综合各种要求，水是比较适合的首选冷却介质。但是水的密度较大，冰点较高，因此在寒冷地区的冬季使用非常有害。而且天然水易结垢，并有一定的腐蚀作用。为克服冷却水的上述缺陷，目前已开发出多种防冻液作为冷却散热系统的冷却介质使用。但是防冻液的热容量和导热系数比水低，因此在冷却散热系统的总体积及冷却散热器的散热面积不变的条件下，要维持相同的冷却散热效果，就要加大循环泵的功率，即加大防冻液的流量和流速，而这就相应提高了散热系统的耐压等级，提高了散热系统的制造成本和运行费用。
发明内容
本发明的目的就是提供一种高效低耗可定温控温散热技术，以在保障散热效果和热机正常工作的同时，尽量降低散热系统的制造成本和运行费用。
本发明的目的是这样实现的高效低耗可定温控温散热技术是在工作热机上布设的冷却通道内装有冷却介质，冷却通道通过循环管路与冷却散热器相接，其发明点是a、冷却介质采用热管类导热介质，并处于真空或负压状态下；b、在循环管路上接有温控调节阀。
这里所说的“热管类导热介质”是目前使用在热管技术中的热传导材料、传热工质、导热介质以及超导传热介质等材料的统称。在中国专利库中公开有多篇相关技术的专利文献，如CN89108521、CN99104485、CN97180042、CN01129105等。本发明将散热系统中容存冷却介质的整个循环流通领域，整体密封并处理成真空或负压状态，从而形成一种热管的基本模式，即构成一种热管式散热系统。热管的显著特征，一是具有很高的导热性，热阻极小，启动迅速，导热速度最高可接近声速；二是均温性好；三是热流密度具有可变性，通过改变热管截面积，即可改变热流密度，形成温度可控的热管。本发明以热管类导热介质取代传统冷却介质，利用热管的高导热性等特点，较好地解决了现有散热系统存在的散热效率不高的缺陷，实现了高效散热。
本发明散热系统的工作方式是当工作热机进入工作状态后，所产生的巨大热量会使得工作热机中冷却循环通道里的热管类导热介质进入沸腾状态，进而气化并剧烈地吸收热量。介质蒸汽通过循环管路进入到冷却散热器中放热冷凝。冷凝后的导热介质又通过循环管路回流到工作热机中的冷却循环通道内。如此循环往复，即可将工作热机所产生的热量迅速地传导出去。可见由于这种热管特性，本发明的散热系统就可省去循环泵的使用，形成一种无循环泵的高效散热系统，相应地也就节省了循环泵运行所需能量，实现了散热系统的低能耗散热。
由于热管类导热介质在工作时可以从工作热机中快速带走大量的热量，从而使工作热机的温度迅速降低。而这对于内燃机来说，会产生一个非常不利的影响，即如果内燃机的工作温度过低，就会对内燃机的运行不利，甚至会损害内燃机。这是制约热管技术在内燃机散热系统中应用的一个关键因素。
本发明通过在循环管路上加装温控调节阀，解决了散热系统的过量散热问题。这一点也是依据热管的热流密度可变的特性所设计的。当内燃机的机体温度达到某个设定值时，温控调节阀关闭，切断循环管路，散热系统停止工作，即可为内燃机保温，从而避免了内燃机工作环境的进一步恶化。当内燃机在低温状态下启动后，散热系统不工作，分布于内燃机机体内的冷却循环通路由于使用了热管类导热介质，其本身具有很好的传热性能，所以就可以迅速均衡内燃机内的温度(这一点是水冷式内燃机所难以实现的)。并且在内燃机高温过热时，温控调节阀全面开启，热管类导热介质就以极强的传热性能和传热效率进行散热，从而可使内燃机在过热停机后仍可继续散热冷却。这样就可对内燃机起到很好的保护作用。本发明通过在循环管路上加装温控调节阀，使热管技术在内燃机散热系统中的应用成为可能。
本发明的优点之一是散热效率和散热能力显著提高。这是因为热管类导热介质的传热效率远大于冷却水和防冻液。优点之二是结构简化、耗能减少。由于热管类导热介质的导热速度可接近声速，所以在冷却散热器与工作热机之间的距离小于800米以内时，仅使用一根单管连通，而无需任何附加驱动力，即可保证整个散热系统的正常工作。这与传统散热系统的双路循环和泵送动力相比，其结构简单、能耗更少。优点之三是重量明显降低。本装置在同等散热量的条件下，所用冷却介质的使用重量只有冷却水使用重量的1/5。特别是当冷却散热器原远离工作热机时，由于循环管路及冷却散热器中的热量传导几乎是在冷却介质的蒸汽状态下进行。这与使用冷却水循环的方式相比，重量减少更为明显。再加之循环泵的省去，所以整个装置的重量减少十分明显。这对于小轿车的性能改进意义很大。优点之四是通过采用温控调节阀进行无能耗或低能耗的散热温度控制，从而实现了定温或控温的散热运行模式。这对于提高内燃机的工作效率，保障内燃机的安全运行意义重大。优点之五是完全取代了防冻液。由于热管类导热介质是工作在负压或真空状态中，低温时可使某些水性介质形成冻结。但是因为这类介质的充填量都有较精确的计算，所以冻结后的膨胀量也在设计允许的范围之内。一旦内燃机工作或接收到外来热量，热管类导热介质就可以从冻结状态快速液化。不但节省了防冻液，而且还大幅度提高了散热系统的换热、传热和冷却散热能力。
本发明采用热管类导热介质替代传统冷却介质的方法，解决了散热系统散热面积和散热效率的矛盾问题，减小了冷却系统的体积，甚至可以减小冷却散热器的面积。取消循环泵的工作，实现了显著的节能。可定温控温的工作方式，是在减小散热系统的体积和重量，减少冷却介质的用量和重量，简化系统结构的基础上，实现了高效散热。由此解决了现有冷却散热系统存在的难于同时解决的矛盾问题。
图1是本发明在固定类工作热机上应用的结构示意图。
图2是本发明在移动内燃机类工作热机上应用的结构示意图。
具体实施例方式
图1中，在本发明散热系统中，工作热机1为固定式的内燃机动力发电机组，在内燃机机体中分布有冷却循环通道。冷却循环通道最好采用竖直列管上下连通的结构形式。在冷却循环通道中装有热管类导热介质，导热介质处于真空或负压状态下。在冷却循环通道的外通口上接有横置的单根循环管路5。循环管路5的另一端通向冷却散热器2的底部。在冷却散热器2的外侧固定有冷却风扇4。在循环管路5的中部接有温控调节阀3。温控调节阀可采用双金属片或记忆合金等结构形式。这种温控阀已有定型产品，可根据需要选用。这是一种无能量消耗型的温度控制方式。温控调节阀3也可采用电动阀或电磁阀，并且在工作热机1内安装温度传感器，根据温度传感信号决定其工作状态。这是一种低能耗型的温度控制方式。当温控调节阀3关闭时，工作热机1内的热管类导热介质及其蒸汽便起到了保温作用。因此类介质具有良好的传热特性，使其可通过工作热机1或其内部的冷却循环通道进行热的传导，使工作热机可以很快实现温度均衡，既没有过热点(或过热区)，也没有过冷点(或过冷区)。在工作热机1温度均衡的情况下，内燃机内的各零部件配合工作状态得到保障，有益于内燃机快速进入正常工作状态，减少油耗及排放量，延长使用寿命。工作热机1的快速升温，尤其是在冬季，还可以改善机油润滑系统的工作。
为保证冷凝后的导热介质能够沿同一管路顺利地回流进入冷却循环通道，循环管路5与冷却散热器2相接端应高于与工作热机1的相接端，循环管路5的水平夹角α≥15°。这样就可使冷凝后的液态导热介质在循环管路内靠自重回流，进入冷却循环通道中，由此形成冷却介质的连续循环。
如果工作热机1为车辆、船舶中使用的动力内燃机或在其他不确定位置场合中使用的高发热装置，由于动态中的内燃机散热系统无法保证循环管路总是处于上倾斜状态，因而必须使用配装毛细管的循环管路。在循环管路5内装有毛细管等，有助于液体从低向高运动，可以保证散热系统中热管类介质的顺利可靠回流。这种配装毛细管的循环管路的结构形式，在热管技术中已得到比较普遍的应用。
图2中，对于一些工作热机和冷却散热器有特殊要求或无较好安装位置的应用场合，本散热系统仍可采用传统的冷却循环通道及连通循环管路的结构形式，即循环管路分为在上部的传热管5和在下部的回流管7，在两管路上均接有温控调节阀3、9。传热管5和回流管7分接在工作热机1的上、下接口上。工作热机1的上接口为与传热管5相接的接口，下接口8为与回流管7相接的回流接口。两管路的另一端两管路的另一端分接在冷却散热器2的上、下接口上。两连通管路上安装的温控调节阀，最好采用集中统一的方式进行控制，以利于散热系统的正常工作。
如果上述各种结构形式中的散热系统应用于冬季寒冷地区的内燃机上时，为解决内燃机低温启动运行难的问题，最好在工作热机1中装有可对冷却循环通道内的热管类导热介质进行加热的加热器6。加热器6可选用PTC电热元件，并置于冷却循环通道内的底部，以直接对导热介质进行加热。也可选用外裹电热丝的形式，进行外部加热。由于是对电热管类导热介质加热，因而无需过多能量，加热耗能低，并且传热快，热量分布均匀，就相当于对内燃机使用了一个热管式电暖器。特别是在内燃机刚启动的初期，可用内燃机上的发电机对加热器6直接供电，这样就可满足野外冬季无外接电源时使内燃机快速升温进入正常工作状态的要求。
对于安装有回流管7的散热系统，如果还不能完全满足内燃机的工作要求，可以在回流管7上连接一个小型的循环泵，以满足冷却介质的回流需要。
本发明容存冷却介质的整个循环流通领域需要具有一定的真空度或负压，但因多数热管类导热介质的工作压力都很低，所以其工作状态不会像汽车空调系统那样会受到真空与高压的同时冲击，故其应用负压或真空的条件要低于汽车空调的条件，在技术实现上就能够得到保障，而且成本一般不会增加。对于某些热管类导热介质中一些化学物质的强腐蚀性问题，解决的办法是可对盛装的铁或铝类材质进行表面钝化处理，或在接触面复合一些耐腐蚀的良导热层(如紫铜)等。总之，本发明的实施，均有成熟的技术作保障。
本发明还可应用在对内燃机机油的冷却散热，对进气增压中间冷却器的散热，以及对排气系统的散热等等。
本发明中的冷却风扇可按本人在先专利申请(CN03143235)中所述的方式进行无级调速，以实现根据内燃机工况调节风扇送风量的目的，从而有利于内燃机稳定工作在最佳工作温度点上，也有助于定温控温的散热。
权利要求
1.一种高效低耗可定温控温散热技术，在工作热机(1)上布设的冷却通道内装有冷却介质，冷却通道通过循环管路(5)与冷却散热器(2)相接，其特征在于a、冷却介质采用热管类导热介质，并处于真空或负压状态下；b、在循环管路(5)上接有温控调节阀(3)。
2.根据权利要求1所述的高效低耗可定温控温散热技术，其特征在于循环管路(5)为横置的单根管路。
3.根据权利要求2所述的高效低耗可定温控温散热技术，其特征在于循环管路(5)与冷却散热器(2)相接端高于与工作热机(1)相接端，循环管路(5)的水平夹角α≥15°。
4.根据权利要求2所述的高效低耗可定温控温散热技术，其特征在于循环管路(5)内装有毛细管。
5.根据权利要求1所述的高效低耗可定温控温散热技术，其特征在于循环管路分为在上部的传热管(5)和在下部的回流管(7)，在两管路上均接有温控调节阀(3、9)。
6.根据权利要求5所述的高效低耗可定温控温散热技术，其特征在于传热管(5)和回流管(7)分接在工作热机(1)的上、下接口上，两管路的另一端分接在冷却散热器(2)的上、下接口上。
7.根据权利要求1、2、3、4、5或6所述的高效低耗可定温控温散热技术，其特征在于在工作热机(1)中装有可对冷却循环通道内的热管类导热介质进行加热的加热器(6)。
全文摘要
本发明公开了一种高效低耗可定温控温散热技术，该技术是在工作热机上布设的冷却通道内装有冷却介质，冷却通道通过循环管路与冷却散热器相接，其发明点是冷却介质采用热管类导热介质，并处于真空或负压状态下；在循环管路上接有温控调节阀。本发明构成了一种热管式散热系统，并通过加装温控调节阀，使热管技术在内燃机散热系统中的应用成为可能。本发明散热效率高，结构简化，耗能减少，整体重量轻，可实现定温或控温的散热运行模式，既可应用在高发热工作热机上，还可应用在对内燃机机油的冷却散热，对进气增压中间冷却器的散热，以及对排气系统的散热等。
文档编号F01P7/14GK1690380SQ20041003880
公开日2005年11月2日 申请日期2004年4月30日 优先权日2004年4月30日
发明者原泽, 原亮 申请人:原泽