CN108180098A - 柴油发电机低温启动预热*** - Google Patents

柴油发电机低温启动预热*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种柴油发电机低温启动预热***，包括柴油发电机及燃油加热器，还包括一筒形热管，该筒形热管由内层筒形的金属壁面和外层筒形的金属壁面围合而成，在内层筒形的金属壁面和外层筒形的金属壁面之间为封闭的空腔，在空腔内填充有工作介质，所述内层筒形的金属壁面作为筒形热管的冷凝面，所述外层筒形金属壁面下部作为热管的蒸发面；所述柴油发电机安装在所述筒形热管内，所述燃油加热器安装在筒形热管外侧的蒸发面为位于筒形热管内工作介质的相变提供热量。本发明充分利用了圆筒形热管内工作介质的高效相变传热将燃油加热器燃油燃烧产生的热量用于提高柴油发电机机体及工作空间的温度，解决了南极科考平台发电舱低温下柴油发电机无法正常启动的问题。

Description

柴油发电机低温启动预热***
技术领域
本发明涉及一种发电机低温启动预热***，具体涉及的是一种柴油发电机低温启动预热***。
背景技术
南极地区是迄今为止地球上未被充分开发利用的一块宝地，南极科学考察已证明南极地区蕴藏着极其丰富的矿产资源(煤炭、铁、石油)、海洋生物资源和淡水资源，这些资源在未来全球发展中起着举足轻重的作用。但南极地区的低温、低压环境给科学考察、天文观测和资源开采带来了极大困难。南极洲地区的年平均温度约为-20℃，其中最高点DomeA区域的年平均气温为-58.5℃，最低可达到-77℃～-85℃。南极地区空气稀薄，只有0.5个大气压。
南极科考平台是在南极地区开展天文观测和其它科学探测任务的核心支撑***，它为科学考察的各类观测仪器、通信和远程监测等设备提供能源供应。科考平台的科考仪器、检测设备等的稳定运行需要持续稳定的电量供应，而科考平台几乎不能从南极地区获得外部的电量和能源供应，因此南极科考平台发电舱柴油发电机对南极低温低压环境下独立能源控制支撑***的电量供应具有重要意义。但柴油在南极低温条件下易结蜡常导致柴油发电机启动困难。低温条件下柴油粘度增加不利于柴油的雾化与燃烧，润滑油流动性变差也使各运动零部件阻力增大，这些都极易导致柴油发电机启动困难。柴油发电机无法正常启动问题会导致科***不能正常连续工作、数据存储和远程控制设备得不到稳定的电量供应，柴油发电机启动困难带来的上述问题都会对南极科考平台的正常运行带来极大影响。
现有柴油发电机低温启动加热设备多利用电辐射加热器将蓄电池的电能转化为热能对柴油发电机机体、及工作环境进行预热，这类设备耗电量大且蓄电池在南极低温条件(蓄电池最佳工作温度为20℃)的电力输出能力也明显降低。采用电加热棒直接***柴油循环回路进行加热的电预热法虽然加热效率较高且使用方便，但并不能较好地适应南极电力缺乏的条件。在柴油发电机进气管内安装电热丝，对进气直接预热的装置虽不消耗氧气且不污染进气，但会消耗过多的蓄电池电能，不适于大排量柴油发电机和柴油发电机频繁启停的情况。为此，迫切需要开展南极柴油发电机低温启动预热***的优化设计，以保证低温环境下柴油发电机的正常启动。
热管是借助工作介质的相变实现热量由蒸发端向冷凝端快速传递的设备，其导热能力超过大部分金属的导热能力，热管的蒸发面和冷凝面可根据需要设计成平面或曲面。受热管理论应用于高效热交换领域的启发，针对南极科考平台发电舱柴油发电机低温难启动的问题，本发明的圆筒形热管将燃油加热器燃油燃烧产生的热量通过工作介质相变传热的形式对柴油发电机机体及柴油发电机的工作环境空气进行预热。本发明的圆筒形热管预热***提高了有效换热面面积，并通过工作介质的相变传热实现了高效热量传递，为南极低温环境下南极科考平台发电舱柴油发电机的正常启动提供了有力保证。
发明内容
技术问题：
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供了一种柴油发电机低温启动预热***，该燃油加热***能够通过筒形热管内工作介质的高效相变传热实现发电舱柴油发电机的正常启动，达到高效换热和节能的目的。
技术方案：
本发明采用的技术方案是：
一种柴油发电机低温启动预热***，包括柴油发电机及燃油加热器，其特征在于：还包括一筒形热管，该筒形热管由内层筒形的金属壁面和外层筒形的金属壁面围合而成，在内层筒形的金属壁面和外层筒形的金属壁面之间为封闭的空腔，在空腔内填充有工作介质，所述内层筒形的金属壁面作为筒形热管的冷凝面，所述外层筒形金属壁面下部作为热管的蒸发面；所述柴油发电机安装在所述筒形热管内，所述燃油加热器安装在筒形热管外侧的蒸发面为位于筒形热管内工作介质的相变提供热量。
在所述外层筒形金属壁面上设置抽真空管路和充液管路，通过所述抽真空管路对热管空腔抽真空，并通过所述充液管路向热管空腔内充注工作介质。
在所述筒形热管内设置有柴油发电机工作空间温度传感器。
所述筒形热管为圆筒形热管。
所述筒形热管安设置在一热管安装底座上。
所述燃油加热器包括加热器箱以及位于加热器箱内的燃油加热器温度传感器、燃油加热器电子点火装置和燃油加热器油箱，所述燃油加热器电子点火装置连接在所述燃油加热器油箱上，在所述加热器箱内还连接有燃油加热器排烟管。
所述柴油发电机的柴油发电机排烟管连接在一总排烟管上，所述燃油加热器排烟管也连接在所述总排烟管上。
热管形状对热管的传热性能有重要影响。若将热管设计为截面是矩形的方筒形热管，工作过程中冷凝液相在重力作用下沿热管管壳内表面(冷凝面)向下运动过程中，液层在热管空腔内矩形的边角区域易出现液层厚度不均现象，这易造成热管换热的不均。且截面为矩形的方筒形热管的实际加工难度较大。相比而言，圆筒形热管的蒸发面设计为圆形，冷凝液相在重力作用下沿热管管壳内表面(冷凝面)向下运动过程中，液层较均匀覆盖着热管的内表面(冷凝面)，这提高了热管的换热效率。圆筒形热管内外表面设计为厚度较薄的圆环状也易于机械加工。所述的圆筒形热管是由内层圆筒形的金属壁面和外层圆筒形的金属壁面围成的空腔，所述的内层圆筒形的金属壁面作为热管的冷凝面，所述的内外两层圆筒形壳体的壁面材料可选用铜等高导热性的金属以增加导热性能，所述的外层金属圆筒和内层金属圆筒的半径差设计为10mm左右，这既保证了工作液体的相变空间，避免了内外两层壁面狭窄空间中向上快速运动的蒸汽对沿壁面向下运动的冷凝液相的剪切作用，又减小了热管内相变工作介质的用量，同时也有利于整套预热设备的小型化。所述的外层圆筒形金属壁面下部燃油加热器的加热面作为热管的蒸发面。在所述的外层圆筒形金属壁面上设置抽真空管路和充液管路，通过所述的抽真空管路对热管空腔抽真空，并通过所述的充液管路向热管空腔内充注一定量的工作介质，充注完成后的工作介质在重力作用下呈现池状态分布在圆筒形热管的下部，蒸汽则充满圆筒形热管的上部空间。燃油加热器燃油燃烧释放的热量被分布在热管壳体下部的液相工作介质吸收，吸热后的液相工作介质相变为蒸汽并在所述的圆筒形热管的内表面放热冷凝为液相，冷凝形成的液相在重力作用下沿圆筒形热管的内表面回流到热管空腔的下部，形成蒸发-冷凝循环，所述的圆筒形热管通过工作介质的相变传热实现热量从燃油加热器加热面到柴油发电机工作空间的快速传递。
所述的燃油加热器借助燃油加热器电子点火装置点燃燃油，通过燃油燃烧放出的热量对圆筒形热管的蒸发面进行加热，所述的燃油加热器油箱为燃油加热器供应燃油。由于柴油中含有蜡，南极低温环境下柴油中的蜡会凝结而堵住油管、喷油器等部件导致燃油加热器无法正常工作。航空煤油中的添加物降低了低温结冰和因高温而***的风险，低温流动性好，能很好满足南极低温环境燃油加热器对燃油的需求。航空煤油热值高、燃烧性能好、稳定、快速、完全燃烧、积碳量少的优点也达到了节能和减少污染的目的。
所述的柴油发电机通过供油管和回油管与柴油油箱连接，所述的柴油发电机通过排烟管将燃烧烟气排出。
所述的圆筒形热管的外表面，燃油加热器外表面，燃油加热器供油管，燃油加热器排烟管均用硅酸铝纤维保温材料进行保温。
所述的圆筒形热管根据工作条件、工作介质性质等可选用碳素钢、低合金钢、不锈钢、铜(合金)、铝(合金)等材料。
本发明提供的圆筒形热管，其内部的工作介质可以选用水、氨、乙醇、丙醇、丙酮等流体工作介质。
有益效果：
本发明涉及的一种南极柴油发电机低温启动预热***，充分利用了圆筒形热管内工作介质的高效相变传热作用，将燃油加热器燃油燃烧产生的热量用于提高柴油发电机工作空间的温度和柴油发电机的机体温度。通过本发明中圆筒形热管、温度传感器、燃油加热器等部件的配合使用，能够保证柴油发电机启动的最佳温度保持在20～40℃范围，解决了南极科考平台发电舱低温环境下柴油发电机无法正常启动的问题。
附图说明
图1为本发明中南极柴油发电机低温启动预热***结构原理示意图。
图2为本发明中圆筒形热管结构示意图。
图3为图2的A部放大示意图。
图中1.热管外壁面；2.热管冷凝面；3.圆筒形热管；4.柴油发电机排烟管；5.总排烟管；6.燃油加热器排烟管；7.燃油加热器温度传感器；8.燃油加热器电子点火装置；9.燃油加热器油箱；10.燃油加热器；11.热管蒸发面；12.柴油发电机回油管；13.柴油发电机供油管；14.柴油发电机；15.圆筒形热管安装底座；16.柴油发电机工作空间温度传感器；17.圆筒形热管抽真空管路；18.圆筒形热管充液管路；19.液相；20.液层；21.气相。
具体实施方式
下面结合附图进行更进一步的详细说明：
图1给出了本发明的结构原理示意图，南极柴油发电机低温启动预热***，由圆筒形热管、柴油发电机及燃油加热器等组成。具体结构包括：热管外壁面1、热管冷凝面2、圆筒形热管3、柴油发电机排烟管4、总排烟管5、燃油加热器排烟管6、燃油加热器温度传感器7、燃油加热器电子点火装置8、燃油加热器油箱9、燃油加热器10、热管蒸发面11、柴油发电机回油管12、柴油发电机供油管13、柴油发电机14、圆筒形热管安装底座15、柴油发电机工作空间温度传感器16、圆筒形热管抽真空管路17、圆筒形热管充液管路18。燃油加热器10安装在圆筒形热管外壁面下部的蒸发面11处。燃油加热器10和柴油发电机14的燃烧烟气分别通过柴油发电机排烟管4、燃油加热器排烟管6，通过总排烟管5排出。燃油加热器油箱9为燃油加热器供应汽油。
图2、图3给出了所述圆筒形热管结构示意图，圆筒形热管3的冷凝面2和外壁面1之间的空腔构成了热管工作介质的相变空间。圆筒形热管3安装在热管壳体安装底座15上，柴油发电机14安装在圆筒形热管3围成的空间内，柴油发电机工作空间温度传感器16用于检测柴油发电机工作环境的温度。
柴油发电机14在低温环境下启动前，先借助燃油加热器电子点火装置8点燃燃油加热器10内的燃油，通过燃油加热器内汽油燃烧释放的热量对圆筒形热管的蒸发面11进行加热，圆筒形热管3的内表面作为热管冷凝面2，圆筒形热管3内的工作流体在蒸发面11处吸热热量蒸发变为蒸汽，并在热管冷凝面2冷凝放热变为液相，该过程中工作流体将蒸发面吸收的热量以相变传热形式对柴油发电机的工作环境和柴油发电机机体进行加热。该过程中燃油加热器燃烧烟气通过排烟管6进入总排烟管5排出。燃油加热器启动一段时间，当温度传感器16检测到的柴油发电机的工作环境空气温度达到20℃-40℃条件时，启动柴油发电机14。柴油发电机14正常启动后，柴油发电机烟气通过柴油发电机排烟管4，经总排烟管5排出。此时，关闭燃油加热器10，并将圆筒形热管3整体移走。
本发明涉及的南极柴油发电机低温启动预热***能够充分利用圆筒形热管内工作介质的高效相变传热，实现了对柴油发电机工作环境的快速、高效预热，本发明有效解决了南极低温环境下柴油发电机无法正常启动的问题。

Claims (7)

1.一种柴油发电机低温启动预热***，包括柴油发电机及燃油加热器，其特征在于：还包括一筒形热管，该筒形热管由内层筒形的金属壁面和外层筒形的金属壁面围合而成，在内层筒形的金属壁面和外层筒形的金属壁面之间为封闭的空腔，在空腔内填充有工作介质，所述内层筒形的金属壁面作为筒形热管的冷凝面，所述外层筒形金属壁面下部作为热管的蒸发面；所述柴油发电机安装在所述筒形热管内，所述燃油加热器安装在筒形热管外侧的蒸发面为位于筒形热管内工作介质的相变提供热量。
2.根据权利要求1所述的柴油发电机低温启动预热***，其特征在于：在所述外层筒形金属壁面上设置抽真空管路和充液管路，通过所述抽真空管路对热管空腔抽真空，并通过所述充液管路向热管空腔内充注工作介质。
3.根据权利要求1所述的柴油发电机低温启动预热***，其特征在于：在所述筒形热管内设置有柴油发电机工作空间温度传感器。
4.根据权利要求1所述的柴油发电机低温启动预热***，其特征在于：所述筒形热管为圆筒形热管。
5.根据权利要求1所述的柴油发电机低温启动预热***，其特征在于：所述筒形热管安设置在一热管安装底座上。
6.根据权利要求1所述的柴油发电机低温启动预热***，其特征在于：所述燃油加热器包括加热器箱以及位于加热器箱内的燃油加热器温度传感器、燃油加热器电子点火装置和燃油加热器油箱，所述燃油加热器电子点火装置连接在所述燃油加热器油箱上，在所述加热器箱内还连接有燃油加热器排烟管。
7.根据权利要求6所述的柴油发电机低温启动预热***，其特征在于：所述柴油发电机的柴油发电机排烟管连接在一总排烟管上，所述燃油加热器排烟管也连接在所述总排烟管上。
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