一种南极发电机舱内柴油储藏箱低温保护装置

摘要

本发明公开了一种南极发电机舱内柴油储藏箱低温保护装置，包括柴油储藏箱以及连接在柴油储藏箱内的出油管，在柴油储藏箱内底部设置有一加热室，出油管从加热室穿过，在出油管的上端设置有一控制阀，该控制阀与一感温包连接用于打开或关闭控制阀，在加热室上连接有柴油补充管道，在柴油补充管道上设置有电磁阀，在加热室内还设置有第一加热器以及点火器，第一加热器套在出油管上，在加热室内还设置有一内有相变介质的基座，在基座上端连接有位于加热室外的均温管。本装置不仅使用了蓄电池加热的方法来预热柴油，而且使用了点火加热的方法来预热柴油，不同的低温环境下采用不同的加热方法不仅科学合理，而且能够减少能源的消耗。

说明书

技术领域

本发明涉及一种柴油低温保护装置，具体涉及的是一种南极发电机舱内柴油 储藏箱低温保护装置。

背景技术

南极科考是研究气候变化等一系列科学难题的重要途径之一，科考活动中会 涉及到很多用电设备，为了给南极科考活动提供电力，需要使用柴油发电机进行 发电。但是由于南极地处高寒极地地区，整个南极内陆年平均温度大约为-40℃ ～-50℃。我们知道，南极DomeA及其周围地区全年最冷在冬季8月。海拔高度 接近DomeA的贝尔特和伏斯托克站8月平均气温分别是-71.4℃和-68.4℃。如按 这两站的气温梯度推算，DomeA地区4000～4100m高度上8月平均气温大约要 低到-77℃～-85℃。南极DomeA4100米高度上出现-100℃左右的极端最低气温 是有可能的。在这样的低温环境下，一般柴油发电机使用的柴油都会出现凝结现 象，即使温度未达到柴油的凝固点，柴油在这样的低温下黏度高，流动性差，会 造成雾化不良，柴油发电机工作不稳定，甚至供油出现中断。一旦出现这种状况 就会影响南极科考活动，甚至会造成更加严重的后果。所以我们需要在温度低到 一定程度下对柴油进行预热来保证柴油发电机的安全稳定运行。在我国北方，预 热柴油的主要方法是加抗凝剂和使用电加热器。加抗凝剂在柴油发电机上明显不 适用，因为成本高而且不方便携带；使用电加热器是较为合理的方法，但是现在 预热柴油使用的电加热器多为直管，而直管的总加热面积比较小，空间延展性差， 不能使柴油储藏箱里的柴油迅速均匀的预热。为此，本发明设计了一种南极发电 机舱内的柴油储藏箱低温保护装置。

发明内容

本发明为解决南极环境下发电机舱内柴油温度过低导致柴油发电机无法发 电的问题，提供一种南极发电机舱内柴油储藏箱低温保护装置。

技术方案

为解决南极环境下发电机舱内柴油温度过低导致柴油发电机无法发电的问 题，本发明提供了如下的技术方案：

一种南极发电机舱内柴油储藏箱低温保护装置，包括柴油储藏箱以及连接在 柴油储藏箱内的出油管，其特征在于：在所述柴油储藏箱内底部设置有一加热室， 所述出油管从所述加热室穿过，在所述出油管的上端设置有一控制阀，该控制阀 与一感温包连接用于打开或关闭控制阀，在所述加热室上连接有柴油补充管道和 加热室空气补充管道，在所述柴油补充管道上设置有电磁阀，在所述加热室内还 设置有第一加热器以及用于点燃从所述柴油补充管道流入加热器柴油的点火器， 所述第一加热器套在所述出油管上，在所述加热室内还设置有一内有相变介质的 基座，在所述基座上端连接有位于所述加热室外的均温管，在所述基座上设置有 第二加热器；在所述加热器壳体设置有用于蓄电池发电的温差发电片，所述第一 加热器和第二加热器均连接在蓄电池上。

所述柴油储藏箱采用双层抽真空结构，双层之间采用格子结构固定，并且表 面用绝热保温材料包裹。

所述均温管采用星形结构，该星型结构包括主管道和次生管道；所述主管道 的长度和直径由分形理论确定，级数从第0级开始一直往下延伸到第i级，第i级 和第i-1级的管道长度之比为N^-1/D，管道直径之比为N^-1/Δ，N为每级的分叉管 道数目，D为长度指数，Δ为直径指数；所述次生管道设置在与每一级主管道和 下一级主管道组成的平面相垂直的平面内，且次生管道与该平面内的主管道之间 延气流方向的夹角为30°至90°。

所述温差发电系统由多个温差发电片串联起来组成，所述的温差发电片布置 在加热室和柴油接触的夹层中，以加热室外的柴油为冷端，加热室内的热量为热 端，为蓄电池充电。

所述控制阀包括膜片以及与所述阀片连接的弹簧，所述感温包与所述弹簧连 接，所述感温包在受冷时收缩提起膜片关闭控制阀，所述感温包在受热时膨胀下 压膜片打开控制阀。

均温管采用星形结构，采用沸腾/冷凝相变换热方式来预热柴油。均温管星 型结构主要由主管道和次生管道构成。星形结构使热量从一点同时扩散到各个面， 直至空间的每个位置，预热柴油更加快速，更加均匀。主管道是根据分形理论来 确定长度和直径的，级数从第0级开始一直往下延伸到第i级，具体的级数视柴 油储藏箱的大小而定。由分形理论可以知道，第i级和第i-1级的管道长度之比为 N^-1/D，管道直径之比为N^-1/Δ，N为每级的分叉管道数目，长度指数D取大于1 且小于等于2的实数，直径指数Δ取大于7/3且小于等于3的实数；次生管道是 旋转主管道形成的，在与每一级主管道和下一级主管道组成的平面相垂直的平面 内将主管道旋转30°至90°和150°至180°就可以形成次生管道，主管道和所 述的次生管道组成星形结构。主管道采用分形结构大大增加了换热面积，使柴油 预热更加快速；星形结构向储油箱各个方向延伸使柴油预热更加均匀。为了保证 均温管加热过程中有足够的流体用于相变换热，在第0级主管道的末端加装一个 储液基座，储液基座中的流体可为氨、乙醇、丙醇、丙酮、有机物、制冷剂等任 意流体工质。均温管采用沸腾/冷凝相变换热方式来预热柴油，相变液体在低等 级(如第0级)的管道中流体受热沸腾，然后在高等级的管道中遇冷冷凝放热， 从而预热储藏箱顶部的柴油。冷凝的相变液体在重力的作用下又自动流回储液基 座，实现循环使用。根据需求的不同，可以选择不同的均温管材料，可选用碳素 钢、低合金钢、不锈钢、铜(合金)、铝(合金)、陶瓷等材料。

温差发电系统由多个温差发电片串联起来组成。所述的温差发电片布置在加 热室和柴油接触的夹层中。多个温差发电片串联可以提供合适的蓄电池充电电压。 所述的温差发电系统充分利用了加热室内外温差大的特性，从而实现了蓄电池电 能的自给自足。

所述的加热室包括蓄电池加热器，点火器，电磁阀，加热室柴油补充管道和加热 室空气补充管道。柴油输出管道和均温管都有一部分在加热室中。加热室是在柴 油温度过低的情况下通过柴油输出管道和均温管为柴油提供热量，实现预热柴油 的目的。加热室中采用适用于不同的低温环境下的电加热和点火加热两种加热方 法。蓄电池加热和点火加热两种加热方法分别在T1和T2的低温环境下使用， 其中T1>T2。在柴油温度达到T1的低温时，蓄电池加热器利用蓄电池放电在电 阻丝上产生热量，热量再传给柴油来实现对柴油的预热。在柴油温度达到T2的 低温，或者柴油在蓄电池加热后仍未达到适合发电的温度时，加热室的柴油补给 管道上的电磁阀将打开，在重力作用下柴油进入加热室，通过点火器对所述的加 热室内的柴油进行点火燃烧，通过燃烧的方法把热量传递给柴油输出管道和所述 的均温管来实现对柴油的预热。

感温包与控制阀相连接，控制阀与柴油的输出管道相连接。感温包利用热胀 冷缩的原理工作，结构简单，安全可靠。当柴油的温度过低时，感温包传输压力 信号控制控制阀关闭，从而中断柴油输出，柴油发电机停止发电；当柴油被加热 到适合发电的温度时，感温包传输压力信号控制控制阀打开，输出管道输出柴油， 柴油发电机继续发电。

有益效果

本发明涉及一种南极发电机柴油储藏箱的低温保护装置，主要作用是在柴油 温度过低时预热柴油，使柴油发电机能够正常工作。本装置不仅使用了蓄电池加 热的方法来预热柴油，而且使用了点火加热的方法来预热柴油，这两种方法在不 同的低温环境T1和T2下使用，其中T1>T2。不同的低温环境下采用不同的加 热方法不仅科学合理，而且能够减少能源的消耗。均温管采用星形结构，既增加 了传热的面积使储藏器里的柴油能够更快的被预热，又使热量从一点同时扩散到 各个面，直至空间的每个位置，预热柴油更加的均匀；使用温差发电系统不仅能 够为蓄电池提供电能和点火器供能，而且简单方便，这样使整个系统更加的安全 可靠。

附图说明

图1一种南极发电机舱内柴油储藏箱低温保护装置示意图。

图2温度感应控制装置示意图。

图3南极发电机舱内柴油储藏箱中均温管结构示意图。

图中1.储藏箱箱体；2.双层抽真空格子结构壁面；3.绝热保温层；4.感温包； 5.控制阀；6.柴油输出管道；7.蓄电池加热器；8.点火器；9.加热室；10.温差发电 片；11.带储液基座的均温管；12.电磁阀；13.加热室柴油补充管道；14.蓄电池； 15.加热室空气补充管道；16.引线。

具体实施方式

图1给出了南极发电机舱内柴油储藏箱低温保护装置示意图，主要由柴油储 藏箱，柴油预热装置和温度感应控制装置三大部分组成。柴油储藏箱包括储藏箱 箱体1、双层抽真空格子结构壁面2和绝热保温层3。柴油预热装置包括预热装 置和供能装置两部分，其中预热装置包括柴油输出管道6、蓄电池加热器7、点 火器8、加热室9、带储液基座的均温管11、电磁阀12、加热室柴油补充管道 13、加热室空气补充管道15和引线16；供能装置包括温差发电片10和蓄电池 14。温度感应控制装置包括感温包4和控制阀5。

柴油储藏箱就是在储藏箱箱体1的双层抽真空格子结构壁面2外面包一层绝 热保温层3。

柴油预热装置包括预热装置和供能装置两部分。在预热装置中，加热室9 和柴油输出管道6焊接在储藏箱箱体上，且柴油输出管道6穿过加热室9，也用 焊接的方法连接。加热室9还包括一个装有电磁阀12的柴油补充管道13，用来 补充燃烧加热消耗的柴油。加热室空气补充管道15连接加热室9和柴油储藏箱 1，用来补充燃烧加热消耗的空气。加热室9里面的柴油输出管道6和带储液基 座的均温管11的基座缠绕有蓄电池加热器7，并引出引线16。加热室9内还需 固定一个点火器8，用来点火燃烧柴油加热。在供能装置中，多个温差发电片10 串联，布置在加热室9和柴油接触的夹层中；温差发电片10的所产生的电力储 存在蓄电池14中，蓄电池14再通过引线16给预热装置供能。

在温度感应控制装置中，柴油输出管道6的末端安装控制阀5，控制阀5和 感温包4相连接。当温度过低时。感温包4传递压力信号使控制阀5关闭，然后 引线16接通蓄电池加热输出管道6和带储液基座的均温管11的基座，使柴油储 藏箱中柴油温度升高；若柴油温度上升达到发电标准，则感温包4会传递压力信 号使控制阀5打开，柴油发电机继续发电。若柴油温度仍未达到发电标准或者一 开始温度就很低，则点火器8会点燃加热室9内的少量柴油来加热柴油输出管道 6和带储液基座的均温管11的基座，使柴油的温度上升达到发电标准。

图2给出了图1中感温包4和控制阀5的结构示意图。感温包4通过热胀冷 缩控制控制阀5里面弹簧的形变，从而实现柴油输出管道6的开闭。当温度过低 时，感温包4受冷收缩，导致压力下降，控制阀5里的膜片将被提起，从而带动 弹簧拉伸，弹簧下面的质量块抵到壁面，从而实现柴油输出管道6的关闭；当过 冷柴油在加热室9的作用下温度上升到发电标准时，感温包4受热膨胀，导致压 力上升，控制阀5里的膜片被下压，从而导致弹簧被压缩，弹簧下面的质量块下 降，柴油从质量块和壁面之间的环状空隙流入柴油输出管道6，实现柴油输出管 道6的打开。

图3给出了图1中带储液基座的均温管11的结构示意图。图中只画出了一部分 次生管道。每一个分支都有向外延生的后几级管道，这样保证了均温管的空间延 展性，使热量从点同时扩散到面，直至空间的各个位置，预热柴油更加快速，更 加均匀。