隔热罩 |
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| 申请号 | CN201380059760.3 | 申请日 | 2013-11-14 | 公开(公告)号 | CN104918781B | 公开(公告)日 | 2017-10-24 |
| 申请人 | 莱茵兹-迪兹通斯-有限公司; | 发明人 | 弗兰茨·施魏格加特; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及 隔热 罩 ，用于屏蔽部件的热区域。这种隔热罩用于例如保护 内燃机 的热区域，特别是催化剂、排气 歧管 、 涡轮 增压 器 等的热区域，或者还用于 电池 的调节。通常，隔热罩包括至少一个金属板层。除了这个使隔热罩呈现 稳定性 的金属板层之外，通常还设置由隔热材料，例如多孔材料，制成的隔 热层 作为另一层。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于屏蔽部件的热区域的隔热罩(1)，具有至少一个金属层(2)和隔热层(3)，所述隔热层(3)包括至少在邻近所述金属层(2)的区段中布置的多孔隔热材料，其特征在于： |
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| 说明书全文 | 隔热罩技术领域[0001] 本发明涉及隔热罩，用于屏蔽部件的热区域。这种隔热罩用于例如屏蔽内燃机的热区域，特别是催化剂、排气歧管、涡轮增压器等的热区域，或者还用于电池的调节。通常，隔热罩包括至少一个金属板层。除了这个使隔热罩呈现稳定性的金属板层之外，通常将由隔热材料，例如多孔材料，制成的隔热层设置为另一层。 背景技术[0002] 在隔热层未嵌入两个金属板之间之前，将该隔热层的整个表面施用至要被屏蔽的部件以使其位于该部件上。 [0003] 内燃机等的运行受负荷变化的影响，这导致在运行时间内热产量有变化。例如，为了将排放量和消耗保持在最小，在内燃机冷启动后立即将其加热到高温是必要的。为了这个目的，提供了隔热材料，在最大程度上防止热部件或加热部件的热辐射和对流。另一方面，当内燃机达到其满负荷运行状态时，需要提供尽可能高的热辐射或对流，以防止热部件或其元件过热。是否这些部件不耐高温，这是尤其重要的。 [0004] 鉴于防止被屏蔽部件过热和隔热屏本身的耐用性的优先级，通常在根据现有技术的隔热罩的布置中，以根本不考虑或只在很小程度上考虑减少冷启动时的排放量的方式来设计隔热罩的布置是必要的。然而，对于新型的车辆，特别是对于混合型车辆，具有部分负荷的运行状态和具有频繁的重新启动的运行阶段占主导地位。出于此原因，重要的是在设计中较大程度地考虑这些运行状态。 发明内容[0005] 这是本发明出发点，目的在于提供隔热罩，利用该隔热罩能够实现在所有的运行状态中良好的隔热性，但同时在高的热负荷下允许有足够的散热。本发明还涉及具有被设置在本发明的隔热罩处的散热部件的构件装配件。 [0007] 本发明通过提供用于屏蔽一部件的热区域的隔热罩解决了上述问题，所述隔热罩包括至少一个金属层。邻近该金属层，设置有在基本上平行于该金属层的层的平面中延伸的另一隔热层。由此，所述隔热层在要被屏蔽的部件与金属层之间延伸。这两个层都优选地与要被屏蔽的部件的外部形状相符。所述隔热层由多孔隔热材料构成或包括这种材料。有利地，在远离金属层的隔热层的表面上，没有设置另外的层或仅设置有根据所述隔热层的轮廓而形成的层，使得隔热层直接地或间接地位于所述热部件上。在远离金属层的隔热层的表面上，所述隔热层包括至少一个流动通道。所述流动通道形成为所述隔热层的表面中的槽。 [0008] 如果隔热层的整个表面——该表面指向热部件——位于热部件上，则热部件和所述槽的壁一起界定隔热层中的流动通道。在所述热部件的高温下，经过这些流动通道发生所述热部件与所述隔热层之间的对流，将所述热部件与所述隔热层之间的热量引导向外部，特别是当该部件表现出高温时。 [0009] 因此，本发明的流动通道直接集成到多孔隔热材料中。由于它们形成为这样的槽：当隔热罩位于热部件上时所述槽闭合并从而建立流动通道，因此可以以简单的方式将流动通道引入到隔热层中。利用根据本发明的隔热罩，有利的是：例如对于一个冷部件，该部件与隔热罩之间的对流较小，并且因而仅释放很少的热量。但是，如果该部件已经达到较高的温度，通过隔热屏的集成的流动通道会发生增多的散热。 [0010] 对于隔热罩的最简化的制造和固定，优选的是其由几个部分壳组成，所述几个部分壳彼此连接以形成环形地围绕部件的隔热罩。尤其有利的是隔热罩由两个半壳组成，该两个半壳各自由它们外部的金属层和它们内部的隔热层构成。然而也可以将大量的部分壳组合成环状封闭的隔热罩。尤其优选的是由各部分壳形成的外壳以如下方式闭合：使得在使所述外壳闭合的交界处，至少一部分流动通道以齐平的方式(in a flush manner)通过。各部分壳例如，在已经被安装在所述部件周围后，彼此连接。在这种情况下，尤其地，是在领形突出部分处进行连接，所述领形突出部分设置在所有各部分壳的边缘区域处。以同样的方式，可以单独安装所述各部分壳。在另一有利的实施方案中，至少两个半壳通过一种铰链彼此连接，使得隔热罩可以被安装为一个整体。本文中使用的铰链可以为单独生产的部件，所述各部分壳通过该部件彼此连接。然而也可以是，隔热罩包括弯曲区域，所述弯曲区域被设置为隔热罩的金属层中的一体结构。在这种情况下，所述各部分壳直接互相结合并从而不是单独的部件。 [0011] 优选的是至少一个流动通道包括至少一个用于主动或被动打开和闭合或通风的装置。在有利的实施方案中，流动通道在它们的进气口和出气口处可以具有关闭和打开功能，并且以这种方式可以被打开或被关闭。这使得能够控制所述热部件的表面温度。为了这个目的，有利的是，使用具有温度传感器的控制电路，例如在热部件处或在隔热罩处，尤其是在其表面。为了控制流动通道，还可以使用能够由于温度控制的灵敏性而关闭或打开通道的促动器或热敏材料。为了实现改善的散热，必须确定通道的开口，尤其是在满负荷条件下。 [0012] 通过流动通道的气体或空气的通路使用自然对流或在车辆引擎或额外地使用滑流(slip stream)的情况下以被动的方式来实现，或通过主动吹气，例如使用风扇来实现。还可以预先调节气体。为了这个目的，其可以使用电加热或使用相变材料来进行加热。作为替代，其可以在经过隔热罩的通道之前使用车辆的空调来进行冷却。 [0013] 有利地，隔热材料包括绒头织物(fleece)，例如利用陶瓷粘合剂加固的绒头织物。这种绒头织物可以被模塑为预成型部件。还可以同时将流动通道模塑到绒头织物远离金属层的方向的表面中。如果需要，可以提供额外的表面处理，例如使用陶瓷基高温胶粘剂或陶瓷基高温涂料或漆，以通过形成表皮来加固隔热层的表面。这种高温胶粘剂、涂料和漆可以为例如在150℃至250℃之间的温度倾向于形成表皮的材料。 [0014] 适合作为隔热材料的是，玻璃垫，尤其是由SiO2、Al2O3和/或CaO利用粘合剂制成的玻璃垫；膨胀云母(expanded mica)、玄武岩岩棉(basalt rock wool)、各种陶瓷块(ceramic mass)、膨胀粘土或诸如聚酰亚胺或三聚氰胺等高温物质。也可以是夹层结构，尤其是具有前面提到的材料中的至少一个的夹层结构。 [0015] 流动通道的形成和布置可以以不同的方式完成，所述方式必须适应热需要，这可以使用要被屏蔽的热部件的温度记录来估算。在这个方面，流动通道必须适应热部件中散热的要求，并且在各情况下还必须适应热部件的特定区域(称为热点)中散热的需要。流动通道在隔热层的表面上可以显示出各种图案，例如沿隔热罩的纵向延伸方向或其横向，以一级螺纹或两级绕组(winding)的形状呈螺旋状和/或以几个相对于彼此以逆向流动的流动通道的形状呈螺旋状。在大多数情况下，优选的是隔热罩不仅包括单个流动通道，而是至少两个流动通道形成在隔热层中，独立于彼此围绕所述部件。流动通道的距离可以适应各自的散热需求。因此，它们可以被布置为，在热点区域更接近彼此。流动通道的截面可以是在其路径中不变或可以沿着它们的路径相对于它们的高度和/或宽度变化，从而适应局部的需求。流动通道的总长度、流动通道的图案、几个流动通道在它们的入口或出口处可能汇集(pooling)到单一通道等可以适应各个的需求。尤其有利的是，各部分壳中的通道形成为彼此齐平的，使得在整个部件的周围实现气体流动。最好是所给出的这种通道沿隔热罩的纵向延伸方向延伸，当然这并不是所必须的。 [0016] 尤其在热点区域中，扩大在这一区域延伸的通道的宽度可以是有利的，并且优选地同时减小其高度。这样，增大了气体与部件之间的接触面积并且改善了向气体的热传递和散热。流动通道的截面，尤其在热点区域中，也可以在气体的流动方向上大幅度地变化，显示出不同截面，使得气体经历扰动(turbulence)，从而提高了向气体的热传递。 [0017] 为了提高冷却性能并且使整个隔热罩的外部热图(thermal map)一致，有利的是在隔热层(如已所述)的热的侧面上提供至少一个第一绕组和在所述隔热层的外表面上提供至少一个第二绕组，得到在隔热层的内表面上的至少一个第一冷却回路和在隔热层的外表面上的至少一个第二冷却回路。这使得能够在不同的方向或在同一个方向上运行第一和第二冷却回路。第一冷却回路可以平行于第二冷却回路延伸，从而相对于隔热层的表面的平面不位移(shift)或交错。此外，它们可以相对于彼此像双螺旋一样延伸或以在向隔热层的中间投影中在几处彼此交叉的方式延伸。尤其优选的是，气流通过由隔热层的外表面上的第二绕组得到的第二冷却回路，由于这确保了在车辆运行过程中简单并持久的冷却，同时在车辆的其他阶段不发生冷却而便于加热。在隔热层的内表面和外表面上使用第一和第二冷却回路允许根据每个特殊操作条件的要求来设计热图的更多的机会。 [0018] 取代在隔热层的内表面上形成至少一个第一绕组和在同一隔热层的外表面上形成至少一个第二绕组，也可以采用至少三层隔热层的排列实现类似的设计，内层具有用于至少一个第一绕组的凹进(recess)，第二层是连续的并且外层具有用于至少一个第二绕组的凹进。 [0019] 10至500mm2的截面面积，有利地30至200mm2的截面面积，尤其适合流动通道。各个流动通道之间的距离有利地在5至100mm的范围内，更有利地在10至50mm之间。 [0020] 在以螺纹状的方式布置的流动通道的情况下，所述流动通道在几个部分壳上连续，它们的斜面(slope)可以在25至100mm之间，尤其约50mm。通道的宽度有利地在3至30mm之间的范围内，更有利地在4至20mm之间并且最有利地在8至12mm之间。尤其适合的通道高度为2至20mm，有利地为5至15mm并且更有利地为5至10mm。 [0021] 流动通道的截面形状也可以变化并且例如通过使用半圆形的、矩形的或梯形的截面适应实际的需求。在梯形截面的情况下，较长的基侧(basic side)可以设置在热部件侧或与其相对侧。 [0022] Ω形(Omega-shaped)截面也是可能的。尤其优选的是沿热部件布置流动通道，因为这产生良好的冷却效果。然而，相对于该部件的纵向成5至45°之间的角度，有利地约20°的角度而倾斜的走向也是适合的。在优选的实施方案中，形成流动通道的槽至少在其纵向延伸的一段上可以显示出逐渐变细的截面，有利地以锥形的方式逐渐变细。另外，该截面可以沿所述槽在各段逐渐变细和变宽。 [0023] 隔热层显示出与至少一个金属层相同的延伸方向不是必须的。相反，边缘区域可以没有隔热材料，尤其是如果它们的目的仅在于将隔热罩通过其金属层固定至热部件。然而，优选的是隔热层延伸为覆盖金属层的延伸平面的至少50％以上，优选地为至少80％，优选地为至少90％。 [0024] 所述至少一个金属层包括钢板或由钢板构成，尤其是不锈钢板、铝化钢板(aluminated steel sheet)，尤其是耐火的铝化钢板(fire-aluminated steel sheet)和/或镀铝钢板等。所述金属板可以具有光滑金属板的形式，或其可以至少部分地有凹痕(dimpled)。最优选的是，所述至少一个金属层的外表面具有良好的反射率。因此，根据本发明的隔热罩结合了反射、对流以及隔热特性，并允许对于特定应用的定制设计。 [0025] 根据本发明的隔热罩用来屏蔽热部件，尤其是内燃机的部件，特别是在车辆中，例如主要为客车和运载车(utility vehicle)。因此，所述隔热罩尤其适合应用于排气线，尤其是在排气歧管或排气处理单元、增压以及热交换器单元，例如用于加热传动油(transmission oil)的热交换器，用在额外的乘客室加热中和/或电池调节中。 [0026] 以下给出本发明的隔热罩的一些实施例。在所有这些实施例中，使用相同或相似的附图标记表示相同或相似的元件，以避免重复。在以下实施例中，将结合实施例表示本发明的一些元件。但是，每个本发明的元件也可以独立于相应实施例的其他元件而表示本发明的有利的实施方案。 附图说明[0027] 图1为根据现有技术的隔热罩； [0028] 图2为由两个部分壳构成的本发明的隔热罩； [0029] 图3和4为本发明的隔热罩的顶视图； [0030] 图5至7为本发明的流动通道取向的示例； [0031] 图8为本发明的具有铰链机制的隔热罩； [0032] 图9为本发明的流动通道取向的另一示例。 具体实施方式[0033] 图1示出具有金属层2的隔热罩1。由多孔材料构成的隔热层3被布置为基本上平行于金属板层2。隔热层3嵌入到金属层2中并由金属层2加固。金属层2由耐火的铝化(fire-aluminated)不锈钢构成，隔热层3由不含粘合剂的玻璃-纤维垫构成。金属板层2和隔热层3它们的几何形状与两个邻接部件的几何形状相符，并且以这种方式表现出具有凸出部的三维形式，例如在区域40中。图1中的隔热罩1实际上是与一个第二半壳相结合的，并且符合现有技术。 [0034] 图2以分解视图示意性地表示出由两个半壳1a和1b构成的隔热罩1的构造。该两个半壳都被设置为以环形方式包围作为相邻部件的催化剂9。半壳本身包括镀铝的或不锈钢的外壳2a、2b，其中分别嵌入有隔热层3a、3b。与现有技术中的隔热层不同，隔热层3a、3b由已经用陶瓷粘合剂固定的玻璃纤维垫构成，使得半壳永久地保持其形状。这对于遍布在朝向部件9的隔热层表面上的通道10持久的稳定性是尤其需要的。 [0035] 在图3中，在面向热部件的表面的顶视图中示出了类似于图1中的、但为根据本发明的隔热罩1的半壳。对应于本发明，此处，在指向热部件的隔热罩1的表面上，槽10a至10d被模塑到隔热层3中，通过该槽气体可以在热部件与隔热层3之间流动。为此目的，槽10a至10d其末端之间触及(reach to)隔热层3的端部，并因此各自包括进气口5a至5d以及出气口 6a至6d。在安装状态下的槽10a至10d在此处未示出的互补的半壳中继续延伸。槽10a至10d显示出基本上半圆形的截面，其中槽的最大深度为8mm，并且槽的最大宽度为10mm。 [0036] 在图4中，在指向热部件的表面的顶视图中示出根据本发明的隔热罩的半壳。此处，隔热层3被标记有波浪形的阴影线(hatching)。此外，流动通道被模塑成槽10a至10g进入面向热部件的隔热层的表面中，流动通道穿过隔热层到其边缘。金属层2的边缘8在朝向第二半壳的边界地带的几个区域呈领形向外突出，并且以这种方式形成对应第二半壳的领形突出边缘的抵靠区域(resting area)。到达这一端的领形突出边缘可包括用于连接两个半壳的紧固部件的通路开口，此处不详细论述这些通路开口。作为替代，互补的边缘也可以通过夹紧或堵塞连接来彼此固定。 [0037] 图5在局部图A至D中示出了将流动通道10a至10d布置在隔热层3的表面上或表面内的几种可能。在图5A中，一共给出四个流动通道10a至10d，其相对于热部件的纵轴成约120°的角度延伸。这些通道围绕该部件并且以这种方式形成单个连续通道。这是由图5B中的相应截面图得到的，在图5B中各部分壳在示意图中是组合的。图5B为简化图，其没有反映出通道截面10a至10d不平行于纸面延伸而是作为向纸面倾斜的螺旋通道延伸，如根据图5A得到的。因此，通道的进气口和出气口位于纸面的前面和后面。 [0038] 图5C还示出了螺旋地环绕热部件的通道10a、10b、10c和10d或更确切地说是它们的截面，此处再次给出了多层螺旋。虽然通道10a至10d彼此平行延伸，但是此处在通道10a和10c中流动的气体方向与通道10b和10d中流动的气体方向相反。 [0039] 在图5D中，示出了两个流动通道10a和10b的布置，其螺旋地环绕着热部件。这些通道相互错开，使得两个流动通道10a和10b的回旋(convolution)以交替嵌套的方式延伸。该两个流动通道被设置为，它们的通路在横向流动中有效。 [0040] 在局部图A至C中，图6示出了平行于热部件的纵向轴的流动通道的布置。此处，图6A示出了隔热层3的细节，其中可以识别出彼此平行布置并且直线延伸的四个流动通道10a至10d。 [0041] 在图6B中，示出了穿过对应于图6A的部件的布置的截面。通道10a至10d在其纵向的方向上——因而该方向正交于图5B的绘图平面——彼此平行延伸。在图6B中，可以理解除了通道10a至10d之外，给出了其他通道，并且隔热罩1完全包围热部件9并通过这种方式使其绝热和冷却。 [0042] 在图6C中，示出了流动通道10a至10e的布置，其在很大程度上对应于图6A和6B中示出的布置，只是其中通道10a至10e以与热部件9的纵向轴成约20°的角度延伸，该纵向轴在图6C中水平延伸。 [0043] 在图7中，也示出了隔热层3的相应截面，其中流动通道10a至10h与热部件的纵向轴成一角度延伸，该纵向轴水平地延伸。此外，流动通道10a至10h的截面彼此相比既不相同也不恒定。特别地，流动通道10c至10f的截面小于通道10a、10b和10g的截面。此外，通道10c至10f彼此之间的距离较小，因此，该区域中的通道密度高于通道10a、10b、10g和10h。流动通道的这种布置和设计可以例如在要被屏蔽的热部件的热点区域中选用，该热点被通道10c至10f覆盖。这样，可以实现对热点更好的冷却，同在热点区域内一样，通道10c至10f中的流速高，并且进一步增大了通道的密度。 [0044] 图8示出了根据本发明的隔热罩的另一实施方案。如图2所示，隔热罩1由两个半壳1a、1b构成，但是，此处所述两个半壳通过铰链7彼此连接。如先前已描述的，半壳10a、10b各由外部的金属层2a、2b和内部的隔热层3a、3b构成。金属板层2a、2b的厚度与相应的隔热层 3a和3b的厚度之间的比并不是成比例的。在隔热层3a、3b中，成半圆形轮廓的通道10a至10d以螺旋方式向纸面内或纸面外继续延伸。当隔热罩1的两个半壳1a、1b在待屏蔽的部件9周围利用铰链7闭合时，半壳1a中的通道10a、10b的端部在另一个半壳1b——其在此处无法示出——中继续延伸，并以这种方式形成连续的螺旋。两个半壳2a、2b的突出边缘8在闭合时至少部分地以面对的方式彼此抵靠，并且可以使用紧固部件，例如夹子或螺钉，来连接。 [0045] 图9示出了穿过包含待屏蔽部件和直接设置在该部件上的隔热罩的组件的简化截面，这是本发明的又一实施方案。此处，隔热层3不是单件的，而是由三个基本同轴的层3、3'、3”构成，所述三个基本同轴的层3、3'、3”按这样的顺序一个布置在另一个上。最内层3和最外层3”包括空气流动通道，即最外层3”中的通道10a至10d由金属层2界定并且最内层中的通道10a'到10d'由部件9界定。该简化截面的设置方式与图5B中所用的方式相对应。由此，这是一个简化图，其并没有反映出通道10a至10d和10a'至10d'各自不平行于纸面延伸，而是作为向纸面倾斜的螺旋通道而延神。因此，各通道的进气口和出气口位于纸面的前面和后面。图9中的箭头指示出在最内层3中，通道10a'至10d'中的空气从观察者流入纸面内时以顺时针方向流动，而最外层3”中的通道10a至10d从相同的视角看以逆时针方向流动。 这使得一个通道影响另一个通道。如果在最外层3”中的通道10a至10d内流动的气体是空气流，则这允许内部通道中的气体非常高效的冷却，对温热(warm-up)没有不利影响。作为两组通道相反的旋转指向的替代方案——其中此处所示的通道被彼此位移，在最外层和最内层中，相同的流动方向和/或平行的布置也是可能的。虽然从生产角度看，有利的是将本发明的隔热罩设计成具有由几个隔热材料层形成的隔热层，其中在隔热层的内表面和外表面上具有通道，但是隔热层也可以由单个层形成。 |
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