CN101367332B

CN101367332B - 用于汽车的微细多孔管平行流集成散热装置

Info

Publication number: CN101367332B
Application number: CN2008101987208A
Authority: CN
Inventors: 梁荣光; 何冰强; 向丹; 巫江虹
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2008-09-24
Filing date: 2008-09-24
Publication date: 2011-08-17
Anticipated expiration: 2028-09-24
Also published as: CN101367332A

Abstract

本发明专利公开了一种用于汽车的微细多孔管平行流集成散热装置，包括空调冷凝器、水箱散热器和发动机油冷却器；水箱散热器和发动机油冷却器左右并列，通过隔热层隔开，共同位于空调冷凝器下端；空调冷凝器两端设有集流节，多排微细多孔管连接在集流节之间，波纹散热翅片夹在两行微细多孔管之间，并分别与这两行微细多孔管之一焊接；CO₂(R744)冷媒气相入口管和出口管分别联接在集流节上，所述两端的集流节为多个可正向安装的套装式结构。本发明集成了现有车用空调冷凝、水箱散热、发动机油冷却，且成一模块化，整体质量轻，占据空间更小，采用多元平行流式冷凝器，其集流管进行了分段，制冷剂在冷凝器中可以多次往复流动，换热能力强。

Description

用于汽车的微细多孔管平行流集成散热装置

技术领域

本发明涉及车用冷却装置，具体涉及一种用于汽车的微细多孔管平行流集成散热装置。本装置包含以微细多孔管(微通道)、集流管(节)配合制造的平行流形式空调冷凝、水箱散热、发动机油冷却等热交换部件。

背景技术

在各类车辆中存在各种不同作用和形式的热交换装置，如汽车空调系统中的冷凝器，发动机冷却系统中的水箱散热器，发动机润滑系统中的机油散热器等。它们在车辆中均是独立存在并安装在车辆发动机舱，因而它们都有其各自难以克服的缺点：①汽车空调系统中的冷凝器，发动机冷却系统中的水箱散热器，发动机润滑系统中的机油散热器等，在发动机舱均占有较大的体积，必然会造成客舱空间的减小；②现有的汽车空调系统冷凝器结构形式主要有以下三种，即管片式、管带式和层叠式；采用管片式冷凝器的车辆，由于汽车在行驶中将产生比较剧烈的颠簸和震动，引起管子和肋片之间的松动，加剧换热效果的降低；而采用管带式或层叠式蒸发器的车辆，因其体积大、重量重和制冷能力不足，且有效散热面积小、迎风阻力大而致使换热效率低；③泄漏的车用冷媒(目前常用的车用冷媒是R24)对大气臭氧层造成很大的破坏；④对上述各组件的安装维护保养均有较大的问题。

现有技术中，冷凝器的结构形式有以下几种：管片式冷凝器、管带式冷凝器、鳍片式冷凝器、平行流式冷凝器。其中，平行流式冷凝器主要结构为单元平行流式冷凝器，它是一种两侧集流管不分段，制冷剂由一侧集流管通过平行安装的管道平行地流向另一侧集流管，制冷剂在冷凝器中只是一次单向流动过程；且管道中的散热管内孔大，使得冷媒与管之间不能完全进行热量的交换，以致并不能使冷媒完成完全的热量散失，故不适用于CO₂(R744)冷媒。现有水箱散热、发动机油冷所使的冷却管(散热管)为尺寸较大的圆形管，它同样存在冷媒与管之间不能完全进行热量的交换，以致并不能使冷媒完成完全的热量散失。

发明内容

本发明的目的是为了克服当前车辆中使用的空调系统中的冷凝器，发动机冷却系统中的水箱散热器，发动机润滑系统中的机油散热器等热交换装置中的上述问题，提供一种换热能力强，体积小，节省材料与安装空间的二氧化碳平行流集成散热装置，该装置集成了水箱散热器，发动机润滑系统中的机油散热器等部件。

用于汽车的微细多孔管平行流集成散热装置，包含了车用空调冷凝、水箱散热、发动机油冷却等功能，它们在结构上均以微细多孔管(微通道)、集流管(节)配合的形式制成平行流形式集成。从而增加有效散热面积，减小迎风面积和迎风阻力，达到强化空调冷凝器、水箱散热器、机油散热器等各部分冷却效果，缩减其相应体积，节约原材料，提高安装维护效率。使用本散热装置亦可大幅提高其换热效率，因而减小动力消耗，并提高制冷量；整个装置结构简单、重量轻、容易制作、成本低。

本发明的目的通过如下技术方案实现：

用于汽车的微细多孔管平行流集成散热装置，包括空调冷凝器、水箱散热器和发动机油冷却器；所述水箱散热器和发动机油冷却器左右并列，通过隔热层隔开，共同位于空调冷凝器下端，空调冷凝器与水箱散热器和发动机油冷却器通过中间上隔板和中间下隔板隔开，中间上隔板和中间下隔板通过工字型支架固定；

所述空调冷凝器两端设有集流节，多排微细多孔管连接在集流节之间，波纹散热翅片夹在两行微细多孔管之间，并分别与这两行微细多孔管之一焊接；CO₂(R744)冷媒气相入口管和出口管分别联接在集流节上，所述两端的集流节为多个可正向安装的套装式结构，所述微细多孔管之一为圆形，孔径为0.3～1mm，一端以小过盈配合的形式插入一端的集流节开口处，另一端以小过盈配合的形式插入相对端的集流节开口处；

所述水箱散热器两端设有集流节，多排微细多孔管之二连接在集流节之间，波纹散热翅片夹在两行微细多孔管之二之间，并分别与这两行微细多孔管之二焊接；冷却水入口和冷却水出口分别联结在外端不同的集流节上；所述两端的集流节为多个可正向安装的套装式结构，微细多孔管之二为方形，尺寸为1～2mm×1～2mm；

所述发动机油冷却器两端设有集流节，多排微细多孔管之三连接在集流节之间，波纹散热翅片夹在两行微细多孔管之三之间，并分别与这两行微细多孔管之三焊接；机油入口和机油出口分别联结在外端不同的集流节上；所述两端的集流节为多个可正向安装的套装式结构，微细多孔管之三为方形，尺寸为1～2mm×1～2mm。

所述的空调冷凝器微细多孔管之一孔径优选为0.7mm。

所述的空调冷凝器两端的集流节为多个可正向安装的套装式结构是指中间集流节之一的开口部位与进口集流节之一的缩口部位焊接；出口集流节之一的开口部位与中间集流节之一的缩口部位焊接；中间集流节之四的开口部位与中间集流节之五的缩口部位焊接。

所述的水箱散热器两端的集流节为多个可正向安装的套装式结构是指出口集流节之二的开口部位与进口集流节之二的缩口部位焊接，另一端为中间集流节之二。

所述的发动机油冷却器两端的集流节为多个可正向安装的套装式结构是指进口集流节之三的开口部位与中间集流节之四的缩口部位焊接；出口集流节之三的开口部位与进口集流节之三的缩口部位焊接；另一端为中间集流节之三。

与现有技术相比，本发明具有如下优点和积极效果：

1、安装方便，适用于各种车辆：由于本装置集成了现有车用空调冷凝、水箱散热、发动机油冷却等部分的功能，且成一模块化，避免了独立式空调冷凝装置、水箱散热装置、发动机油冷却系统安装多次，容易发生混淆的情况。

2、更轻的整体质量，更优的性价比：由于整个装置采用平行流形式结构，而制造时可采用整体成型工艺，故其体积和所用原材料相应减小，装置总质量比独立式结构形式要大幅降低，同时也使生产成本更低，得以拥有更大的价格优势。

3、换热能力强：本发明专利多元平行流式冷凝器，其集流管进行了分段，制冷剂在冷凝器中可以多次往复流动，使冷媒的热量得以完全散失；同时构成集流管的集流节其结构形式为可实现自动正向安装的套装式结构；本专利所采用的散热管为微细多孔管，在保证相同流量的情况下，能使得冷媒的热量得以更多更完全地散失；同时本专利所述模块化散热器，通过增减散热管、散热翅片及与之联结的集流节数量，可以方便地适用在不同的使用场合。

附图说明

图1为用于汽车的微细多孔管平行流集成散热装置结构示意图。

图2为图1中A-A剖视示意图。

图3为图2中M-M剖面示意图。

图4为图1中B-B剖视示意图。

图5为图1中微细多孔管之一横截面示意图。

图6为图1中微细多孔管之二横截面示意图。

图7为图1中微细多孔管之三横截面示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细的说明，但本发明的实施方式不限于此。

如图1、2、4所示，用于汽车的微细多孔管平行流集成散热装置包括空调冷凝器I、水箱散热器II和发动机油冷却器III，水箱散热器II和发动机油冷却器III左右并列，通过隔热层18隔开，共同位于空调冷凝器I下端，空调冷凝器I与水箱散热器II和发动机油冷却器III通过中间上隔板27和中间下隔板26隔开，中间上隔板27和中间下隔板26通过工字型支架16固定。

空调冷凝器I主要由集流节端盖之一1、CO₂(R744)(R744—表示的是CO₂制冷剂。制冷剂的命名方式：用R即制冷剂英文的第一个字母加按一定规则表示制冷剂分子的原子构成的数字组成)、气相入口管2、进口集流节之一3、微细多孔管之一4、中间集流节之一5、波纹散热翅片之一6、CO₂(R744)气液两相出口管7、出口集流节之一8、中间集流节之四28、中间集流节之五29、中间上隔板27、上盖30组成。如图1所示，CO₂(R744)气相入口管2通过钎焊(以下简述为焊接)联结在进口集流节之一3上，CO₂(R744)气液两相出口管7焊接在出口集流节之一8上；进口集流节之一3的开口部位与集流节端盖之一1焊接；中间集流节之一5的开口部位与进口集流节之一3的缩口部位焊接；出口集流节之一8的开口部位与中间集流节之一5的缩口部位焊接；中间集流节之五29的开口部位与集流节端盖之一1焊接；中间集流节之四28的开口部位与中间集流节之五29的缩口部位焊接；多排微细多孔管之一4连接在集流节之间，一端是进口集流节之一3、中间集流节之一5和出口集流节之一8，另一端是中间集流节之五29与中间集流节之四28。如图3、5所示，微细多孔管之一4为圆形，孔径为0.3～1mm，优选0.7mm，一端以小过盈配合的形式插入进口集流节之一3(或是中间集流节之一5或出口集流节之一8)开口处D，另一端以小过盈配合的形式插入中间集流节之五29(或是中间集流节之四28)开口处E，并以焊接形式进行联结。而波纹散热翅片之一6则夹在两行微细多孔管之一4之间，并分别与这两行微细多孔管之一4焊接。中间上隔板27分别与最下一行波纹散热翅片之一6、出口集流节之一8、中间集流节之四28及工字型支架16焊接在一起。上盖30分别与最上一行波纹散热翅片之一6、集流节端盖之一1、进口集流节之一3和中间集流节之五29焊接。

如图1所示空调冷凝器I工作时，高温高压的气相冷媒CO₂(R744)由CO₂(R744)气相入口管2进入进口集流节之一3，通过进口集流节之一3分流进入第一组微细多孔管之一4，平行地流到中间集流节之五29；部分冷凝，气态容积略小的CO₂(R744)冷媒，在中间集流节之五29的作用下(该集流节使气态容积略小的CO₂(R744)冷媒此时不能流出冷凝器，而流向另外一组的微细多孔管的过程)流进第二组微细多孔管之一4，再平行地流到中间集流节之一5；进一步冷凝，气态容积变小的CO₂(R744)冷媒，在中间集流节之一5的作用下流进第三组微细多孔管之一4，平行地流到中间集流节之四28；大部分冷凝，气态容积更小的CO₂(R744)冷媒，在中间集流节之四28的作用下流进第四组微细多孔管之一4，平行地流到出口集流节之一8，经CO₂(R744)气液两相出口管7引出空调冷凝器I。冷媒CO₂(R744)在冷凝部分I中流转的过程中与微细多孔管之一4接触，不断将所含的热量传递给微细多孔管之一4，再通过与微细多孔管之一4焊接的波纹翅片之一6将热量散发至流过装置该部分的空气中，并被带走，从而实现热量的耗散。完成CO₂(R744)冷媒由气相CO₂(R744)转变成气液两相CO₂(R744)，从而完成冷凝效用。

微细多孔管之一4的布管数量、长度与CO₂(R744)冷媒平行层流循环次数，只是为方便说明本装置中冷凝模块工作时的其中一个示例。具体实施时可视最大制冷量，而确定所需微细多孔管之一4的布管数量、长度与CO₂(R744)冷媒平行层流循环次数。

水箱散热器II主要由冷却水入口9、进口集流节之二10、冷却水出口11、出口集流节之二12、微细多孔管之二13、波纹散热翅片之二14、中间集流节之二17、集流节端盖之二31等零件组成。

如图1所示，冷却水入口9通过焊接联结在进口集流节之二10上，而冷却水出口11焊接在出口集流节之二12；进口集流节之二10的开口部位与出口集流节之一8的缩口部位焊接；出口集流节之二12的开口部位与进口集流节之二10的缩口部位焊接；中间集流节之二17开口部位与集流节端盖之二31焊接。如图6所示，微细多孔管之二13为方形，尺寸为1～2mm×1～2mm，优选1.9mm×1.9mm，多根微细多孔管之二13之间相互间隔，两端连接在集流节之间，一端是进口集流节之二10与出口集流节之二12，另一端是中间集流节之二17，其连接方式同微细多孔管之一4。波纹散热翅片之二14则夹在两行微细多孔管之二13之间，并分别与这两行微细多孔管之二13焊接。中间下隔板26分别与最上一行波纹散热翅片之二14、进口集流节之二10、集流节端盖之二31及工字型支架16焊接。下盖15分别与最下一行波纹散热翅片之二14、中间集流节之二17底部焊接。

水箱散热器II工作时，高温冷却水由冷却水入口9进入进口集流节之二10，通过进口集流节之二10分流进入第一组微细多孔管之二13，平行地流到中间集流节之二17；降温的冷却水，在中间集流节之二17的作用下流进第二组微细多孔管之二13，平行地流到出口集流节之二12，经冷却水出口11引出水箱散热II。冷却水在水箱散热II中流转的过程中与微细多孔管之二13接触，不断将所含的热量传递给微细多孔管之二13，再通过与微细多孔管之二13焊接的波纹翅片之二14，将热量散发至流过装置该部分的空气中，并被带走，从而实现热量的耗散。完成冷却水由高温到低温的降温进程。

微细多孔管之二13的布管数量、长度与冷却水平行层流循环次数，只是为方便说明本装置中水箱散热模块工作时的其中一个示例，具体实施可视所需冷却水量和降温要求，而确定所需微细多孔管之二13的布管数量、长度与冷却水平行层流循环次数。

发动机油冷却器III主要由中间集流节之三19、微细多孔管之三20、波纹散热翅片之三21、机油出口22、出口集流节之三23、机油入口24、进口集流节之三25、集流节端盖之二31等零件组成。

如图1所示，机油入口24通过焊接联结在进口集流节之三25上，而机油出口22焊接在出口集流节之三23；进口集流节之三25的开口部位与中间集流节之四28的缩口部位焊接；出口集流节之三23的开口部位与进口集流节之三25的缩口部位焊接；中间集流节之三19开口部位与集流节端盖之二31焊接。而波纹散热翅片之三21则夹在两行微细多孔管之三20之间，并分别与这两行微细多孔管之三20焊接。如图7所示，微细多孔管之三20为方形，尺寸为1～2mm×1～2mm，优选1.4mm×1.4mm，多根微细多孔管之三20之间相互间隔，两端连接在集流节之间，一端是中间集流节之三19，另一端是出口集流节之三23与进口集流节之三25，其连接方式同微细多孔管之一4。中间下隔板26分别与最上一行波纹散热翅片之三21、进口集流节之三25、集流节端盖之二31及工字型支架16焊接。下盖15分别与最下一行波纹散热翅片之三21、中间集流节之三19底部焊接。

发动机油冷却器III工作时，高温机油由机油入口24进入进口集流节之三25，通过进口集流节之三25分流进入第一组微细多孔管之三20，平行地流到中间集流节之三19；降温的机油，在中间集流节之三19的作用下流进第二组微细多孔管之三20，平行地流到出口集流节之三23，经机油出口22引出发动机油冷却III。

机油在发动机油冷却III中流转的过程中与微细多孔管之三20接触，不断将所含的热量传递给微细多孔管之三20，再通过与微细多孔管之三20焊接的波纹翅片之三21，将热量散发至流过装置该部分的空气中，并被带走，从而实现热量的耗散。完成机油由高温到低温的降温进程。

图1所示微细多孔管之三20的布管数量、长度与冷却机油平行层流循环次数，只是为方便说明本装置中发动机油冷却模块工作时的其中一个示例，具体实施可视所需冷却发动机油流量和降温要求，而确定微细多孔管之三20的布管数量、长度与冷却机油平行层流循环次数。

装配时，第一步：将用于制造空调冷凝部分I的集流节端盖之一1、CO₂(R744)气相入口2、进口集流节之一3、上盖30、集流节端盖之二31等元件按图1所示组装；第二步：用适当的上与下紧固力以及左与右紧固力作用于该组装件。第三步：对有关部件进行点焊。第四步：对有关部件进行钎焊。第五步：在如图中所示部位填充隔热材料，形成隔热层18。即可制造出本发明专利所述多介质模块化微细多孔管(微通道)平行流车用集成散热装置。

本发明在结构上在两侧设置集流节，集流节之间使用平行流的微细管将空调冷凝器、水箱散热器、发动机油冷却器三部分组合起来，实现了模块化，而现有的空调冷凝器、发动机油冷却器、车用散热器的设计均是单件设计，即复杂笨重又占用车内宝贵空间。实行模块化，第一可以避免在维护与安装时造成混淆，如各功能出入口与对应管接口的联结错误；第二，模块化结构只用一个基本的整体式外形骨架，省略了组成各功能块所需的多个基本骨架，节约了材料；第三，整体式模块化结构可以节省单独安装所需的空间，从而为车辆动力仓提供了更多的空间。本发明结构能提高换热能力：由于本发明所用的冷媒为CO₂(R744)冷媒，它具有较大的气化潜热，当它在冷凝器中冷凝时会较现有其它冷媒释放出更多的热量，从而使与之相联的“制冷空间”更快降温；同时本发明由于采用了微细管结构，可以使热媒与微细管有充分的接触，能进行更完全的热量交换，从而在相同的散热迎风面积上散发更多的热，即提高了单位体积的换热面积；本发明还可以根据需要布置散热的风扇，而风扇可以同时对不同的组件进行散热冷却。

Claims

1.用于汽车的微细多孔管平行流集成散热装置，包括空调冷凝器、水箱散热器和发动机油冷却器；其特征在于，所述水箱散热器和发动机油冷却器左右并列，通过隔热层隔开，共同位于空调冷凝器下端，空调冷凝器与水箱散热器和发动机油冷却器通过中间上隔板和中间下隔板隔开，中间上隔板和中间下隔板通过工字型支架固定；

所述空调冷凝器两端设有集流节，多排微细多孔管之一连接在集流节之间，波纹散热翅片夹在两行微细多孔管之一之间，并分别与这两行微细多孔管之一焊接；CO₂(R744)冷媒气相入口管和出口管分别联接在集流节上，所述两端的集流节为多个可正向安装的套装式结构，所述微细多孔管之一为圆形，孔径为0.3～1mm，一端以小过盈配合的形式插入一端的集流节开口处，另一端以小过盈配合的形式插入相对端的集流节开口处；

2.根据权利要求1所述的用于汽车的微细多孔管平行流集成散热装置，其特征在于所述的空调冷凝器微细多孔管之一孔径为0.7mm。

3.根据权利要求1所述的用于汽车的微细多孔管平行流集成散热装置，其特征在于所述的空调冷凝器两端的集流节为多个可正向安装的套装式结构是指中间集流节之一的开口部位与进口集流节之一的缩口部位焊接；出口集流节之一的开口部位与中间集流节之一的缩口部位焊接；中间集流节之四的开口部位与中间集流节之五的缩口部位焊接。

4.根据权利要求1所述的用于汽车的微细多孔管平行流集成散热装置，其特征在于所述的水箱散热器两端的集流节为多个可正向安装的套装式结构是指出口集流节之二的开口部位与进口集流节之二的缩口部位焊接，另一端为中间集流节之二。

5.根据权利要求1所述的用于汽车的微细多孔管平行流集成散热装置，其特征在于所述的发动机油冷却器两端的集流节为多个可正向安装的套装式结构是指进口集流节之三的开口部位与中间集流节之四的缩口部位焊接；出口集流节之三的开口部位与进口集流节之三的缩口部位焊接；另一端为中间集流节之三。