CN104847476B - 散热单元、散热器及发动机冷却系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种散热单元，包括：集热底座(20)，该集热底座沿纵向延伸，其下表面设置有通槽(21)；多个热管(10)，该多个热管固定安装在集热底座的上表面上；支撑壁(30)，该支撑壁密封地固定安装在集热底座的下表面上，以使所述通槽形成沿所述集热底座纵向延伸的流体通道(40)。本发明的散热单元结构紧凑，热管散热均匀。本发明还公开了一种散热器，包括底板(32)、第一侧板(50)和第二侧板(60)，该底板上设置有上述散热单元，所述第一侧板具有第一管道(51)，所述第二侧板具有第二管道(61)，该第一管道和第二管道分别与所述流体通道的两个端口连通。本发明还公开了一种包括上述散热器的发动机冷却系统。

Description

散热单元、散热器及发动机冷却系统

技术领域

本发明涉及散热领域，具体地，涉及包括热管的散热装置以及发动机冷却系统。

背景技术

现有汽车的散热器为散热管结构，主要利用金属的传热性质。散热管内冷却液中的热量传导至内管壁，经过金属内部传导，热量传导至外管壁，发动机风扇带来的气流再将外管壁的热量带走。这样，散热管的散热能力由金属自身的固有热阻和散热器的结构决定。现有汽车散热器通常为铜或铝质材料，虽然在金属中属于高导热材料，但仍存在较大热阻，散热效率较低。随着汽车技术的不断升级和整车更加紧凑型布置要求，新技术对于散热能力的提升日趋加大，同时整车布置空间有限，散热器尺寸不可能无限制增大。这就对于散热器自身散热效率的提升提出了新的挑战。而现有技术中散热器始终无法突破这一技术瓶颈，成为汽车行业中的一大难题。

热管技术利用了热传导原理与相变介质的快速热传递的性质，通过热管将发热物体的热量迅速传递到热源外，其传热能力超过任何已知金属的导热能力。图1是一种热管传热的示意图，该热管组件包括集热底座和管壳，管壳内有毛细管壁结构以及工作液体，热量经集热底座传递到管壳下部，工作液体在管壳内的下部蒸发并吸收热量，在管壳上部冷凝并放出热量，并通过毛细管壁回流到管壳底部，继续进行蒸发-冷凝的相变循环，从而快速传递热量。

目前热管技术主要应用于航空航天、军工、电子等领域，这些应用中热管基座与发热源直接接触，例如，电子芯片是发热源，热管基座直接安装于电子芯片发热位置，将电子芯片发出热量直接吸走散发掉。但是，在存在尺寸巨大差异、散热方式不一样的情况下，如何将热管技术引入到汽车行业依然是本领域尚未完美解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种散热单元，该散热单元结构紧凑，散热均匀。

本发明的另一个目的是提供一种散热器，该散热器结构紧凑，散热均匀，整体散热效率高。

本发明的又一个目的是提供一种发动机冷却系统，该发动机系统具有良好的散热性能。

为了实现上述第一个目的，本发明提供一种散热单元，该散热单元包括：

集热底座，该集热底座沿纵向延伸，所述集热底座的下表面设置有沿纵向延伸的通槽；

多个热管，该多个热管固定安装在所述集热底座的上表面上并沿纵向延伸方向排列；和

支撑壁，该支撑壁密封地固定安装在所述集热底座的下表面上，以使所述通槽在所述支撑壁和所述集热底座之间形成沿所述集热底座纵向延伸的流体通道。

优选地，所述多个热管沿所述集热底座纵向延伸方向均匀分布。

优选地，所述热管包括设置在侧壁上的多个散热翅片。

优选地，任意相邻的两个热管之间的散热翅片彼此连接为一体。

通过上述技术方案，多个热管安装在一个整体式的集热底座上，集热底座的下表面和支撑壁密封，集热底座的通槽和支撑壁形成了贯通集热底座纵向的流体通道，冷却介质在该流体通道中流动，将热量传递到集热底座并通过所述多个热管散热，该散热单元结构紧凑，热管散热均匀。

为了实现上述另一个目的，本发明提供一种散热器，该散热器包括：

底板，该底板上设置有根据以上任意一种所述的散热单元；

第一侧板和第二侧板，该第一侧板和第二侧板彼此间隔地从所述底板的两侧向上延伸，所述散热单元纵向方向的第一端安装于所述第一侧板，所述散热单元纵向方向的第二端安装于所述第二侧板；其中，

所述第一侧板具有第一管道，该第一管道与所述流体通道位于第一端的第一端口连通，所述第二侧板具有第二管道，该第二管道与所述流体通道位于第二端的第二端口连通。

优选地，所述散热器包括n个散热单元，该n个散热单元沿竖直方向依次排列为一组，n为自然数且大于等于2。

优选地，在竖直方向上相邻的任意两个散热单元中，位于上部的一个散热单元的支撑壁的下表面上设置有多个凹部，位于下部的一个散热单元的多个热管中的每一个的顶端位于对应的一个凹部中。

优选地，在所述n个散热单元中，位于最底部与所述底板直接邻接的散热单元的支撑壁与所述底板形成为一体。

优选地，所述第一管道竖直延伸，该第一管道被分隔成n个彼此独立的第一分流通道，每一个第一分流通道独立地连通对应的一个散热单元的第一端口；所述第二管道竖直延伸，所述第二管道被分隔成n个彼此独立的第二分流通道，每一个第二分流通道独立地连通对应的一个散热单元的第二端口。

优选地，所述第一管道通过第一内隔壁而分隔成n个彼此独立的第一分流通道；所述第二管道通过第二内隔壁而分隔成n个彼此独立的第二分流通道。

优选地，所述第一管道与外部相通的第一开口位于所述第一侧板的顶部，所述第二管道与外部相通的第二开口位于所述第二侧板的底部。

优选地，所述第一管道的顶部还设置有除气口。

通过上述技术方案，将上述散热单元组装成了散热器，其结构紧凑、散热均匀，由于采用多个热管传热，散热器的散热效率非常高。另外，多层散热单元为叠加的模块化结构，可根据需要灵活装配层数，并且拆卸和安装以及维修保养都非常方便。

为了实现上述又一个目的，本发明提供一种发动机冷却系统，该发动机冷却系统包括：

发动机，该发动机包括发动机进水口、发动机第一出水口、发动机除气口以及第一节温器；

副水箱，该副水箱包括副水箱进水口和副水箱出水口；以及

第一散热器，该第一散热器为以上所述的具有第一开口和第二开口以及除气口的散热器，其中，所述第一散热器位于所述发动机的第一侧，所述发动机出水口和所述第一散热器的第一开口相通，所述发动机进水口分别与所述第一散热器的第二开口和所述副水箱出水口相通，所述副水箱进水口分别与发动机除气口和所述第一散热器的除气口相通。

优选地，所述发动机还包括发动机第二出水口以及第二节温器；所述发动机冷却系统还包括第二散热器和风扇，所述第二散热器为以上所述的具有第一开口和第二开口以及除气口的散热器，其中，所述第二散热器位于所述发动机的另一侧，所述发动机第二出水口和所述第二散热器的第一开口相通，所述发动机进水口还和所述第二散热器的第二开口相通，所述副水箱进水口还和所述第二散热器的除气口相通；所述风扇设置在所述第二散热器的另一侧，用于在汽车电子控制单元的控制下给所述第二散热器通风。

通过上述技术方案，由于采用了上述结构紧凑、散热均匀，散热效率高的散热器，该发动机冷却系统系统良好的散热性能。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是现有技术中一种热管结构示意图。

图2是本发明一种优选实施方式散热单元的剖视图。

图3是图2中散热单元的左侧剖视图。

图4是本发明一种优选实施方式散热器的主视图。

图5是图4中散热器的剖视图。

图6是图4中散热器的俯视图。

图7是应用本发明散热器的一种优选发动机系统示意图。

图8是应用本发明散热器的另一种优选发动机系统示意图。

附图标记说明

10 热管 11 散热翅片

20 集热底座 21 通槽

30 支撑壁 31 凹部

40 流体通道 50 第一侧板

51 第一管道 52 第一分流管道

53 第一隔壁 54 第一开口

55 除气口 60 第二侧板

61 第二管道 62 第二分流管道

63 第二隔壁 64 第二开口

710 发动机 711 发动机进水口

712 发动机第一出水口 713 发动机除气口

714 第一节温器 715 发动机第二出水口

716 第二节温器 717 风扇

720 副水箱 721 副水箱进水口

722 副水箱出水口 730 第一散热器

740 第二散热器

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下”通常是指散热单元或散热器处于其正常使用状态的位置，即附图2-5中的视图所表示的上下位置关系。

参见图2和图3，本发明的散热单元包括集热底座20、多个热管10和支撑壁30。集热底座20沿纵向延伸，具有长条形的延伸结构，在所述集热底座20的下表面设置有沿纵向延伸的通槽21。支撑壁30位于集热底座20的下侧，与集热底座20的下表面固定连接并密封该下表面，以使所述通槽21在所述支撑壁30和所述集热底座20之间形成沿所述集热底座20纵向延伸的流体通道40。集热底座20选用有较好热传导能力的金属，例如铜、铝等金属或它们的合金。集热底座20和支撑壁30的固定连接可以采用焊接，比如钎焊，以保证连接的密封性和一定的强度。集热底座20的上表面安装有多个热管10，这些热管10在集热底座20的上表面纵向延伸方向排列，热管的底部和集热底座20的上表面良好接触，以利于导热。优选所述多个热管10沿所述集热底座20纵向延伸方向均匀分布，均匀分布的热管可以使散热均匀。

优选地，在所述热管10的侧壁上设置多个散热翅片11，这些散热翅片11相互平行并垂直于热管10，散热翅片11和热管10焊接固定，吸收热管10传递来的热量，大幅增大了热管10的散热面积，通过外界的流通空气，带走热量。进一步优选地，任意相邻的两个热管10之间的散热翅片彼此连接为一体，这种设置简化了散热翅片的结构。

通过上述设置可以看出，具有纵向延伸结构的集热底座20将多个热管10集合到一起，在集热底座20的下壁通过通槽21和支撑壁30的设置形成了沿纵向延伸的流体通道40，在流体通道40中通过冷却介质的循环流动，将大体积发热装置，比如发动机产生的热量通过多个集成的热管迅速释放。该散热单元结构紧凑，散热均匀，既解决了因为尺寸和结构差异不能将热管与发动机直接连接进行散热的问题，又解决了单个热管相对发动机来说散热能力不足的问题。

图4和图5显示了本发明提供的一种散热器的结构。该散热器包括底板32、第一侧板50、第二侧板60，以及散热单元，所述散热单元为以上任何一种所描述的散热单元。所述第一侧板50和第二侧板60彼此间隔地从所述底板32的两侧向上延伸。所述散热单元位于第一侧板50和第二侧板60之间、底板32之上，散热单元可以直接接触或不接触底板32，只要位于底板上方，满足安装即可。所述散热单元纵向方向的第一端安装于所述第一侧板50，散热单元纵向方向的第二端安装于所述第二侧板60。第一侧板50具有第一管道51，该第一管道51与流体通道40位于第一端的第一端口连通，第二侧板60具有第二管道61，该第二管道60与流体通道40位于第二端的第二端口连通。第一管道51可以位于第一侧板50之内，或者本身就构成第一侧板50，第二管道61可以位于第二侧板60之内，或者本身就构成第二侧板60。

优选地，所述散热器包括多个散热单元，该多个散热单元沿竖直方向依次排列为一组，为便于与后面的描述对应，所述的多个散热单元的数目用n来表示，n为自然数且大于等于2。

优选地，当散热器具有以上描述的n个散热单元时，在竖直方向上相邻的任意两个散热单元中，位于上部的一个散热单元的支撑壁30的下表面上设置有多个凹部31，位于下部的一个散热单元的多个热管10中的每一个的顶端位于对应的一个凹部31中。上下层散热单元之间设置凹部31以及热管10的顶部置于该凹部31中，即可以使散热器的结构紧凑，又可以使上下层之间实现具有装配关系，是结构稳定。

优选地，在所述n个散热单元中，位于最底部与所述底板32直接邻接的散热单元的支撑壁32与所述底板32形成为一体，因此，该散热单元的流体通道40形成在底板上。在该优选结构中，第一侧板50和第二侧板60直接与最下层散热单元的支撑壁30连接，而不需要另外设置底板，因此结构更简单。

优选地，如图5、图6所示，所述第一管道51竖直延伸，该第一管道51被分隔成n个彼此独立的第一分流通道52，每一个第一分流通道52独立地连通对应的一个散热单元的第一端口；所述第二管道62竖直延伸，所述第二管道61也被分隔成n个彼此独立的第二分流通道，每一个第二分流通道62独立地连通对应的一个散热单元的第二端口。如此设置后，每一个散热单元的流体通道40独立地连通于一个第一分流通道52和第二分流通道62，各流体通道40内的流体的流速能保持均匀，不会因为各个散热单元所处的上下位置不同而引起流体在不同的流体通道40中分配不均、流速不一致。因而这种结构的散热器散热更加均匀。

上述方案中，所述第一管道51通过第一内隔壁53而分隔成n个彼此独立的第一分流通道52，所述第二管道61通过第二内隔壁63而分隔成n个彼此独立的第二分流通道62。第一内隔壁53可以是一个壁或者多个壁，根据n的数目来确定，以将第一管道51分成n个彼此独立的第一分流通道52。第二内隔壁63可以为与第一内隔壁53相同的设置。

优选地，所述第一管道51与外部相通的第一开口54位于所述第一侧板50的顶部，所述第二管道61与外部相通的第二开口64位于所述第二侧板60的底部。第一开口54通常作为冷却液的进口，与第一管道51或每一个第一分流通道52相通，第二开口64通常作为冷却液的出口，与第二管道61或每一个第二分流通道62相通。

优选地，所述第一管道51的顶部还设置有除气口55。除气口55设置在第一管道51的顶部，用于将散热器中产生的气体排出。

图7是应用了本发明上述散热器的一种优选发动机系统结构示意图，该发动机冷却系统包括发动机710、副水箱720、第一散热器730以及若干连接管路，其中，发动机710包括发动机进水口711、发动机第一出水口712、发动机除气口713以及第一节温器714；副水箱720包括副水箱进水口721和副水箱出水口722；第一散热器730为以上所述的具有第一开口54和第二开口64以及除气口55的散热器，其中，所述第一散热器730位于所述发动机710的第一侧，所述发动机第一出水口712和所述第一散热器730的第一开口54相通，所述发动机进水口711分别与所述第一散热器730的第二开口64和所述副水箱出水口722相通，所述副水箱进水口721分别与发动机除气口713和所述第一散热器的除气口55相通。第一节温器714根据冷却液温度来控制打开或关闭发动机出水口712与第一开口54之间的连接管路。

发动机710中的冷却液在水泵的压力下，经发动机第一出水口712进入第一开口54，然后冷却液经第一散热器730散热，从第二开口64回流至发动机进水口711。冷却液经过发动机710加热后体积膨胀，产生蒸汽，由第一散热器730顶部的除气口55以及发动机除气口713将蒸汽排至副水箱720中。由于冷却液蒸发，冷却系统中会发生冷却液损失，设置副水箱720还可以对系统加水或补水，副水箱720设置在整个冷却系统最高处，以利于排气和补水。由于该发动机冷却系统采用了上述具有热管的散热器，散热器散热效率高，该系统可以降低风扇转速或减小风扇直径，甚至可以取消风扇，因而降低了风扇的震动噪声并减少了风扇的能耗。

图8是一种进一步改进的发动机冷却系统结构示意图，除具有图7所示的部件和连接关系外，还增加了发动机第二出水口715、第二节温器716，以及第二散热器740和风扇717。其中，所述第二散热器为740为本发明以上所述的具有第一开口54和第二开口64以及除气口55的散热器，所述第二散热器740位于发动机710的另一侧，所述发动机第二出水口715和所述第二散热器740的第一开口54相通，所述发动机进水口711还和所述第二散热器740的第二开口64相通，所述副水箱进水口721还和所述第二散热器740的除气口55相通，第二节温器716根据冷却液温度来控制打开或关闭发动机第二出水口715与第二散热器为740的第一开口54之间的连接管路，第二节温器716设置的开启温度高于第一节温器714设置的开启温度；所述风扇717设置在所述第二散热器740的一侧，用于在汽车电子控制单元80的控制下给所述第二散热器740通风，所述风扇717的供电电源可以为单独设置的电池90。

图8所示的发动机冷却系统设置了两套并行冷却通路及补水除气通路，包括：

第一冷却通路：发动机710中的冷却液在发动机水泵的压力下，经发动机第一出水口712进入第一开口54，然后冷却液经第一散热器730散热，从第一散热器730的第二开口64回流至发动机进水口711。由于该发动机冷却系统采用了上述具有热管的散热器，散热器散热效率高，该系统可以降低风扇转速或减小风扇直径，甚至可以取消风扇，因而降低了风扇的震动噪声并减少了风扇的能耗；

第二冷却通路：当冷却系统内部达到一定设置温度时，第二节温器716开启，发动机710中的冷却液在发动机水泵的压力下，经发动机第二出水口715进入第二散热器740的第一开口54，然后冷却液经第二散热器740散热，从第二散热器730的第二开口64回流至发动机进水口711。该第二冷却通路中还设置有风扇717，风扇717由电力驱动，可以单独设置电池90供电，风扇717是否启动工作由汽车电子控制单元80控制；

补水除气通路：冷却液经过发动机710加热后体积膨胀，产生蒸汽，由第一散热器730顶部的除气口55、发动机除气口713以及第二散热器740顶部的除气口55将蒸汽排至副水箱720中。由于冷却液蒸发，冷却系统中会发生冷却液损失，设置副水箱720还可以对系统加水或补水，副水箱720设置在整个冷却系统最高处，以利于排气和补水。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (14)

1.一种散热单元，其中，所述散热单元包括：

集热底座(20)，该集热底座(20)沿纵向延伸，所述集热底座(20)的下表面设置有沿纵向延伸的通槽(21)；

多个热管(10)，该多个热管(10)固定安装在所述集热底座(20)的上表面上并沿纵向延伸方向排列；和

支撑壁(30)，该支撑壁(30)密封地固定安装在所述集热底座(20)的下表面上，以使所述通槽(21)在所述支撑壁(30)和所述集热底座(20)之间形成沿所述集热底座(20)纵向延伸的流体通道(40)。

2.根据权利要求1所述的散热单元，其中，所述多个热管(10)沿所述集热底座(20)纵向延伸方向均匀分布。

3.根据权利要求1所述的散热单元，其中，所述热管(10)包括设置在侧壁上的多个散热翅片(11)。

4.根据权利要求3所述的散热单元，其中，任意相邻的两个热管(10)之间的散热翅片(11)彼此连接为一体。

5.一种散热器，该散热器包括：

底板(32)，该底板(32)上设置有根据权利要求1至4中任意一项所述的散热单元；

第一侧板(50)和第二侧板(60)，该第一侧板(50)和第二侧板(60)彼此间隔地从所述底板(32)的两侧向上延伸，所述散热单元纵向方向的第一端安装于所述第一侧板(50)，所述散热单元纵向方向的第二端安装于所述第二侧板(60)；其中，

所述第一侧板(50)具有第一管道(51)，该第一管道(51)与所述流体通道(40)位于第一端的第一端口连通，所述第二侧板(60)具有第二管道(61)，该第二管道(61)与所述流体通道(40)位于第二端的第二端口连通。

6.根据权利要求5所述的散热器，其中，所述散热器包括n个散热单元，该n个散热单元沿竖直方向依次排列为一组，n为自然数且大于等于2。

7.根据权利要求6所述的散热器，其中，在竖直方向上相邻的任意两个散热单元中，位于上部的一个散热单元的支撑壁(30)的下表面上设置有多个凹部(31)，位于下部的一个散热单元的多个热管(10)中的每一个的顶端位于对应的一个凹部(31)中。

8.根据权利要求6所述的散热器，其中，在所述n个散热单元中，位于最底部与所述底板(32)直接邻接的散热单元的支撑壁(30)与所述底板(32)形成为一体。

9.根据权利要求6-8中任意一项所述的散热器，其中，

所述第一管道(51)竖直延伸，该第一管道(51)被分隔成n个彼此独立的第一分流通道(52)，每一个第一分流通道(52)独立地连通对应的一个散热单元的第一端口；

所述第二管道(61)竖直延伸，所述第二管道(61)被分隔成n个彼此独立的第二分流通道(62)，每一个第二分流通道(62)独立地连通对应的一个散热单元的第二端口。

10.根据权利要求9所述的散热器，其中，所述第一管道(51)通过第一内隔壁(53)而分隔成n个彼此独立的第一分流通道(52)；所述第二管道(61)通过第二内隔壁(63)而分隔成n个彼此独立的第二分流通道(62)。

11.根据权利要求5所述的散热器，其中，所述第一管道(51)与外部相通的第一开口(54)位于所述第一侧板(50)的顶部，所述第二管道(61)与外部相通的第二开口(64)位于所述第二侧板(60)的底部。

12.根据权利要求11所述的散热器，其中，所述第一管道(51)的顶部还设置有除气口(55)。

13.一种发动机冷却系统，该发动机冷却系统包括：

发动机(710)，该发动机(710)包括发动机进水口(711)、发动机第一出水口(712)、发动机除气口(713)以及第一节温器(714)；

副水箱(720)，该副水箱(720)包括副水箱进水口(721)和副水箱出水口(722)；以及

第一散热器(730)，该第一散热器(730)为根据权利要求12所述的散热器，其中，所述第一散热器(730)位于所述发动机(710)的第一侧，所述发动机出水口(712)和所述第一散热器的第一开口(54)相通，所述发动机进水口(711)分别与所述第一散热器的第二开口(64)和所述副水箱出水口(722)相通，所述副水箱进水口(721)分别与发动机除气口(713)和所述第一散热器的除气口(55)相通。

14.根据权利要求13所述的发动机冷却系统，其中，

所述发动机(710)还包括发动机第二出水口(715)以及第二节温器(716)；

所述发动机冷却系统还包括第二散热器(740)和风扇(717)，其中，

所述第二散热器(740)为根据权利要求12所述的散热器，其中，所述第二散热器位于所述发动机(710)的另一侧，所述发动机第二出水口(715)和所述第二散热器的第一开口(54)相通，所述发动机进水口(711)还和所述第二散热器的第二开口(64)相通，所述副水箱进水口(721)还和所述第二散热器的除气口(55)相通；

所述风扇(717)设置在所述第二散热器(740)的一侧，用于在汽车电子控制单元(80)的控制下给所述第二散热器(740)通风。