CN105910477B - 风冷式冷却器 - Google Patents

Abstract

本发明属于冷却器技术领域，尤其涉及一种风冷式冷却器，其结构包括交换器、传导器和散热组，所述交换器通过所述传导器与所述散热组连接。相对于现有技术，本发明采用隔离式设计，利用传导器传递热量，彻底解决依靠冷却管管壁传热的缺陷，可根据需求设计任意厚度的管壁而不影响换热效率，从而有效解决了冷却管薄弱、不耐腐蚀、易漏等问题，大大提高了安全性和使用寿命。散热组具有自身的基座，可根据应用环境灵活设计翅距、翅高、翅厚与环境形成良好的应用匹配，有效改善效率的同时提高应用领域。

Description

风冷式冷却器

技术领域

本发明属于冷却器技术领域，尤其涉及一种风冷式冷却器。

背景技术

风冷翅片式冷却器是当今设备散热的主要冷却器之一。翅片式冷却器结构一般由进气/液室（进气/液口）、散热芯、出气/液室（出气/液口）等三大部分组成，其工作原理为：流体热源从进口进入散热芯的冷却管，冷却管借助安装的翅片增加相应散热面积，以空气横流的方式达到散热目的。其核心部件散热芯一般由冷却管和散热翅片构成，冷却管的截面的形状为圆形或者扁圆宽形，其内部形成有内沟“V”槽形或并排内嵌多条细管。冷却管和散热翅片的材质均以紫铜、铝两种为主。

为提高散热效率，现今翅片式冷却器一般是把冷却管加工的非常薄，管壁一般仅为0.75mm厚，为了进一步改善效率而在管壁内加工“V”形交错沟槽，而冷却管与散热翅片的安装需要紧密接触，这样才能有效传热，通常做法是用胀管机把冷却管膨胀，膨胀力的作用使套在冷却管外薄软的翅片变形弯边，膨胀的系数也正好而达到紧密接触，这样使得在0.75mm厚的管壁上加工过“V”型交错沟槽的管壁显得更薄更加脆弱！而且此要求的工艺也非常精确专业，从而增加了生产难度，生产成本也很高。

例如，家用空调冷凝器（室外机）用的是平直穿片式的翅片冷凝器，空调系统高压高温制冷剂以横流式进入Φ9.53±0.2mm，壁厚0.75±0.1mm内沟槽的紫铜管材质加工的冷却管，空气横流散热芯达到冷却制冷剂的效果。再如，汽车发动机冷凝器用的是波纹焊片方式的冷凝器，发动机高温冷却液进入冷却器的进水室（进液室）以纵流式进入圆扁型冷却管（冷却管内部有多条细管径冷却管组成），厚度一般50~100mm。

总结以上冷却器的结构特点，冷却管传递给散热翅片的热量是依靠管壁，为提高传导率，无法把管壁做的相对较厚，而冷却管相对翅片来讲相当于基管，在基管比较软薄的情况下，散热翅片就无法做的相对较厚，这是因为，基于冷却管加工的翅片，如果散热翅片硬度超过冷却管的硬度，散热翅片就会失去基于冷却管承受外部的力的缓冲，因此，当受到外作用力时非常容易造成冷却管的破裂。所以散热翅片必须做的比冷却管还要软薄，承担承受外力缓冲力而有效的保护基管的作用。而且，散热翅片或是翅距无法做到很高或是加宽，如果加高散热翅片，散热翅片就非常容易变形，太短的散热翅片散热能力也有限，所以散热翅片的高度只能在10mm以内，如果加宽翅距，冷却管中间就会出现隔空距离，由于这段距离内没有散热翅片，就会影响换热率，所以散热翅片必须匹配冷却管。正是因为这些因素，整个冷却器非常薄弱，很难抵抗外力冲击。而且，由于整体薄弱很难抵抗环境污染造成的腐蚀，加之翅距较小及冷却管与翅片呈平面非常容易被灰尘堵塞，从而增加了保养维护频次，而且使用寿命也大大缩减。当冷却器发生故障无法继续工作时，必须即时维修或更换。

有鉴于此，确有必要提供一种风冷式冷却器，其采用隔离式设计，利用超导热管作为传导器传递热量，有效提高换热效率，彻底解决依靠冷却管管壁传热带来的问题，因此可根据需求设计任意厚度的冷却管壁而不影响换热效率，有效解决了冷却管薄弱不耐腐蚀易漏的现象，大大提高其安全性和使用寿命，同时根据环境需求设计任意翅距、翅高、翅厚的散热组，有效增强应用领域。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术的不足，而提供一种风冷式冷却器，其采用隔离式设计，利用超导热管作为传导器传递热量，有效提高换热效率，彻底解决依靠冷却管管壁传热带来的问题，因此可根据需求设计任意厚度的管壁而不影响换热效率，有效解决了冷却管薄弱不耐腐蚀易漏的现象，大大提高其安全性和使用寿命。而且同时根据环境需求设计任意翅距、翅高、翅厚的散热组，有效增强应用领域。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

风冷式冷却器，包括交换器、传导器和散热组，所述交换器通过所述传导器与所述散热组连接。

作为本发明风冷式冷却器的一种改进，所述交换器包括管壁、端盖、进口、出口和诱导器，所述端盖设置于所述管壁的两端，所述诱导器设置于所述管壁内部，所述进口和所述出口均设置于所述管壁上且与所述管壁围成的空间连通。

作为本发明风冷式冷却器的一种改进，所述端盖上设置有与所述传导器的直径匹配的安装孔位，所述诱导器的内孔大小与所述传导器的外壁相匹配，并且所述诱导器的内孔边与所述传导器紧密接触。

作为本发明风冷式冷却器的一种改进，所述诱导器呈波浪旋转形，所述诱导器的外侧边与所述管壁的内壁紧密接触。

作为本发明风冷式冷却器的一种改进，所述散热组包括基座和从所述基座向上延伸的翅片，所述基座上设置有与所述传导器的直径匹配的通孔。

作为本发明风冷式冷却器的一种改进，所述基座上设置有中间通风孔和侧通风槽，所述翅片包括位于所述侧通风槽的两侧的方形翅片和位于所述侧通风槽的中部的上方的T形翅片，所述方形翅片上设置有通风孔。

作为本发明风冷式冷却器的一种改进，所述传导器的外壁设置有导热层，所述导热层的材质为导热硅脂或硅胶。

作为本发明风冷式冷却器的一种改进，所述传导器为超导热管。

作为本发明风冷式冷却器的一种改进，所述传导器和所述交换器焊接连接。

作为本发明风冷式冷却器的一种改进，所述散热组被换热器代替。

相对于现有技术，本发明至少具有如下有益效果：

第一，本发明采用隔离式设计，利用传导器传递热量，彻底解决了依靠冷却管管壁传热的缺陷，可根据需求设计任意厚度的管壁而不影响换热效率，从而有效解决了冷却管薄弱、不耐腐蚀、易漏等问题，大大提高了安全性和使用寿命。

第二，本发明利用超导热管作为传导器，有效地提高了换热效率。

第三，本发明中交换器和散热组分开设计，方便优化安装方案，散热组可根据需要安装在特定位置，方便空间搭配布置。

第四，本发明中的散热组有自身基座，翅片可根据环境需求设计参数。散热组灵活设计，可适应各种复杂环境，使得冷却器适应领域更广泛。散热组得到彻底改善，相对使用寿命更长、更节约成本。

第五，整套冷却器装配自由，接口可串接、并接以及串并混合接，同时接口进出不受限制。

第六，本发明中传导器由于热管的特性，传导热量在一个独立封闭空间换热，冷、热流互不接触，所以是独立单元。因此就算某条传导器失效、穿孔也不会影响整个系统，因此本发明具有其他冷却器达不到的效果。

第七，根据系统、环境在封装传导器时合理选用填料，可起到良好的保险效果，使得整个系统更安全。

第八，本发明中散热组的翅片是在设备外部，而基座以内及交换系统均在设备内部，从而可以更好的保护设备系统，外力意外冲击时由散热组翅片受力，从而使得系统得到有力保障。而且因为翅片在设备外面，就算维护也相当方便，不需要专业工具、专业技术要领，相当于零成本维护。

附图说明

图1为本发明实施例1的结构示意图。

图2为本发明实施例1中交换器的结构示意图。

图3为本发明实施例1中散热组的立体结构示意图。

图4为本发明实施例1中散热组的正视结构示意图。

图5为本发明实施例1中散热组的侧视结构示意图。

图6为本发明实施例1中散热组的仰视结构示意图。

图7为本发明实施例1中传导管的结构示意图。

图8为本发明实施例2的结构示意图。

具体实施方式

下面结合说明书和实施例对本发明及其有益效果进行详细的说明，但是本发明的具体实施方式并不限于此。

实施例1

如图1至图7所示，本实施例提供的风冷式冷却器，包括交换器1、传导器2和散热组3，交换器1通过传导器2与散热组3连接。本发明的主要特点就是把能量转移，可简单理解为将交换器和散热组3分开，不再以冷却管管壁作为传热物，而是应用超导热管分隔传递，再由散热组3散热，达到冷却的目的。冷却工作时，热源流体在交换器1内完成能量交换，由传导器2把能量传递给散热组3进行散热而达到冷却效果，从而解决了依靠管壁传热的缺陷，进而可使冷却管做的相对安全、牢固耐用。

交换器1包括管壁11、端盖12、进口13、出口14和诱导器15，端盖12设置于管壁11的两端，诱导器15设置于管壁11内部，进口13和出口14均设置于管壁11上且与管壁11围成的空间连通。进口13、出口14作为热源进出口，并且进口13、出口14设置于交换器1的管壁11两端靠近端盖12处，进口13和出口14的行程尽可能在有效范围内扩大，以提高有效换热行程，进口13和出口14安装时可随意互换，组装时可串联、并联以及串并联混合装配，从而大大改善了装配限制的局限性。诱导器15装在管壁11且与管壁11的内侧接触，诱导器15安装时应确保系统的清洁，所以在设计时也不用内部焊接的复杂工艺，直接插入即可。安装完诱导器15后在两端封装端盖12，端盖12的封装可以是焊接、螺接，完成端盖12封装即整个交换器1装配完成。

端盖12上设置有与传导器2的直径匹配的安装孔位，以用于安装传导器2，诱导器15的内孔大小与传导器2的外壁相匹配，并且诱导器15的内孔边与传导器2紧密接触。诱导器15呈波浪旋转形，诱导器15的外侧边与管壁11的内壁紧密接触。这样诱导器15、交换器1的管壁11、传导器2形成波浪环形的通道，热流体进入交换器1后波浪形的通道使规律流动的热流体形成乱流，从而可以得到更好的热量交换效果。同时诱导器15的螺距可根据不同流体调节宽窄而达到更好的交换效果，诱导器15在交换器1中同时起到支撑固定传导器2的作用。交换器1主要是把热量充分的传递给传导器2，让传导器2把热量给传递给散热组3，而不是利用管壁把热量散发出去，所以在生产时可以把管壁做的更安全、很牢固。诱导器15是让热流体充分与传导器2传热的关键部件之一，也是提高交换效率的有效方案

散热组3包括基座31和从基座31向上延伸的翅片32，基座31上设置有与传导器2的直径匹配的通孔311，用于安装传导器2。

基座31上设置有中间通风孔312和侧通风槽313，侧通风槽313的截面呈半圆形，以改善空气流通，提高换热效率，翅片32包括位于侧通风槽313的两侧的方形翅片322和位于侧通风槽313的中部的上方的T形翅片323，方形翅片322上设置有通风孔321，以形成立体四面换热，从而有效地克服空气堵塞问题。同时翅片32可根据环境需求设计厚度、高度以及翅距参数。如环境洁净污染少的情况下，在设计时可选择较密较高的翅片32和较小的翅距。反之，在含尘较高具有腐蚀性气体的情况下，则应选择较宽的翅距和较厚的翅片32，以及较厚的基座31。因此，本发明的散热组3可灵活设计，以适应各种复杂环境，从而使得冷却器适应领域更广泛，而翅片32基于基座31而生成，宽厚的翅片32在增加散热面积的同时更具备抵抗外力冲击、增强保护换热系统的功能，散热组3以模块化组装，方便组装搭配，后期维护维修等。

传导器2的外壁设置有导热层21，导热层的材质为导热硅脂或硅胶。

传导器2为超导热管。超导热管的热导率是一般金属材料的数百倍甚至上千倍，也是目前任何固态金属无法代替的传导体，所以应用超导热管分隔后的设计完全可不考虑热阻增加带来的影响，并且要比传统利用管壁传热效率更高。超导热管是确保高效传导的唯一途径，更是衡量冷却效率的核心部件。

传导器2和交换器1焊接连接，优选为钎焊，合理的钎焊密封是确保质量和安全的有效保证，传导器2起承上启下的作用，超导热管的外形加工根据需求可加工成任意形状的造型，如U形。传导器2安装于交换器1和散热组3之间。实际应用中要特别留意不能让该传导器2受力，所以在装配实际中散热组3的翅片32以内的如散热组3的基座31、传导器2、交换器1及系统管路均安装于设备内部，而只有宽厚高的翅片32露出于设备外，在散热的同时更有效保护整个系统的安全。

安装传导器2时，传导器2可做成需要的造型，在这里以U型为例，传导器2一端插入交换器1的端盖12的安装孔位内，另一端也同步插入散热组3的基座31的通孔311内，传导器2孔径不宜太大，匹配情况越小越好不然影响导热效率，在插入散热组3的通孔311之前，为确保导热效果，在插入散热组3一端的传导器2上均匀的涂摸导热硅脂或硅胶等助导热，在确保高效传热的同时也能够起到润滑作用。而在交换器1这端则需要保持清洁，以免影响系统洁净。

在封装时则需要考虑系统的温度、压力、以及材料兼容性。本实施例以常用紫铜（TU1）材质的热管做传导器2，而按温度给热管分类为常温管，常温管的工作温度范围在0~250℃内，所应用的冷却系统则为有高压压力且又高温的空调系统，而常规金属焊接温度远远超过交换器1的工作温度。如果采用高温焊接会损坏传导器2，选择低温又难确定系统安全不泄露，在此选用焊接密封非常重要。因为它在设备中起到确切的密封保护作用，而且还要在异常时起到泄压保护作用。所以在设计时必须要知道所使用的传导管2的管性分类、所要冷却的流体的温度、压力、以及具有什么样的腐蚀性等。

在此以实际案例做分析；例如，拿空调系统为例，因为此系统比较特殊，有高温、有高压力、对系统洁净度有要求、流量高需求阻力小。在装配空调冷却器时，空调系统的冷凝段温度在95℃左右，高峰时达120℃，再高就必须泄压或停机，而此时的压力在1.8MPa~2.8MPa甚至更高，根据压力随着温度升高而升高的特性，在这里选用封装焊料规格为锡99.5-铜0.5，焊药为20%的无铅药芯焊丝，其焊丝熔点165~170℃。选用无铅焊锡是因为传导器2所使用的是紫铜（TU1），交换器1也是紫铜（TU1），而无铅焊锡对紫铜相容连接牢固，并且无铅焊锡对空调系统也无副作用。所以钎焊时温度控制在200℃所选焊料即可完全融化，在此选用传导器2的热管是常温热管，在满足热管工况时焊料完全融化与传导器2和交换器1的端盖12中，冷却后牢固粘结封装完成。因为冷却系统具有较高压力，所以焊接前要用液压系统机械缩口，缩口在焊接前完成，焊接起灌装密封作用。试验证明当温度在115~120℃时焊料就渐渐软化，由于空调冷却系统有约1.8MPa以上的压力，在此时系统就开始慢慢泄压，随着温度的上升软化程度加快，泄露也快，由于焊接前的机械缩口牢牢固定传导器2而不会出现爆炸式泄压风险，使得整个系统更加安全，也是其他冷却器所没有的自带功能。

本发明属风冷式冷却器，应用超导热管把交换器1和散热组3分开，超导管可形成多样化的隔离装配，且方便系统搭配应用，隔离式冷却器的设计在应用超导热管隔离时能有效提高换热效率，减小冷却器体积，增强冷却器的安全性，冷却器的交换器适用于任何流体的交换，领域应用广泛，分开的散热组可根据环境应用设计参数，适应环境能力得到大大的增强，且具有免维护，长寿命的特点。

实施例2

如图8所示，与实施例1不同的是，散热组3被交换器1取代。本实施例通过对散热端拓展可得到不同的功能，当把散热组3换成交换器1时，也就是由两个交换器1组合，一个交换器1走冷却流体，一个交换器1走热源流体从而达到冷却效果，冷却效果优越，该结构最大的好处就是冷却段和热源段完全分开，不会因为传导器2破裂损坏而使所使用的系统两种不同材质互串导致故障扩大，因为热源和冷却源往往是不同两种物质且并不兼容甚至非常忌讳的两者关系。传统双流体所使用的冷却器均具有出现破裂时存在互串风险的问题。

例如：水冷冷却系统空调，如果当冷却水质差腐蚀交换器内部破裂，此时因为空调系统压力很高，空调系统中的制冷剂会急速串向冷却水中，而当制冷剂泄压后又因为冷却水的压力大于空调系统压力，冷却水又串向空调系统。在此空调系统是非常忌讳水气的，因为空调系统有润滑油、电机线圈、精密节流以及其他元件而使空调接近报废状态的修复工程量非常大而且费用昂贵。

而本实施例就完全解决了风险，因为冷却段和热源段完全由传导器2隔离，两种互不接触。所以就算当某一段发生破例损坏时也不会引起串流而导致故障扩大。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (6)

1.风冷式冷却器，其特征在于：包括交换器、传导器和散热组，所述交换器通过所述传导器与所述散热组连接，所述交换器包括管壁、端盖、进口、出口和诱导器，所述端盖设置于所述管壁的两端，所述诱导器设置于所述管壁内部，所述进口和所述出口均设置于所述管壁上且与所述管壁围成的空间连通，所述散热组包括基座和从所述基座向上延伸的翅片，所述基座上设置有与所述传导器的直径匹配的通孔，所述基座上设置有中间通风孔和侧通风槽，所述翅片包括位于所述侧通风槽的两侧的方形翅片和位于所述侧通风槽的中部的上方的T形翅片，所述方形翅片上设置有通风孔，所述诱导器呈波浪旋转形，所述诱导器的外侧边与所述管壁的内壁紧密接触。

2.根据权利要求1所述的风冷式冷却器，其特征在于：所述端盖上设置有与所述传导器的直径匹配的安装孔位，所述诱导器的内孔大小与所述传导器的外壁相匹配，并且所述诱导器的内孔边与所述传导器紧密接触。

3.根据权利要求1所述的风冷式冷却器，其特征在于：所述传导器的外壁设置有导热层，所述导热层的材质为导热硅脂或硅胶。

4.根据权利要求1所述的风冷式冷却器，其特征在于：所述传导器为超导热管。

5.根据权利要求1所述的风冷式冷却器，其特征在于：所述传导器和所述交换器焊接连接。

6.根据权利要求1所述的风冷式冷却器，其特征在于：所述散热组被换热器代替。