CN108825353B - 一种车辆散热器保护装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及汽车散热系统领域，目的是提供一种车辆散热器保护装置。采用的技术方案是：包括镜像安装的两块弹簧片，所述弹簧片中间部分为弧形两端为平板，所述弹簧片弧形部分均匀的设置有通风孔、平板端设置有夹紧孔，所述两块弹片之间通过夹紧孔固定有金属网；还包括两个立柱，所述立柱为钢管且侧壁设置有竖直的定位槽，所述立柱底部焊接有安装板，所述安装板设置有安装孔，所述弹簧片一侧平板部分插入一立柱内并焊接在一起，所述弹簧片另一平板部分插入另一立柱内。本发明的金属网外还有一层特制的导热涂层。整个装置结构简单、防虫防尘，散热性能优异，且能够自动清洁。

Description

一种车辆散热器保护装置
技术领域
本发明涉及汽车散热系统领域，具体为一种车辆散热器保护装置。
背景技术
目前散热器是汽车发动机冷却系统的重要部件，主要通过空气与散 热器内的冷却液进行热交换。在使用过程中，空气中的昆虫和其他固体 颗粒，容易堵住散热器芯中间的通孔，造成散热器的热交换能力下降， 严重时会导致发动机温度过高，造成发动机损坏。
为解决上述问题，现有的技术方案主要有三种：一种是在散热器外 直接安装一层金属网，虽然能有效的避免昆虫或其他固体颗粒进入散热 器内，但是长时间使用后金属网孔同样会被堵住，导致气体阻力大，从 而使散热器的散热性能降低；另一种是在格栅之间设置较大的网孔，这 种方案虽然气体流阻小，但是不能防止较小的昆虫和固体颗粒进入散热 器内。还有一种是在进气格栅和散热器之间再设置一层片带式结构，虽 然能有效的阻挡昆虫和气体固体颗粒，但是长时间使用后，固体颗粒也 会导致散热片和散热带之间的空隙被堵。
另外，增加导热涂层，也是增加散热器性能的常用手段。但目前一 般的高热传导率的材料表面都是平滑疏水状态，与外界接触面积小；同 时，现在的电子产品、机械设备都逐渐往轻薄短小化设计，传统过大的 传热材料已不再适用。因此，开发一种非平滑态、散热性能优异的导热 涂料，符合当今发展的趋势。
发明内容
本发明的目的是提供一种结构简单合理的，能防虫防尘的，并且能 够自动清洁的车辆散热器保护装置。
为实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案是：包括镜像安装 的两块弹簧片，所述弹簧片中间部分为弧形两端为平板，所述弹簧片弧 形部分均匀的设置有通风孔、平板端设置有夹紧孔，所述两块弹片之间 通过夹紧孔固定有金属网；还包括两个立柱，所述立柱为钢管且侧壁设 置有竖直的定位槽，所述立柱底部焊接有安装板，所述安装板设置有安 装孔，所述弹簧片一侧平板部分插入一立柱内并焊接在一起，所述弹簧 片另一平板部分插入另一立柱内。
优选的，所述弹簧片为厚度等于0.8毫米的不锈钢片。
优选的，所述立柱为不锈钢管，所述安装板对称设置有两个安装孔。
优选的，所述金属网由线径为0.2毫米的不锈钢轻拉丝编织而成。
优选的，所述弹簧片平板部分设置有两列夹紧孔。
优选的，所述金属网外还包括一层导热涂层，所述导热涂层由导热 涂料制备而来，所述导热涂料按溶液体积份数，由13～30％的二氧化硅 溶胶、13～30％的氧化石墨烯分散液、40～75％的聚苯乙烯乳液组成，且 所述二氧化硅溶胶与氧化石墨烯分散液等体积；
所述二氧化硅溶胶的制备方法为：将正硅酸己酯加入无水乙醇中， 搅拌均匀，加入浓氨水，45℃下搅拌12h，再加入乙烯基三乙氧基硅烷， 即得二氧化硅溶胶；其中，按体积份数，正硅酸己酯：无水乙醇：浓氨 水：A-151＝10：50～120：2～5:1；
所述氧化石墨烯分散液的制备方法为：按重量，将1份氧化石墨烯 加入20～30份去离子水中，功率60W超声处理3h，即得氧化石墨烯分 散液；
所述聚苯乙烯乳液的制备方法为：将苯乙烯单体加入去离子水中， 再加入失水山梨醇单油酸酯聚氧乙烯醚，充分搅拌形成乳液，所得乳液 在70℃下通入氮气，再加入浓度为3％的过硫酸铵水溶液，聚合反应7h， 得到聚苯乙烯乳液；其中，按重量份数，苯乙烯单体：去离子水：Tween 80：过硫酸铵水溶液＝1:3～7：0.05～0.10：0.1～0.3。
优选的，所述导热涂料按溶液体积份数，由22％的二氧化硅溶胶、 22％的氧化石墨烯分散液、56％的聚苯乙烯乳液组成。
优选的，所述导热涂层的制备方法为：将金属网浸入所述导热涂料 中，8～10min后取出，取出时间≤10s，在室温下干燥；重复上述操作 3次，干燥后在300℃下进行热处理，即得导热涂层。
优选的，所述导热涂层的制备方法为：所述浸泡时间为10min。
发明具有以下有益效果：
1、在汽车进气格栅和散热器之间设置不锈钢弹簧片和不锈钢轻拉 丝编织成金属网，弹簧片均匀的设置有通气孔，金属网可以有效的组织 空气中的昆虫和其他固体颗粒进入散热器，同时对气体的流动形成的阻 力小；金属网固定在弹簧片上，弹簧片一侧与立柱固定，一侧插在立柱 内能移动，当有较大固体颗粒进入装置时，较大固体颗粒对弹簧片的撞 击形成的振动，便可以对金属网形成不定期的清洁，同时金属网后还设 置有弹簧片可以防止金属网抖落的杂质进入散热器内。整个装置结构简 单、防虫防尘，并且能够自动清洁。
2、本发明的导热涂层表面不同于常规的单一疏水结构表面，而是 呈现亲水-疏水混合表面，并且通过蜂窝表面结构，达到了超亲水-超疏 水混合表面的效果。针对水冷散热器，水达到一定温度后，在涂层表面 形成气泡，涂层表面的疏水区作为气泡成核点，有效促进气泡成核，提 高传热量；亲水区则限制了气泡在加热面上的铺展，提高了临界热流密度。这种混合表面相对于普通单一疏水表面或者亲水表面具有更好的池 沸腾传热性能。
3、石墨烯的导热系数高，比表面积大，能显著提升涂料的导热性 能，被广泛的应用于各种涂料中，但石墨烯极易团聚，破坏了材料分散 的均匀性，导致涂料的综合导热性能降低。本发明将二氧化硅溶胶和氧 化石墨烯分散液一起加入聚苯乙烯乳液，一部分的二氧化硅和氧化石墨 烯通过静电作用力吸附到聚苯乙烯乳胶粒表面；另一部分则分散在乳液 的水相中；并最终通过浸渍提拉法，形成氧化石墨烯和二氧化硅都分布 均匀的表面结构，极利于导热通路的形成。
4、提高涂料的导热系数并不能完全提高其导热性能，还需要提高 涂料与界面之间的导热性能才能更快地将热量传递出去。通过热处理分 解有机组分(聚苯乙烯)，涂层表面呈现多孔蜂窝状，相比于平滑的表 面具有更大的比表面积，更利于热量的传递。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的立柱示意图。
具体实施方式
结合图1、图2，一种车辆散热器保护装置，包括镜像安装的两块 弹簧片2，所述弹簧片2中间部分为弧形两端为平板，所述弹簧片2弧 形部分均匀的设置有通风孔4、平板端设置有夹紧孔7，所述两块弹片2 之间通过夹紧孔7固定有金属网3。还包括两个立柱1，所述立柱1为 钢管且侧壁设置有竖直的定位槽8，所述立柱1底部焊接有安装板5， 所述安装板5设置有安装孔6，所述弹簧片2一侧平板部分插入一立柱 1内并焊接在一起，所述弹簧片2另一侧平板部分插入另一立柱1内。
也就是说，金属网3放置在镜像安装的两块弹簧片2内，使用螺钉 穿过弹簧片2上的夹紧孔7，然后在另一块弹簧片2的夹紧孔7外设置 螺母，然后拧紧，通过弹簧片2的平板部分实现对金属网3的夹持。弹 簧片2弧形部分通过冲压的方式，均匀设置通风孔4，一方面能够减少 装置对空气的阻力，另一方面可以减小弹簧片2的劲度系数。另外整个 装置设置有两个中空的钢管立柱1，其中一个立柱1通过安装板5上的 安装孔，使用螺栓固定在进气格栅和散热器之间的车架上。
弹簧片2和金属网3固定好之后，将其一侧平板部分通过定位槽8 插入另一个立柱1内，通过焊接的方式固定在一起，然后将弹簧2另一 侧平板部分通过定位槽插入固定在车架上的立柱1内，并将与弹簧片2 焊接在一起的立柱1固定在车架上。因此在使用中，当大的固体颗粒撞 击在栅格之后的弹簧片2，使弹簧片2可以在未焊接连接的立柱1内产 生相对移动，从而带动金属网3一起振动完成对金属网3的清洁，同时 金属网3后的弹簧片2可以有效阻挡金属网3抖落的杂质进入散热器。
进一步的，所述弹簧片2为厚度等于0.8毫米的不锈钢片。应当理 解的是，弹簧片2由不锈钢制成，可以保证汽车在恶劣的环境下使用， 弹簧片2也不会生锈失效，延长该装置的使用寿命。另外弹簧片2过厚 的话，致使弹簧片2的劲度系数过大，从而需要过大的石子或者其他固 体撞击弹簧片2才能完成对金属网3的清洁，致使金属网3的清洁频率 过低，影响散热器的散热效果；弹簧片2过薄，除对焊接的工艺要求较 高外，还容易产生塑性变形，严重时导致整个装置失效。
进一步的，所述立柱1为不锈钢管，所述安装板5对称设置有两个 安装孔6。采用不锈钢管制成立柱1，一方面可以防止立柱生锈，保证 装置的结构强度；另一方面，只需去掉不锈钢管一侧的很少的部分便可 形成定位槽8，方便加工。虽然整个装置的受力不大，但是通过一个安 装孔6固定立柱，汽车在运行时产生的振动，容易导致立柱松动；严重 时，可使弹簧片2从立柱1的定位槽8内脱落，从而对整个装置造成损 坏。
进一步的，所述金属网3由线径为0.2毫米的不锈钢轻拉丝编织而 成。不锈钢轻拉丝具有较柔软，抗疲劳，有一定的延伸力的特点，因此 金属网3由不锈钢轻拉丝编织成，不仅能够防止金属网生锈，同时能够 经受住装置的振动，保证装置的使用寿命。另外，使用过粗的不锈钢轻 拉丝，编织成的金属网3网孔过大，保护效果差；使用过细的不锈钢轻 拉丝，强度不够，容易被高速尖锐的固体颗粒割断，从而破坏金属网3。
进一步的，所述弹簧片2平板部分设置有两列夹紧孔7。可以理解 的是，设置两列夹紧孔7，可以使弹簧片2更加牢靠的夹持住金属网3， 防止金属网3脱落，延长整个装置的使用寿命。
进一步的，所述金属网3外还有导热涂层，帮助提升散热器的散热 效果。所述导热涂层的制备方法为：
1、制备二氧化硅溶胶：将正硅酸己酯加入无水乙醇中，搅拌均匀 后再加入浓氨水，45℃下搅拌12h，再加入乙烯基三乙氧基硅烷(A-151)， 即得具有疏水性能的二氧化硅溶胶；其中，按体积份数，正硅酸己酯： 无水乙醇：浓氨水：A-151＝10：50～120：2～5:1。
2、制备氧化石墨烯分散液：将由Hummers法制备的氧化石墨烯加 入到去离子水中，超声处理3h(功率60W)，即得氧化石墨烯分散液； 其中，按重量份数，氧化石墨烯：去离子水＝1:20～30。
3、制备聚苯乙烯乳液：将苯乙烯单体加入去离子水中，再加入失 水山梨醇单油酸酯聚氧乙烯醚(Tween 80)，充分搅拌形成乳液，所得 乳液在70℃下通入氮气，再加入浓度为3％的过硫酸铵水溶液，聚合反 应7h，得到聚苯乙烯乳液；其中，按重量份数，苯乙烯单体：去离子水： Tween 80：过硫酸铵水溶液＝1:3～7：0.05～0.10：0.1～0.3。
4、将上述二氧化硅溶胶、氧化石墨烯分散液、聚苯乙烯乳液混合 形成涂料胶体，将金属网浸入涂料胶体溶液中，8～10min后取出，取出 时间≤10s，以保证载体上涂层的均匀性，在室温下干燥；重复上述操 作3次，干燥后在300℃下进行热处理，即得具有亲疏水性混合蜂窝状 导热涂层；其中，按溶液体积份数比，二氧化硅溶胶：聚苯乙烯乳液： 氧化石墨烯分散液＝13～30％:40～75％：13～30％；且二氧化硅溶胶与 氧化石墨烯分散液等体积。
下面结合具体实验对本发明进一步阐释。另外，使用上述范围内的 技术方案制备的氧化石墨烯分散液制备导热涂料/涂层，最终导热性能 相当，故未在实验中展示制备氧化石墨烯分散液的参数。下述实验中为 方便操作，均采用氧化石墨烯：去离子水＝1:25。
(1)制备对照组：按上述方法，制备氧化石墨烯分散液，氧化石 墨烯：去离子水＝1:25。制备聚苯乙烯乳液，苯乙烯单体：去离子水： Tween 80：过硫酸铵水溶液＝1:5：0.07：0.25。不添加二氧化硅溶胶， 氧化石墨烯分散液：聚苯乙烯乳液＝44％：56％。提拉速度为10cm/min， 制备涂层，作为对照组。
(2)优选二氧化硅溶胶的制备参数
1)按上述方法，制备二氧化硅溶胶10组，具体参数如表所示。制 备氧化石墨烯分散液，氧化石墨烯：去离子水＝1:25。制备聚苯乙烯 乳液，苯乙烯单体：去离子水：Tween80：过硫酸铵水溶液＝1:5：0.07： 0.25。二氧化硅溶胶：聚苯乙烯乳液：氧化石墨烯分散液＝22％：56％： 22％。提拉速度10cm/min，制备涂层10组。
表1二氧化硅溶胶具体参数
组别 无水乙醇 浓氨水
组1 50 3
组2 70 3
组3 90 3
组4 100 3
组5 110 3
组6 120 3
组7 100 2
组8 100 4
组9 100 5
组10 100 3
2)导热系数测试：采用C-THERM TCI导热系数测量仪，测试温度 为20℃，对上述10组涂层进行导热系数测试。结果如表2所示。
表2导热系数展示
Figure BDA0001695665250000071
3)冷热循环升降温速度测试：将金属网内部通入50％的乙二醇和 50％的水(体积比)。施加100kPa±20kPa的压力，以10℃到90℃进行 温度循环，记录各涂层材料10℃到90℃升温过程所需时间，以及90℃ 到10℃降温过程所需时间。结果如表3所示。
表3冷热循环升降温效果展示
组别 升温时间(min) 降温时间(min)
组1 15.6 5.4
组2 15.4 5.3
组3 15.3 5.8
组4 15.7 5.3
组5 16.1 5.5
组6 16.2 5.5
组7 15.8 5.7
组8 15.9 5.6
组9 15.8 5.4
组10 15.7 5.3
对照组 6.5 18.9
从上述表2、表3可以看出，使用在本发明限定的范围内制备的二 氧化硅溶胶，对最终导热涂料的性能影响差异不大，效果相当。
使用纯的氧化石墨烯，导热系数非常高，但在升降温试验中，导热 系数较高的纯氧化石墨烯涂层升温时间显著低于本发明各组，降温时间 显著高于本发明各组，说明其导热性能明显弱于本发明制备的复合涂层 材料。
(3)优选聚苯乙烯乳液的制备参数
1)按上述方法制备聚苯乙烯乳液8组，具体参数如表4所示。按 实验(2)组4的方法制备二氧化硅溶胶8组；制备氧化石墨烯分散液， 氧化石墨烯：去离子水＝1:25。按照二氧化硅溶胶：聚苯乙烯乳液： 氧化石墨烯分散液＝22％：56％：22％，提拉速度10cm/min，制备涂层8 组。
表4各组具体参数
组别 去离子水 Tween 80 过硫酸铵水溶液
组1 3 0.07 0.25
组2 5 0.07 0.25
组3 7 0.07 0.25
组4 5 0.05 0.25
组5 5 0.10 0.25
组6 5 0.07 0.10
组7 5 0.07 0.20
组8 5 0.07 0.30
2)按上述方法测试导热系数，结果如表5所示。
表5导热系数展示
Figure BDA0001695665250000091
Figure BDA0001695665250000101
3)按上述方法测试升降温效果，结果如表6所示。
表6冷热循环升降温效果展示
组别 升温时间(min) 降温时间(min)
组1 15.2 5.5
组2 15.4 5.4
组3 15.3 5.5
组4 15.0 5.6
组5 15.1 5.7
组6 15.0 5.6
组7 15.3 5.5
组8 15.2 5.5
从上述表5、表6可以看出，使用在本发明限定的范围内制备的聚 苯乙烯乳液，对最终导热涂料的性能影响差异不大，效果相当。
(4)优选导热涂料的制备参数
1)按实验(2)组4的方法制备二氧化硅溶胶5组；按实验(3) 组2的方法制备聚苯乙烯乳液5组；按照氧化石墨烯分散液，氧化石墨 烯：去离子水＝1:25，制备氧化石墨烯分散液5组。按上述方法制备5 组涂层，具体制备涂层的参数如表7所示。
表7各组具体参数
Figure BDA0001695665250000102
Figure BDA0001695665250000111
2)按上述方法测试导热系数，结果如表8所示。
表8导热系数展示
组别 导热系数(W/(m*K))
组1 16.5
组2 23.2
组3 26.1
组4 28.9
组5 30.1
组6 25.1
组7 23.2
对照组 39.8
3)按上述方法测试升降温效果，结果如表9所示。
表9冷热循环升降温效果展示
Figure BDA0001695665250000112
Figure BDA0001695665250000121
从表8、表9可以看出，随着氧化石墨烯添量的增加，导热系数不 断增加，但升降温效果时并不完全如此。氧化石墨烯和二氧化硅添量过 低，无法有效形成蜂窝状结构，升温变快，降温变慢；氧化石墨烯添量 过高，升降温效果也不理想。

Claims (8)

1.一种车辆散热器保护装置，包括镜像安装的两块弹簧片（2），其特征在于：所述弹簧片（2）中间部分为弧形两端为平板，所述弹簧片（2）弧形部分均匀的设置有通风孔（4）、平板端设置有夹紧孔（7），两块所述弹簧片（2）之间通过夹紧孔（7）固定有金属网（3）；
所述金属网（3）外还包括一层导热涂层，所述导热涂层由导热涂料制备而来，所述导热涂料按溶液体积份数，由13～30%的二氧化硅溶胶、13～30%的氧化石墨烯分散液、40～75%的聚苯乙烯乳液组成，且所述二氧化硅溶胶与氧化石墨烯分散液等体积；
所述导热涂层表面呈蜂窝状结构；
所述二氧化硅溶胶的制备方法为：将正硅酸己酯加入无水乙醇中，搅拌均匀，加入浓氨水，45℃下搅拌12h，再加入乙烯基三乙氧基硅烷，即得二氧化硅溶胶；其中，按体积份数，正硅酸己酯：无水乙醇：浓氨水：硅烷偶联剂= 10：50～120：2～5:1；
所述氧化石墨烯分散液的制备方法为：按重量，将1份氧化石墨烯加入20～30份去离子水中，功率60W超声处理3h，即得氧化石墨烯分散液；
所述聚苯乙烯乳液的制备方法为：将苯乙烯单体加入去离子水中，再加入失水山梨醇单油酸酯聚氧乙烯醚，充分搅拌形成乳液，所得乳液在70℃下通入氮气，再加入浓度为3%的过硫酸铵水溶液，聚合反应7h，得到聚苯乙烯乳液；其中，按重量份数，苯乙烯单体：去离子水：失水山梨醇单油酸酯聚氧乙烯醚：过硫酸铵水溶液 = 1:3～7：0.05～0.10：0.1～0.3；
还包括两个立柱（1），所述立柱（1）为钢管且侧壁设置有竖直的定位槽（8），所述立柱（1）底部焊接有安装板（5），所述安装板（5）设置有安装孔（6），所述弹簧片（2）一侧平板部分插入一立柱（1）内并焊接在一起，所述弹簧片（2）另一侧平板部分插入另一立柱（1）内。
2.根据权利要求1所述的车辆散热器保护装置，其特征在于：所述弹簧片（2）为厚度等于0.8毫米的不锈钢片。
3.根据权利要求1或2所述的车辆散热器保护装置，其特征在于：所述立柱（1）为不锈钢管，所述安装板（5）对称设置有两个安装孔（6）。
4.根据权利要求3所述的车辆散热器保护装置，其特征在于：所述金属网（3）由线径为0.2毫米的不锈钢轻拉丝编织而成。
5.根据权利要求4所述的车辆散热器保护装置，其特征在于：所述弹簧片（2）平板部分设置有两列夹紧孔（7）。
6.根据权利要求1所述的车辆散热器保护装置，其特征在于：所述导热涂料按溶液体积份数，由22%的二氧化硅溶胶、22%的氧化石墨烯分散液、56%的聚苯乙烯乳液组成。
7.根据权利要求1所述的车辆散热器保护装置，其特征在于：所述导热涂层的制备方法为：将金属网（3）浸入所述导热涂料中，8～10min后取出，取出时间≤10s，在室温下干燥；重复上述操作3次，干燥后在300℃下进行热处理，即得导热涂层。
8.根据权利要求7所述的车辆散热器保护装置，其特征在于：所述导热涂层的制备方法为：浸入所述导热涂料的浸泡时间为10min。
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