CN112455211B - 一种独立分区高效喷淋式液冷系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种独立分区高效喷淋式液冷系统，包括喷淋热交换模块、冷却介质循环泵、冷却介质散热模块和控制系统模块；喷淋热交换模块的密闭外壳分隔成多个散热区域，每个散热区域内安装有平行流式散热器，喷淋热交换模块的喷淋管路的竖管上设置有雾化喷淋头，冷却介质散热模块包括冷却介质热交换管和高压风机，冷却介质热交换管内分布有冷却介质微流孔道，其外壁与散热翅片连接后形成空气流道，冷却介质循环泵的出口与冷却介质微流孔道入口连通，冷却介质微流孔道出口与喷淋管路的横管连通；高压风机与空气流道连通，冷却液收集槽与冷却介质循环泵入口连通，对各个子系统的冷却温度进行独立的分区控制，能够极大的提升系统效率。

Description

一种独立分区高效喷淋式液冷系统

技术领域

本发明属于涉及热能与动力工程领域，具体涉及一种独立分区高效喷淋式液冷系统。

背景技术

以工程车辆为代表的中大型移动式机械，均是由发动机输出功率，驱动如行走、传动、工作装置等多个子系统，每个子系统在工作过程中由于工作效率的问题会产生大量的热量。因此，需要高效的冷却系统参与。

传统的冷却系统多采用风冷的方式实现冷却，即大功率轴流式风扇直接面对翅片式散热器，通过风扇的正转或反转来实现吹风或吸风式的散热效果。虽然这种散热方式结构简单、布置方便，但功率消耗过大。据统计，其消耗功率约占发动机总功率的1%左右；并且轴流式风扇线速度随半径变化，外圈风量大，噪音高，而内圈轴心周围基本无风，其散热风量极其不均匀；同时，由于各散热子系统工作介质流量较大，导致翅片式散热器尺寸很难控制，一般都是在有限尺寸内通过增加翅片的数量来满足工作介质流量的需求，这就要求风扇具有较高的风压，但由于成本的限制，散热系统的密闭性较差，导致整体的制冷效率偏低。

发明内容

本发明提供一种独立分区高效喷淋式液冷系统，利用喷嘴将低温的雾化制冷介质喷向热源，带走工作介质的热量，对各个子系统的冷却温度进行独立的分区控制，能够极大的提升系统效率，达到节约能耗的目的，其冷却能力最高可达风冷系统的20倍以上，且水冷系统降温速度快、均温性好、流体控制简单和精准。

本发明的目的通过如下技术方案实现：

一种独立分区高效喷淋式液冷系统，包括喷淋热交换模块01、冷却介质循环泵02、冷却介质散热模块03和控制系统模块04；所述的喷淋热交换模块01包括密闭外壳，所述的密闭外壳由上壳体0109和冷却液收集槽0105密封连接形成，所述的密闭外壳通过隔板0110分隔成多个散热区域，每个散热区域内安装有一组平行流式散热器，所述的平行流式散热器与待散热系统连通；所述的密闭外壳内还设置有喷淋管路0108，所述的喷淋管路0108包括互相连通的横管010801和竖管010802，所述的竖管010802上设置有雾化喷淋头0106，所述的横管010801和竖管010802的连通处安装有电液控制阀0107；所述的冷却介质散热模块03包括冷却介质热交换管0301和高压风机0302，所述的冷却介质热交换管0301内分布有冷却介质微流孔道030101，所述的冷却介质微流孔道030101的外壁与散热翅片030102连接后形成空气流道030103，所述的冷却介质循环泵02的出口与冷却介质微流孔道030101入口连通，冷却介质微流孔道030101出口与喷淋管路0108的横管010801连通；所述的高压风机0302与空气流道030103连通，所述的冷却液收集槽0105与冷却介质循环泵02入口连通，所述的控制系统模块04与喷淋热交换模块01、冷却介质循环泵02、冷却介质散热模块03控制连接。

作为本发明更优的技术方案，所述的密闭外壳通过隔板0110分隔成四个散热区域，每个散热区域内安装的平行流式散热器分别为发动机冷却散热器0101、发动机中冷散热器0102、液压系统散热器0103和液力传动系统散热器0104；所述的发动机冷却散热器0101通入高温的发动机冷却液，所述的发动机中冷散热器0102通入中冷高温压缩空气，所述的液压系统散热器0103通入液压系统工作介质液压油，所述的液力传动系统散热器0104通入液力传动系统工作介质液力变矩器油。

作为本发明更优的技术方案：所述的冷却介质热交换管0301两端的外壁上分别开设有与冷却介质微流孔道030101连通的冷却介质输入管口0305和冷却介质输出管口0306，所述的冷却介质输入管口0305与冷却介质循环泵02出口连接，所述的冷却介质输出管口0306与喷淋管路0108的横管010801连接。

作为本发明更优的技术方案：所述的冷却介质热交换管0301与高压风机0302之间安装有空气放大器0303。

作为本发明更优的技术方案：所述的冷却介质热交换管0301的两端安装有用于密封冷却介质微流孔道030101的液体通道密封板030105。

作为本发明更优的技术方案：所述的每个散热区域的竖管010802为三个，每个竖管010802上均布有多个雾化喷淋头0106，所述的平行流式散热器位于多个雾化喷淋头0106的喷淋范围内。

作为本发明更优的技术方案：所述的冷却介质微流孔道030101呈阵列式分布。

有益效果如下：

本发明提供的高效喷淋式液冷系统针对大功率内燃机液压系统，对中大型工程车辆散热系统进行冷却，利用介质气化带走热量，制冷过程同时存在强制对流换热和相变换热，完成热交换的冷却介质由循环泵通入冷却介质散热模块，利用高压风机或空气放大器送入大流量的空气，与微冷却通道中的冷却介质充分接触完成热交换，使其降至室温后再次泵送进入喷淋管路完成喷淋制冷过，制冷效率远高于传统风冷系统。

本发明冷却介质与低温空气的接触面积大，能够更快速的为冷却介质降温，采用独立分区温度控制，能够保证系统中各个子系统分别在各自最佳的温区工作，分别将被冷却系统中相互独立的发动机冷却液、中冷冷高温压缩空气、液压系统工作介质、液力传动系统工作介质通入相应的平行流式散热器内，再利用电磁阀控制冷却介质的喷出流量，分别独立控制各个散热系统的温度，使相应的工作部件能够在其最高效的温区工作，提升工作效率。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明的独立分区高效喷淋式液冷系统的结构示意图。

图2为本发明的独立分区高效喷淋式液冷系统的喷淋热交换模块装配图。

图3为本发明的独立分区高效喷淋式液冷系统的冷却介质散热模块装配图。

图4为本发明的独立分区高效喷淋式液冷系统的冷却介质散热模块装配图。

图5为本发明独立分区高效喷淋式液冷系统的控制连接的示意图。

图中：

01、喷淋热交换模块；

0101、发动机冷却散热器；0102、发动机中冷散热器；0103、液压系统散热器；0104、液力传动系统散热器；0105、冷却液收集槽；0106、雾化喷淋头；0107、电液控制阀；0108、喷淋管路；010801、横管；010802、竖管；0109、喷淋热交换腔体；

02、冷却介质循环泵；

03、冷却介质散热模块；

0301、冷却介质热交换管；030103、空气流道；030104、热交换管外壁；030105、液体通道密封板；0302、高压风机；0303、空气放大器；0304、压缩空气源；0305、冷却介质输入管口；0306、冷却介质输出管口；030101、冷却介质微流孔道；030102、散热翅片；

04、控制系统模块。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步详细说明。

如图1至5所示，本发明提供一种独立分区高效喷淋式液冷系统，包括喷淋热交换模块01、冷却介质循环泵02、冷却介质散热模块03和控制系统模块04；所述的喷淋热交换模块01包括密闭外壳，所述的密闭外壳由上壳体0109和冷却液收集槽0105密封连接形成，所述的密闭外壳通过隔板0110分隔成多个散热区域，每个散热区域内安装有一组平行流式散热器，所述的平行流式散热器与待散热系统连通；所述的密闭外壳内还设置有喷淋管路0108，所述的喷淋管路0108包括互相连通的横管010801和竖管010802，所述的竖管010802上设置有雾化喷淋头0106，所述的横管010801和竖管010802的连通处安装有电液控制阀0107；所述的冷却介质散热模块03包括冷却介质热交换管0301和高压风机0302，所述的冷却介质热交换管0301内分布有冷却介质微流孔道030101，所述的冷却介质微流孔道030101的外壁与散热翅片030102连接后形成空气流道030103，所述的冷却介质循环泵02的出口与冷却介质微流孔道030101入口连通，冷却介质微流孔道030101出口与喷淋管路0108的横管010801连通；所述的高压风机0302与空气流道030103连通，所述的冷却液收集槽0105与冷却介质循环泵02入口连通，所述的控制系统模块04与喷淋热交换模块01、冷却介质循环泵02、冷却介质散热模块03控制连接。

在一些实施例中，所述的密闭外壳通过隔板0110分隔成四个散热区域，每个散热区域内安装的平行流式散热器分别为发动机冷却散热器0101、发动机中冷散热器0102、液压系统散热器0103和液力传动系统散热器0104；所述的发动机冷却散热器0101通入高温的发动机冷却液，所述的发动机中冷散热器0102通入中冷高温压缩空气，所述的液压系统散热器0103通入液压系统工作介质液压油，所述的液力传动系统散热器0104通入液力传动系统工作介质液力变矩器油。

在一些实施例中，所述的冷却介质热交换管0301两端的外壁上分别开设有与冷却介质微流孔道030101连通的冷却介质输入管口0305和冷却介质输出管口0306，所述的冷却介质输入管口0305与冷却介质循环泵02出口连接，所述的冷却介质输出管口0306与喷淋管路0108的横管010801连接。

在一些实施例中，所述的冷却介质热交换管0301与高压风机0302之间安装有空气放大器0303。

在一些实施例中，所述的冷却介质热交换管0301的两端安装有用于密封冷却介质微流孔道030101的液体通道密封板030105。

在一些实施例中，所述的每个散热区域的竖管010802为三个，每个竖管010802上均布有多个雾化喷淋头0106，所述的平行流式散热器位于多个雾化喷淋头0106的喷淋范围内。

在一些实施例中，所述的冷却介质微流孔道030101呈阵列式分布。

如图1所示，本发明为独立分区控制的喷淋式液冷系统，其主体部分包括喷淋热交换模块01、冷却介质循环泵02、冷却介质散热模块03，其中喷淋热交换模块01用于完成冷却介质与被冷却系统的热交换过程。因热交换升温的冷却介质在冷却介质循环泵02的作用下流入冷却介质散热模块03完成降温，并再次流回喷淋热交换模块01完成下一次热交换过程。

如图2所示，本发明的喷淋热交换模块01中设置有4组独立的平行流式散热器，即发动机冷却散热器0101、发动机中冷散热器0102、液压系统散热器0103、液力传动系统散热器0104。工作时上述四组散热器中分别通入高温的发动机冷却液、中冷高温压缩空气、液压系统工作介质液压油和液力传动系统工作介质液力变矩器油。低温的冷却介质通过喷淋管路0108和电液控制阀0107流入雾化喷淋头0106，以雾化液滴的形式喷至4组平行流式散热器上，进行热交换。散热器外侧安装有喷淋热交换腔体0109，能够减少气化的冷却介质耗散。通过控制电液控制阀0107的流量能够对发动机冷却散热器0101、发动机中冷散热器0102、液压系统散热器0103、液力传动系统散热器0104的温度进行分区控制，保证发动机、液压系统和液力传动系统分别在其最高效的温区工作。完成热交换后，升温的冷却介质流入冷却液收集槽0105。

如图3所示，本发明的冷却介质散热模块03主体部分为冷却介质热交换管0301。其中，在热交换管外壁030104的内侧安装有阵列的冷却介质微流孔道030101，孔道外壁通过焊接与散热翅片030102连接，以增大散热面积，并在散热翅片030102和冷却介质微流孔道030101之间形成空气流道030103。冷却介质热交换管0301的一端安装有液体通道密封板030105，能够封闭冷却介质微流孔道030101防止冷却介质外泄，但不会封死空气流道030103，允许高速空气流出。本发明中冷却介质的降温可以通过以下方式实现：通过冷却介质循环泵02将升温后的冷却介质经输入管口0305通入冷却介质微流孔道030101。同时利用高压风机0302将高速空气通入冷却介质热交换管0301，并沿空气流道030103流出。利用冷却介质微流孔道030101和散热翅片030102长度，使高速空气与冷却介质充分热交换，实现冷却介质的有效降温。最终降温后的冷却介质从冷却介质输出管口0306流出，通入喷淋管路0108继续对平行流式散热器0101-0104中的工作介质进行液冷降温。

如图4所示，本发明中冷却介质的降温还可以通过以下方式实现：利用压缩空气源0304将高压气体通入空气放大器0303产生康达效应（Coanda Effect），使大量的环境空气从空气放大器0303流出，通入冷却介质热交换管0301。高速空气与冷却介质充分热交换，实现冷却介质的有效降温。

如图5所示，本发明通过ECU采集发动机冷却液、中冷高温压缩空气、液压系统工作介质液压油和液力传动系统工作介质液力变矩器油的温度后分别独立控制发动机冷却液散热器区域的电液控制阀0107、中冷高温气体散热器区域的电液控制阀0107、液压油散热器区域的电液控制阀0107及变矩器传动油散热器区域的电液控制阀0107的喷嘴流量，实现分区控制，保证发动机、液压系统和液力传动系统分别在其最高效的温区工作。所述的控制系统模块04通过ECU采集冷却介质的温度，控制高压风机0302或压缩空气源0304中的气体输出量，以控制冷却介质散热模块03中的冷却介质温度。

以上所述仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡对本发明所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多种实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (6)

1.一种独立分区高效喷淋式液冷系统，其特征在于：包括喷淋热交换模块（01）、冷却介质循环泵（02）、冷却介质散热模块（03）和控制系统模块（04）；所述的喷淋热交换模块（01）包括密闭外壳，所述的密闭外壳由上壳体（0109）和冷却液收集槽（0105）密封连接形成，所述的密闭外壳通过隔板（0110）分隔成多个散热区域，每个散热区域内安装有一组平行流式散热器，所述的平行流式散热器与待散热系统连通；所述的密闭外壳内还设置有喷淋管路（0108），所述的喷淋管路（0108）包括互相连通的横管（010801）和竖管（010802），所述的竖管（010802）上设置有雾化喷淋头（0106），所述的横管（010801）和竖管（010802）的连通处安装有电液控制阀（0107）；所述的冷却介质散热模块（03）包括冷却介质热交换管（0301）和高压风机（0302），所述的冷却介质热交换管（0301）内分布有冷却介质微流孔道（030101），所述的冷却介质微流孔道（030101）的外壁与散热翅片（030102）连接后形成空气流道（030103），所述的冷却介质循环泵（02）的出口与冷却介质微流孔道（030101）入口连通，冷却介质微流孔道（030101）出口与喷淋管路（0108）的横管（010801）连通；所述的高压风机（0302）与空气流道（030103）连通，所述的冷却液收集槽（0105）与冷却介质循环泵（02）入口连通，所述的控制系统模块（04）与喷淋热交换模块（01）、冷却介质循环泵（02）、冷却介质散热模块（03）控制连接；所述的密闭外壳通过隔板（0110）分隔成四个散热区域，每个散热区域内安装的平行流式散热器分别为发动机冷却散热器（0101）、发动机中冷散热器（0102）、液压系统散热器（0103）和液力传动系统散热器（0104）；所述的发动机冷却散热器（0101）通入高温的发动机冷却液，所述的发动机中冷散热器（0102）通入中冷高温压缩空气，所述的液压系统散热器（0103）通入液压系统工作介质液压油，所述的液力传动系统散热器（0104）通入液力传动系统工作介质液力变矩器油。

2.如权利要求1所述的一种独立分区高效喷淋式液冷系统，其特征在于：所述的冷却介质热交换管（0301）两端的外壁上分别开设有与冷却介质微流孔道（030101）连通的冷却介质输入管口（0305）和冷却介质输出管口（0306），所述的冷却介质输入管口（0305）与冷却介质循环泵（02）出口连接，所述的冷却介质输出管口（0306）与喷淋管路（0108）的横管（010801）连接。

3.如权利要求1所述的一种独立分区高效喷淋式液冷系统，其特征在于：所述的冷却介质热交换管（0301）与高压风机（0302）之间安装有空气放大器（0303）。

4.如权利要求1所述的一种独立分区高效喷淋式液冷系统，其特征在于：所述的冷却介质热交换管（0301）的两端安装有用于密封冷却介质微流孔道（030101）的液体通道密封板（030105）。

5.如权利要求1所述的一种独立分区高效喷淋式液冷系统，其特征在于：所述的每个散热区域的竖管（010802）为三个，每个竖管（010802）上均布有多个雾化喷淋头（0106），所述的平行流式散热器位于多个雾化喷淋头（0106）的喷淋范围内。

6.如权利要求1所述的一种独立分区高效喷淋式液冷系统，其特征在于：所述的冷却介质微流孔道（030101）呈阵列式分布。

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