CN201532138U - 具有波纹结构散热带的封条式增压中冷却器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具有梯形波纹散热带的封条式增压空气中冷器。它解决了工程机械以及农用机械等非道路车辆用中冷器散热能力不足，而且容易堵塞的问题。它比具有类似正弦波纹翅片中冷器较好的传热效果，同时冷侧阻力增加可以控制在允许范围内，并且梯形翅片结构解决了百叶窗和错开型翅片容易出现堵塞的问题。其结构为进出口气管和进出口气室以及中冷器芯子组成，其中芯子由长短封条、隔板、侧板、紊流片以及梯形翅片按照一定顺序和方法组装焊接而成。所述梯形翅片可由冲压或者滚制一次成型，具有与类似波纹翅片相同的梯形波纹周期变化特点，其在冷侧空气流动方向上的垂直切面为矩形，在冷侧空气流动方向上的截面为周期变化的梯形结构。

Description

具有波纹结构散热带的封条式增压中冷却器

技术领域

本实用新型产品涉及的是一种工程机械和农用机械等非道路车辆领域的增压中冷器，特别是具有波纹结构翅片的封条式增压中冷器。

背景技术

在车辆冷却系统中使用的车用换热器主要有：水箱，油冷却器和中冷器等，在这些换热器中，基本上都采用环境空气作为冷源对高温流体介质(油和冷却液等)进行冷却。热流体在换热器内部流动，冷空气在外侧流动，在这个换热过程中，整个换热器的控制热阻主要分布在冷空气侧，因此提高冷侧换热表面的传热系数成为提高换热器的换热功率的关键问题，目前常用的车用换热器冷空气侧翅片主要是平直翅片、百叶窗翅片、错齿翅片和波纹翅片等。由于百叶窗翅片和错齿翅片在高效传热的同时也导致冷侧空气流动阻力的急剧增加进而导致风扇功率增加和发动机油耗的增加，另外由于百叶窗翅片和错齿型翅片容易被灰尘和颗粒物堵塞，导致散热性能急剧下降，因此百叶窗和错齿型翅片在工作环境相对恶劣的工程机械和农用机械上的应用受到了极大的限制，平直翅片和波纹翅片虽然克服灰尘堵塞的问题，但是由于近阶段行业不断提高散热器散热性能的要求，平直翅片已经无法满足高散热量的要求，而波纹翅片因强化传热性能提高有限，导致换热器的设计尺寸过大，这又引发与发动机舱的空间结构紧凑要求的矛盾。综合上述实际工程背景和技术发展要求，迫切需要开发一种新型的高效传热翅片，以满足工程开发的要求。

经过文献检索发现，专利号为200720030423.3的一种一体式油混合动力车用散热器，是一种可同时为混合动力车两套动力系统进行冷却的散热器，其采用管带式结构，外侧翅片提到选用正弦波纹型翅片。由于该方案外侧采用的正弦波纹型翅片，虽然相对普通平直翅片具有较高的传热效果，但是其传热效果还不能满足更苛刻的散热要求，特别是在某些工程机械和农用机械用散热器上显得较为突出。

发明内容

本实用新型针对以上的技术不足，提供一种改进型的波纹结构翅片的封条式增压中冷却器，它可以有效的避免由于环境恶劣而带来的堵塞问题，同时在冷空气侧阻力增加不大的情况下，有效的提高冷侧传热表面的换热系数，强化传热，实现整个中冷器的高效紧凑设计特点，又能降低原材料的消耗以及提高其可靠性能。

本实用新型可以通过下述方案实现：具有波纹结构散热带的封条式增压中冷却器，包括依次联接的进口气管、进口气室、散热器芯子、出口气室和出口气管，其特征在于所述的芯子采用封条式结构，包括长封条、短封条、隔板、紊流片和散热带，一对短封条中间放置散热带，散热带上设置隔板，形成冷侧通道；隔板上与短封条垂直的两端设置一对长封条，长封条中间设置紊流片，紊流片上设置另一隔板，形成热侧通道；所述的冷热侧通道交替叠加形成散热器芯子；所述的散热带截面呈梯形波纹结构。

所述梯形波纹散热带翅片具有与正弦波纹翅片相同的梯形波纹周期变化特点，梯形翅片在冷侧空气流动方向的垂直切面上为矩形，在冷侧空气流动方向上的截面为周期变化的梯形结构。

所述梯形波纹散热带翅片的波长为8-12mm，翅片厚度0.12-0.15mm。

所述梯形波纹散热带翅片高度为7-10mm。

所述梯形波纹散热带翅片长度Ld为26-120mm，翅片长度可以根据芯子厚度不同逐渐变化，梯形波纹散热带翅片可以通过冲压一次成型。

所述短封条的高度与梯形波纹散热带翅片高度相同。

所述紊流片为百叶窗紊流片或者其他具有较好传热性能的结构紊流片，紊流片厚度0.12-0.15mm，其高度2-10mm

所述长封条高度与紊流片高度相同。

所述侧板、隔板、梯形波纹散热带翅片、紊流片、长风条、短封条、结构之间通过真空钎焊技术焊接成为中冷却器芯子。所述中冷却器芯子厚度和芯子高度可以根据短封条和长封条长度进行系列调节。

所述进出口气室通过铝挤压(或者铸铝工艺)成型，其与中冷却器芯子通过氩弧焊接成为整体中冷却器总成产品。

所述热侧和冷侧通道可以根据需要依次排列放置，自由调整两侧通道的数目，但是冷侧的通道应该比热侧通道多1。

在上述各个部件组成的中冷器内部，具有较高温度的压缩空气从进口气管进入进口气室，然后分配到各个热侧气道内，在热侧通道内，高温压缩空气通过内侧紊流片以及冷却管与外侧冷却空气之间进行热量传递。在冷侧通道内，具有一定流动速度的冷却空气包围外侧梯形波纹散热带翅片和热侧通道，冷却后的压缩空气进入出口气室，然后通过出口气管流到发动机进气歧管中，外界空气经过压缩机再次进入到中冷器进口气管之后再进入进口气室，实现增压空气的持续冷却。在冷侧通道内，设置的梯形波纹散热带翅片可以加大对冷空气的扰动，破坏空气在梯形波纹散热带翅片表面流动边界层的增长，有效的降低热边界层的厚度，从而可以实现良好的强化传热，并且实现气侧阻力增加不大或使冷侧阻力的增加在可控范围内。

本实用新型产品采用的具有梯形波纹结构形式的翅片，相对于传统的平直翅片结构和波纹翅片结构的中冷器，本实用新型中冷却器可以在冷侧流体流动阻力相对较小的情况下，有效提高传热性能，如在实现相同散热量的要求下，本实用新型可以实现减少材料的消耗和成本的降低，并且产品的芯子厚度可以根据要求自由调整，节省模具开发费用，有利于批量化生产，更为重要的是满足了工程机械和农用机械等非道路车辆在恶劣工况条件下防污和尘埃的特殊要求。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

图1本实用新型中冷器总成结构示意图。

图2是散热器芯子总成的结构示意图。

图3是图2中A处的局部放大图。

图4图2中B-B向的剖视放大图。

图5是梯形波纹散热带的结构示意图。

图6是梯形波纹散热带与波纹型散热带传热j因子对比图；

图7梯形波纹散热带与波纹型散热带传热系数对比图；

图8梯形波纹散热带与波纹型散热带阻力f因子对比图；

图9梯形波纹散热带与波纹型散热带阻力性能对比图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型产品的实施方案作详细说明：本实施方案在本实用新型技术为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和过程，但是本实用新型产品的保护范围不受限于下述的实施方案。

如图1所示，本实施方案包括：进口气管1，进口气室2，芯子总成3，出口气室4和出口气管5。

如图2-4所示，芯子总成3由下述结构组成：梯形散热带6、长封条7、隔板8、短封条9、紊流片10和侧板11组成。

所述芯子总成通过下述方法连接：隔板8两端放置短封条9，短封条9中间为梯形散热带6，上述结构形成冷侧空气通道，梯形散热带6之上同样为隔板8，隔板8上冷空气流动方向上的前后位置放置长封条7，长封条7中间为紊流片10，紊流片10上面又为隔板8，上述结构又形成热侧流体通道。侧板11放置在芯子两侧，与两侧最边上的梯形散热带6连接，冷热侧通道反复交替叠加形成散热器芯子总成3。

散热带芯子总成3左右两端分别与进口气室2和出口气室4通过氩弧焊接方法连接，组成完整的中冷却器总成。

如图5所示，所述梯形散热带6，其梯形结构在空气流动方向上的垂直方向上的截面为矩形，在空气流动方向为周期变化的梯形结构形式。

所述梯形散热带6，其一个完整波长为8-12mm，翅片厚度为0.12-0.15mm。

所述梯形散热带6，其高度为7-10mm。

所述梯形散热带6，其长度Ld为26-120mm。

所述梯形散热带6可以通过冲压一次成型。

所述梯形散热带6与侧板11、隔板8、长封条7、短封条9和平直型紊流片10通过真空钎焊技术焊接成为水箱散热器的芯子。

所述紊流片10，其采用百叶窗或者其他具有较好传热性能的结构紊流片。

所述紊流片10，其高度为2-10mm，其厚度为0.12-0.15mm。

所述长封条7，其高度与紊流片10相同。

所述短封条9，其高度与梯形散热带6相同。

所述中冷却器芯子3，由于梯形散热带6、隔板8、侧板11、短封条9和长封条的长度可以自由调整，所以芯子3厚度和高度同样可以自由调整。

所述进口气室2和出口气室4为铝挤压成形(或者为铝铸造)，与中冷却器芯子3通过氩弧焊接成为成品。

所述进口气管1，其高度为50-90mm，其直径为25-100mm。

所述出口气管5，其高度为50-90mm，其直径为25-100mm。

所述热侧和冷侧通道依次放置，根据不同设计要求，可以自由调节两侧通道的数目，但冷侧通道的数目应比热侧通道数目多1。

本实施案例各种部件材料均采用铝材。

在上述各种部件组成的封条式水箱的内部，具有高温度增压空气从进口气管1进入进口气室2，然后分配到热侧通道内，在热侧通道内，高温增压空气通过紊流片10和隔板8向外侧冷却空气传递热量，在冷侧通道内，具有一定流动速度的冷空气包围外侧梯形散热带6和冷侧通道，冷却后的增压空气进入出口气室4，然后通过出口气管5流到发动机进气歧管内，之后外界空气再通过压缩机进入进口气管1和进口气室2，形成增压空气的持续冷却。在冷侧通道内，设置的梯形散热带6可以加大对冷空气的扰动，破坏边界层的增长，有效的降低热边界层的厚度，从而可以实现良好的强化传热。

图6、图7、图8和图9是通过数值模拟计算后，正弦波纹散热带和梯形波纹散热带6的传热和阻力性能对比。从图6中可以看出梯形散热带6的传热因子j比波纹散热带的传热因子j效果更佳，从图8中可以看出梯形散热带6的f因子比波纹散热带的大，但是结合图9可以看出，梯形散热带6的风阻并不是很高，完全可以满足工程机械和农用机械风阻的要求。结合图6、图7、图8和图9可以得出梯形散热带6具有增强传热阻力可以控制在允许值范围内的特点，因此可以实现强化传热，降低成本的目的。

Claims (5)

1.具有波纹结构散热带的封条式增压中冷却器，包括依次联接的进口气管(1)、进口气室(2)、散热器芯子(3)、出口气室(4)和出口气管(5)，其特征在于所述的芯子(3)采用封条式结构，包括长封条(7)、短封条(9)、隔板(8)、紊流片(10)和散热带(6)，一对短封条(9)中间放置散热带(6)，散热带(6)上设置隔板(8)，形成冷侧通道；隔板(8)上与短封条(9)垂直的两端设置一对长封条(7)，长封条(7)中间设置紊流片(10)，紊流片(10)上设置另一隔板(8)，形成热侧通道；所述的冷热侧通道交替叠加形成散热器芯子(3)；所述的散热带(6)截面呈梯形波纹结构。

2.如权利要求1所述的具有波纹结构散热带的封条式增压中冷却器，其特征在于所述的散热器芯子(3)上下两侧面设有侧板(11)。

3.如权利要求2所述的具有波纹结构散热带的封条式增压中冷却器，其特征在于散热带(6)的波长为8-12mm，其厚度0.12-0.15mm，高度为7-10mm，长度Ld为26-120mm，其可以通过冲压一次成型。

4.如权利要求2所述的具有波纹结构散热带的封条式增压中冷却器，其特征在于紊流片(10)其采用百叶窗，其高度为2-10mm，其厚度为0.12-0.15mm；长封条(7)高度与紊流片(10)相同；短封条(9)高度与散热带(6)相同。

5.如权利要求2所述的具有波纹结构散热带的封条式增压中冷却器，其特征在于散热器芯子(3)的长度和宽度根据T型翅片(6)、隔板(8)、侧板(11)、短封条(9)和长封条(7)的长度和宽度自由调整，进口气室(2)和出口气室(4)为铝挤压成形或者为铝铸造，与散热器芯子(3)通过氩弧焊接成为成品；中冷却器热侧和冷侧通道依次放置，冷侧通道的数目应比热侧通道数目多1个。

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