CN201569320U - 具有波纹结构散热带的管带式水箱散热器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具有梯形散热带的管带式水箱散热器。它解决了工程机械以及农用机械等非道路车辆用散热器散热能力不足，而且容易堵塞的问题。它比具有类似正弦波纹散热带散热器较好的传热效果，同时冷侧阻力增加可以控制在允许范围内，并且梯形散热带结构解决了百叶窗和错开型散热带容易出现堵塞的问题。其结构为进出口水管和进出口水室以及水箱散热器芯子组成，其中芯子由主板、侧板、冷却管以及梯形散热带按照一定顺序和方法组装焊接而成。所述梯形散热带可由冲压或者滚制一次成型，具有与类似正弦波纹散热带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管带式水箱散热器

技术领域

本实用新型涉及的是一种工程机械和农用机械等非道路车辆领域的水箱散热器，特别是截面为波纹结构散热带的管带式水箱散热器。

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，目前常用的车用散热器冷空气侧散热带主要是平直散热带、百叶窗散热带、错齿散热带和波纹散热带等。由于百叶窗散热带和错齿散热带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，另外由于百叶窗散热带和错齿型散热带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散热带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，平直散热带和波纹散热带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，平直散热带已经无法满足高散热量的要求，而波纹散热带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。综合上述实际的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，外侧散热带提到选用正弦波纹型散热带。由于该方案外侧采用的正弦波纹型散热带，虽然相对普通平直散热带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散热带的管带式水箱散热器，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，实现整个水箱散热器的高效紧凑的设计特点，又能降低原材料的消耗及提高其可靠性能。

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管带式水箱散热器，包括依次连接的进口水管、进口水室、芯子总成、出口水室和出口水管，所述的芯子总成包括多个散热带、多个冷却管和一对主板，所述的一对主板分别固定在进口水室和出口水室的向内的一端，其特征在于所述的冷却管为扁管，两端插入一对主板上开设的冲孔内固定，并与所述的进口水室和出口水室导通，所述的冷却管和散热带交替层叠设置，所述散热带的截面呈梯形波纹结构。

上述梯形散热带具有与正弦波纹散热带相同的梯形波纹周期变化特点，梯形散热带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。

所述梯形散热带的波长为8-12mm，散热带厚度0.12-0.15mm。

所述梯形散热带高度为7-10mm。

所述梯形散热带长度Ld为26-90mm，散热带长度可以根据芯子厚度不同逐渐变化，梯形散热带可以通过冲压一次成型。

所述主板厚度1.8mm，主板宽度根据冷却管排数自由调节。

所述侧板厚度2mm，侧板宽度26-90mm。

所述冷却管管壁厚度0.3-0.4mm，管口宽度26-60mm。

所述侧板、主板、冷却管和梯形散热带结构之间通过真空钎焊技术焊接成为水箱芯子总成。所述水箱芯子总成厚度和芯子高度可以根据主板宽度和冷却管长度进行系列调节。

所述进出口水室通过铝挤压(或者铸铝工艺)成型，其与水箱芯子总成通过氩弧焊接成为整体水箱总成。

所述冷却管和梯形散热带依次交替叠加放置，自由调整冷却管和梯形散热带的数目，但是冷测的通道应该比热测通道多1个。

在上述各个部件组成水箱散热器内部，具有较高温度的水或者冷却液从进口水管进入进口水室，然后分配到各个冷却管水道内，在冷却管道内，高温水或者冷却液通过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散热带和冷却管，冷却后的水或者冷却液进入到出口水室，然后通过出口水管流到水箱冷却系统回路中(水泵，发动机缸套等)，之后再进入进口水管和进口水室，形成循环回路，实现水或冷却液的持续冷却。在冷侧通道内，设置的梯形散热带可以加大对冷空气的扰动，破坏空气在梯形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。

本实用新型水箱采用的具有梯形结构形式的波纹散热带，相对于传统的平直散热带结构和波纹散热带结构的水箱散热器，本实用新型水箱散热器可以在冷侧流体流动阻力较小的情况下，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，并且水箱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垢和尘埃的特殊要求。

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水箱散热器总成结构示意图；

图2水箱散热器芯子总成示意图，其中图2(A)为主视图，图2(B)为俯视图，图2(C)为D处局部放大图；

图3梯形散热带结构示意图；

图4冷却管结构示意图；

图5主板结构示意图，其中图5(A)为俯视图，图5(B)为主视图，图5(C)为E处的局部放大图；

图6侧板结构示意图；

图7梯形散热带与波纹型散热带传热j因子对比图；

图8梯形散热带与波纹型散热带传热系数对比图；

图9梯形散热带与波纹型散热带阻力f因子对比图；

图10梯形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：进口水管1，进口水室2，芯子总成3，出口水室4和出口水管5。

如图2所示，芯子总成3由下述结构组成：梯形散热带6、冷却管7、侧板8和主板9组成。

所述芯子总成通过下述方法连接：在主板9两端最边位置放置侧板8，冷却管7按顺序插在主板9的冲孔11中，冷却管7之间放置梯形结构散热带6，冷却管7与梯形结构散热带6交替叠加放置形成芯子总成3，上述结构通过真空钎焊链接为整体。

芯子总成3两端分别与进口水室2和出口水室4通过氩弧焊接方法连接，组成完整的水箱散热器总成。

如图3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，散热带厚度为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26-90mm。

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8、主板9和冷却管7通过真空钎焊技术焊接成为水箱散热器的芯子总成3。

参照图4，所述冷却管7截面呈椭圆形，管壁厚度0.3-0.4mm，管口宽度26-60mm。

参照图5，所述主板9厚度1.8mm，主板宽度根据冷却管排数自由调节。主板9上开设有两组冲孔11，用于定位冷却管7和侧板8。

参照图6，所述侧板8厚度2mm，侧板宽度26-60mm。侧板8两端各设有一对凸起12，与主板上的冲孔配合定位。两块侧板8分别设置在主板9两端部的冲孔内。

所述水箱芯子总成3，由于梯形散热带6、侧板8、主板9的长度和宽度可以自由调整，所以芯子3厚度和高度同样可以自由调整。

所述进口水室2和出口水室4为铝挤压成形(或者为铝铸造)，与水箱芯子总成3通过氩弧焊接成为成品。

所述进口水管1，其高度为50-80mm，其直径为25-50mm。

所述出口水管5，其高度为50-80mm，其直径为25-50mm。

所述冷却管和梯形散热带依次放置，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个。

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管带式水箱的内部，具有高温度的水或者冷却液从进口水管1进入进口水室2，然后分配到热侧冷却管道内，在热侧通道内，高温水或者冷却液通过冷却管7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和热侧通道，冷却后的水或者冷却液进入出口水室4，然后通过出口水管5流到水箱冷却系统回路中(水泵，发动机缸套等)，之后再进入进口水管1和进口水室2，形成循环回路，实现水或者冷却液的循环持续冷却。在冷侧通道内，设置的梯形散热带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7、图8、图9和图10是通过数值模拟计算后，波纹散热带和梯形散热带6的传热和阻力性能对比。从图7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7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8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7、图8、图9和图10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 (6)

1.具有波纹结构散热带的管带式水箱散热器，包括依次连接的进口水管(1)、进口水室(2)、芯子总成(3)、出口水室(4)和出口水管(5)，所述的芯子总成(3)包括多个散热带(6)、多个冷却管(7)和一对主板(9)，所述的一对主板(9)分别固定在进口水室(2)和出口水室(4)的向内的一端，其特征在于所述的冷却管(7)为扁管，两端插入一对主板(9)上开设的冲孔(11)内固定，并与所述的进口水室(2)和出口水室(4)导通，所述的冷却管(7)和散热带(6)交替层叠设置，所述散热带(6)的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管带式水箱散热器，其特征在于所述的芯子总成(3)还包括一对侧板(8)，分别设置在所述一对主板(9)上开设的最外侧冲孔内。

3.如权利要求2所述的具有波纹结构散热带的管带式水箱散热器，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。

4.如权利要求2所述的具有波纹结构散热带的管带式水箱散热器，其特征在于主板(9)厚度1.8mm；侧板(8)厚度2mm，其宽度26-60mm；冷却管(7)管壁厚度0.3-0.4mm，管口宽度26-60mm。

5.如权利要求2所述的具有波纹结构散热带的管带式水箱散热器，其特征在于冷侧通道的数目比热侧通道数目多1个。

6.如权利要求2-5任何一项所述的具有波纹结构散热带的管带式水箱散热器，其特征在于进口水室(2)和出口水室(4)为铝挤压成形或者为铝铸造，与芯子总成(3)通过氩弧焊接成为水箱散热器成品。

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