CN201646358U - 具有波纹结构散热带的封条式水箱散热器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具有梯形波纹散热带结构的封条式水箱散热器。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翅片的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。其结构为进出口水管和进出口水室以及水箱散热器芯子组成，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T型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水箱散热器 

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水箱散热器，特别是具有波纹结构翅片的封条式水箱散热器。 

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，而波纹翅片的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，提供一种改进型的具有波纹结构散热带的封条式水箱散热器，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水箱散热器，包括依次联接的进口水管、进口水室、散热器芯子、出口水室和出口水管，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具有与正弦波纹翅片相同的梯形波纹周期变化特点，梯形波纹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波纹结构。 

所述梯形波纹散热带的波长为8-12mm，翅片厚度0.12-0.15mm。 

所述梯形波纹散热带高度为7-10mm。 

所述梯形波纹散热带长度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高度相同。 

所述紊流片为矩形平直紊流片，紊流片间距2-14mm。 

所述紊流片高度为2-3mm，紊流片厚度为0.12-0.15mm。 

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、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水箱芯子。所述水箱芯子厚度和芯子高度可以根据短封条长度和长封条长度进行系列调节。 

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

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， 但是冷测的通道应该比热测通道多1。 

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，然后分配到各个热测水道内，在热测通道内，高温水或者冷却液通过内侧紊流片以及隔板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和热测通道，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，设置的梯形波纹散热带可以加大对冷空气的扰动，破坏空气在梯形波纹散热带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之内。 

本实用新型产品采用的具有梯形波纹散热带结构形式的波纹翅片，相对于传统的平直翅片结构和波纹翅片结构的水箱散热器，本实用新型产品水箱散热器可以在冷测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垢的特殊要求。 

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本实用新型水箱散热器总成结构示意图。 

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是梯形散热带的结构示意图。 

图6是梯形散热带与波纹型散热带传热j因子对比图； 

图7梯形散热带与波纹型散热带传热系数对比图； 

图8梯形散热带与波纹型散热带阻力f因子对比图； 

图9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产品的实施方案作详细说明：本实施方案在本实用新型产品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2-4所示，芯子总成3由下述结构组成：梯形波纹散热带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上放置长封条7，长封条7中间为平直型紊流翅片10，平直型紊流翅片10之上同样为隔板8，上述结构形成热侧流体通道，隔板8上两端为短封条9，短封条9中间为梯形波纹散热带6，梯形波纹散热带6上面又为隔板8，上述结构又形成冷侧流体通道，侧板11放置在芯子两侧最边位置与梯形波纹散热带6连接。冷热侧通道反复交替叠加形成芯子总成3。 

芯子总成3左右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，组成完整的水箱总成。 

如图5所示，所述梯形波纹散热带6，其梯形波纹散热带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波纹散热带结构形式。 

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

所述梯形波纹散热带6，其高度为7-10mm。 

所述梯形波纹散热带6，其长度Ld为26-120mm。 

所述梯形波纹散热带6可以通过冲压一次成型。 

所述梯形波纹散热带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。 

所述平直紊流片10，根据芯子尺寸不同可以包括若干个翅片，翅片间距为2-14mm。 

所述紊流片10，其高度为2-3mm，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，其高度与梯形波纹散热带6相同。 

所述水箱芯子3，由于梯形波纹散热带6、隔板8、侧板11和短封条9的长度可以自由调整，所以芯子3厚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，然后分配到热侧通道内，在热侧通道内，高温水或者冷却液与平直紊流片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波纹散热带和冷侧通道，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，设置的梯形波纹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6、图7、图8和图9是通过数值模拟计算后，波纹翅片和梯形波纹散热带6的传热和阻力性能对比。从图6中可以看出梯形波纹散热带6的传热因子j比波纹翅片的传热因子j效果更佳，从图8中可以看出梯形波纹散热带6的f因子比波纹翅片的大，但是结合图9可以看出，梯形波纹散热带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可以得出梯形波纹散热带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水箱散热器，包括依次联接的进口水管(1)、进口水室(2)、散热器芯子(3)、出口水室(4)和出口水管(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水箱散热器，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，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水箱散热器，其特征在于紊流片(10)根据芯子(3)尺寸不同，包括一个或若干个翅片，翅片间距为2-14mm，其高度为2-3mm，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水箱散热器，其特征在于散热器芯子(3)的厚度和高度根据散热带(6)、隔板(8)、侧板(11)和短封条(9)的长度和宽度自由调整；进口水室(2)和出口水室(4)为铝挤压成形或者为铝铸造，与水箱散热器芯子(3)通过氩弧焊接成为成品；热侧和冷侧通道依次放置，根据不同设计要求，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。 

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