CN208462275U - 管带式换热器及变频器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种管带式换热器及变频器，所述管带式换热器包括第一支撑板、第二支撑板、多根冷却以及多个散热带；所述第一支撑板和第二支撑板上分别设有多个管孔，多根所述冷却管平行设置，且每一冷却管的第一端插入到所述第一支撑板上管孔、第二端插入到所述第二支撑板上管孔；每一散热带固定在相邻的两根冷却管上，且所述散热带上具有至少一组百叶窗式开窗；每一组百叶窗式开窗包括多片条状的叶片以及多个条状的窗孔；每一叶片突出于散热带的表面并垂直于散热带上的气流方向，且多片所述叶片沿所述散热带上的气流方向排列。本实用新型通过在散热带上设置开窗，在同等风速条件下可大幅提升空气侧的对流系数，提高管带式换热器的换热效率。

Description

管带式换热器及变频器

技术领域

本实用新型涉及散热领域，更具体地说，涉及一种管带式换热器及变频器。

背景技术

变频器作为一种电能转换装置，在运行过程中会产生一定的热量，如果不能及时地将这些热量散发出去，将导致变频器中电力电子元器件损坏。

大功率变频器经常采用液冷散热方式进行冷却。其主要原理是：变频器内部的功率模块如IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)、整流桥等元器件安装在液冷板上，其产生的热量会传导至液冷板上；冷却液流经液冷板的水道并将热量带走，同时冷却液温度升高；水泵为管道提供一定的压力，将高温冷却液传输至换热器，并通过外部冷却空气或冷却水对换热器中的高温冷却液进行降温；温度下降后的冷却液流出换热器，再次通过管道回到液冷板，从而形成了一个完整的液冷循环。

换热器是组成上述液冷循环的关键元件之一。目前常用的空—液冷换热器芯体结构主要有管片式和管带式两大类。其中：

(1)管片式换热器是在传热管(铜管或铝管)上外套翅片(铝翅片或铜翅片)形成的换热器。高温冷却液在传热管中流动，将热量传导至外套的翅片上，冷却空气流经翅片完成热交换。

(2)管带式换热器是由波纹状散热带和扁平状冷却管相间排列经焊接而成。其工作原理与管片式换热器基本相同，高温冷却液在扁管中流动时将热量传导至散热带，外部冷却空气流经散热带将热量带走，从而使扁管中冷却液的温度下降。

上述两种换热器中，管片式换热器的强度较好，但在相同条件下，管片式换热器的散热性能不如管带式换热器：其散热面积比管带式换热器小10％以上，对流换热系数也较管带式换热器低。

管带式换热器结构紧凑，换热能力较强，在液冷变频器中应用越来越广泛。但是，现有管带式换热器的散热带采用平直铝带或铜带折叠成型，在常规风机冷却条件下，空气侧对流换热系数一般最大只能达到70～80W/(m2·K)。在变频器功率密度要求越来越高，同时风机噪声要求越来越严格的条件下，此换热能力仍显得不足。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，针对上述管带式换热器换热效率不足的问题，提供一种新的管带式换热器及变频器。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案是，提供一种管带式换热器，包括第一支撑板、第二支撑板、多根扁平状冷却管以及多个波纹状的散热带；所述第一支撑板和第二支撑板上分别设有多个管孔，多根所述冷却管平行设置，且每一冷却管的第一端插入到所述第一支撑板上的管孔、第二端插入到所述第二支撑板上的管孔；每一所述散热带固定在相邻的两根冷却管上，且所述散热带上具有至少一组百叶窗式开窗；每一组所述百叶窗式开窗包括多片条状的叶片以及多个条状的窗孔；每一所述叶片突出于所述散热带的表面并垂直于所述散热带上的气流方向，且多片所述叶片沿所述散热带上的气流方向排列。

在本实用新型所述的管带式换热器中，每一所述散热带包括多片分别沿所述散热带上的气流方向设置的子板，且多片所述子板以截面呈波浪形或三角波形的方式相连；在每一所述散热带中，至少部分子板上具有至少一组所述百叶窗式开窗。

在本实用新型所述的管带式换热器中，每一组所述百叶窗式开窗包括一组第一开窗和一组第二开窗，且所述第一开窗和第二开窗相邻设置；每一组所述第一开窗包括多片条状的第一叶片以及多个条状的第一窗孔且所述第一叶片与第一窗孔相间设置，每一组所述第二开窗包括多片条状的第二叶片以及多个条状的第二窗孔且所述第二叶片与第二窗孔相间设置；所述第一叶片朝向所述第二开窗方向设置，所述第二叶片朝向所述第一开窗方向设置。

在本实用新型所述的管带式换热器中，所述第一叶片和第二叶片突出于所述子板的高度为0.42～1.5mm。

在本实用新型所述的管带式换热器中，所述第一叶片和第二叶片与所述子板的夹角为25～30°。

在本实用新型所述的管带式换热器中，相邻的两个第一叶片之间、相邻的两个第二叶片之间、相邻的第一叶片和第二叶片之间的间距为1～3mm。

在本实用新型所述的管带式换热器中，所述第一叶片和第一窗孔的尺寸匹配，所述第二叶片和第二窗孔的尺寸匹配。

在本实用新型所述的管带式换热器中，所述管带式换热器还包括第一储液腔、第二储液腔，所述第一储液腔安装到第一支撑板、所述第二储液腔安装到第二支撑板，且每一所述冷却管的第一端与所述第一储液腔连通、第二端与所述第二储液腔连通。

在本实用新型所述的管带式换热器中，所述第一储液腔上具有进液口、所述第二储液腔上具有出液口。

本实用新型还提供一种变频器，包括功率模块以及用于为所述功率模块散热的液冷散热器，所述变频器还包括水泵及如上所述的管带式换热器，且所述管带式换热器通过连接管路和水泵与所述液冷散热器内的冷却液通道连接成循环回路。

本实用新型的管带式换热器及变频器，通过在散热带上设置开窗，在同等风速条件下可大幅提升空气侧的对流系数，提高管带式换热器的换热效率。本实用新型还通过提高管带式换热器的散热效率，最终达到降低变频器内部功率模块的温升，提高变频器运行可靠性和寿命。

附图说明

图1是本实用新型管带式换热器实施例的示意图；

图2是本实用新型管带式换热器实施例的俯视图；

图3是本实用新型管带式换热器实施例的局部放大图；

图4是本实用新型管带式换热器实施例中散热带的示意图；

图5是本实用新型管带式换热器实施例中散热带的截面示意图；

图6是本实用新型管带式换热器另一实施例的示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1、2所示，是本实用新型管带式换热器实施例的示意图，该管带式换热器可应用于变频器等设备中，并为功率模块的液冷散热器中的冷却液进行散热。本实施例的管带式换热器包括第一支撑板13、第二支撑板14、多根扁平状冷却管11以及多个波纹状的散热带12。图1为清楚显示冷却管11和散热带12的结构，对A部做了放大处理，第一支撑板13和第二支撑板14之间的其他区域的结构与A部相同。

上述第一支撑板13和第二支撑板14平行设置，且该第一支撑板13和第二支撑板14上分别设有多个管孔。多根冷却管11平行设置，且每一冷却管11的第一端插入到第一支撑板13上的管孔、第二端插入到第二支撑板14上的管孔(管孔的排列方式和数量与冷却管11的排列方式以及数量均一致)，并分别与第一支撑板13、第二支撑板14固定(例如焊接)。每一散热带12固定(例如焊接)在相邻的两根冷却管11上，即冷却管11和散热带12相间分布。具体地，上述散热带12与冷却管11的结构及固定方式可与现有的管带式换热器的类似。

结合图3、4，上述散热带12上具有至少一组百叶窗式开窗，每一组百叶窗式开窗包括多片条状的叶片1211以及多个条状的窗孔，且叶片1211与窗孔相间设置。每一叶片1211突出于散热带12的表面(即叶片1211的顶端高于散热带12的表面)并垂直于散热带12上的气流方向(即多片叶片1211相互平行，气流方向如图4中的箭头方向所示)，且多片叶片1211及多个窗孔沿散热带12上的气流方向排列，从而在散热带12上形成类似百叶窗的结构。

根据流体仿真与实验测试的结果，用于对上述管带式换热器进行冷却的冷却空气流过散热带时，上述百叶窗式开窗能破坏冷却空气流动方向上的空气边界层，使得平均边界层的厚度降低，同时增强近壁面空气的扰动，从而显著增大换热带的散热效率。

优选地，第一支撑板13和第二支撑板14可采用铝合金或铜合金材料制造，并且冷却管11可垂直于第一支撑板13和第二支撑板14，以降低第一支撑板13、第二支撑板14上的管孔的加工难度并降低第一支撑板13、第二支撑板14的装配难度。此外，为了保护上、下两侧的冷却管11，可在第一支撑板13和第二支撑板14顶部安装第一护板15、底部安装第二护板16。

上述每一散热带12具体可包括多片子板121，该多片子板121分别沿散热带12的气流方向设置，且多片子板121以截面呈波浪形或三角波形的方式相连。具体地，上述散热带12可由同一金属薄板弯折而成，即上述多片子板121依次相连(当然，在实际应用中，上述多片子板121也可相互独立，并通过焊接方式固定在一起形成散热带12)。

特别地，在每一散热带12中，每一子板121上可具有至少一组百叶窗式开窗。在实际应用中，也可根据需要省去部分子板121上的百叶窗式开窗。

结合图5，上述每一组百叶窗式开窗包括一组第一开窗和一组第二开窗，且第一开窗和第二开窗相邻设置。每一组第一开窗包括多片条状的第一叶片1212以及多个条状的第一窗孔1213，且第一叶片1212与第一窗孔1213相间设置。同样地，每一组第二开窗包括多片条状的第二叶片以1214及多个条状的第二窗孔1215，且第二叶片1214与第二窗孔1215相间设置(即百叶窗式开窗中的叶片1211包括第一叶片1212和第二叶片1214，窗孔包括第一窗孔1213和第二窗孔1215)。并且在上述第一开窗和第二开窗中，第一叶片1212朝向第二开窗方向设置，第二叶片1214朝向第一开窗方向设置，即第一叶片1212和第二叶片1214对向设置。通过上述结构，可进一步破坏冷却空气流动方向上的空气边界层，使得平均边界层的厚度降低，同时增强近壁面空气的扰动，从而进一步增大换热带的散热效率。

为达到最好的散热效率，上述第一叶片1212突出于子板121的高度为0.42～1.5mm；同样地，第二叶片1214突出于子板121的高度为0.42～1.5mm。

根据流体仿真与实验测试数据，上述第一叶片1212与第二叶片1214的角度以及间距等对强化散热效果存在影响。在其他参数不变的情况下，第一叶片1212和第二叶片1214与子板121的夹角α为25～30°时换热性能较佳(夹角α为27°时最佳)；相邻的两个第一叶片1212之间、相邻的两个第二叶片1214之间、相邻的第一叶片1212和第二叶片1214之间的间距d为1～3mm时散热效率较佳(间距d在2mm时最佳)。

在上述管带式换热器中，第一叶片1212和第一窗孔1213的尺寸匹配，第二叶片1214和第二窗孔1215的尺寸匹配。特别地，上述第一叶片1212和第一窗孔1213可通过开窗处理而成，例如直接在金属薄板上冲压而成；第二叶片1214和第二窗孔1215可通过同样的开窗处理而成。

如图6所示，在本实用新型管带式换热器的另一实施例中，除了包括第一支撑板63、第二支撑板64、多根扁平状冷却管61以及多个波纹状的散热带62外，该管带式换热器还包括第一储液腔65、第二储液腔66。上述第一储液腔65安装(例如焊接)到第一支撑板63的外侧、第二储液腔66安装(例如焊接)到第二支撑板64的外侧，且每一冷却管61的第一端与第一储液腔65连通、第二端与第二储液腔66连通。通过上述结构，冷却液可在第一储液腔65、第二储液腔66及多跟冷却液管61之间流动。

特别地，上述第一储液腔65上具有出液口651、第二储液腔66上具有进液口661，从而上述管带式换热器可通过出液口651和进液口661接入冷却液循环回路，使得冷却液从进液口661流入第二储液腔66汇聚，然后通过各个冷却管61流向第一储液腔65，并在流经冷却管61时与散热带62换热，使得冷却液温度降低，最后汇聚在第一储液腔65中的冷却液经由出液口651流出。

本实用新型还提供一种变频器，该变频器可用于实现电机控制。具体地，该变频去包括功率模块、用于为功率模块散热的液冷散热器、水泵及如上所述的管带式换热器，且管带式换热器通过连接管路和水泵与液冷散热器内的冷却液通道连接成循环回路。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种管带式换热器，其特征在于，包括第一支撑板、第二支撑板、多根扁平状冷却管以及多个波纹状的散热带；所述第一支撑板和第二支撑板上分别设有多个管孔，多根所述冷却管平行设置，且每一冷却管的第一端插入到所述第一支撑板上的管孔、第二端插入到所述第二支撑板上的管孔；每一所述散热带固定在相邻的两根冷却管上，且所述散热带上具有至少一组百叶窗式开窗；每一组所述百叶窗式开窗包括多片条状的叶片以及多个条状的窗孔；每一所述叶片突出于所述散热带的表面并垂直于所述散热带上的气流方向，且多片所述叶片沿所述散热带上的气流方向排列。

2.根据权利要求1所述的管带式换热器，其特征在于，每一所述散热带包括多片分别沿所述散热带上的气流方向设置的子板，且多片所述子板以截面呈波浪形或三角波形的方式相连；在每一所述散热带中，至少部分子板上具有至少一组所述百叶窗式开窗。

3.根据权利要求2所述的管带式换热器，其特征在于，每一组所述百叶窗式开窗包括一组第一开窗和一组第二开窗，且所述第一开窗和第二开窗相邻设置；每一组所述第一开窗包括多片条状的第一叶片以及多个条状的第一窗孔且所述第一叶片与第一窗孔相间设置，每一组所述第二开窗包括多片条状的第二叶片以及多个条状的第二窗孔且所述第二叶片与第二窗孔相间设置；所述第一叶片朝向所述第二开窗方向设置，所述第二叶片朝向所述第一开窗方向设置。

4.根据权利要求3所述的管带式换热器，其特征在于，所述第一叶片和第二叶片突出于所述子板的高度为0.42～1.5mm。

5.根据权利要求3所述的管带式换热器，其特征在于，所述第一叶片和第二叶片与所述子板的夹角为25～30°。

6.根据权利要求3所述的管带式换热器，其特征在于，相邻的两个第一叶片之间、相邻的两个第二叶片之间、相邻的第一叶片和第二叶片之间的间距为1～3mm。

7.根据权利要求6所述的管带式换热器，其特征在于，所述第一叶片和第一窗孔的尺寸匹配，所述第二叶片和第二窗孔的尺寸匹配。

8.根据权利要求6所述的管带式换热器，其特征在于，所述管带式换热器还包括第一储液腔、第二储液腔，所述第一储液腔安装到第一支撑板、所述第二储液腔安装到第二支撑板，且每一所述冷却管的第一端与所述第一储液腔连通、第二端与所述第二储液腔连通。

9.根据权利要求8所述的管带式换热器，其特征在于，所述第一储液腔上具有进液口、所述第二储液腔上具有出液口。

10.一种变频器，包括功率模块以及用于为所述功率模块散热的液冷散热器，其特征在于，所述变频器还包括水泵及如权利要求1-9中任一项所述的管带式换热器，且所述管带式换热器通过连接管路和水泵与所述液冷散热器内的冷却液通道连接成循环回路。