車用板翅式/管翅式散熱器的製作方法

2023-09-22 09:59:05 1

專利名稱：車用板翅式/管翅式散熱器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種傳熱方法，尤其涉及一種車用板翅式/管翅式散熱器。
背景技術：
近年來，隨高密度、大功率發動機的出現以及眾多新技術、新系統在汽車上的應 用，車輛散熱環境日趨惡劣，對車用散熱器的體積、重量、工作效率等提出了新的需求。與此 同時，由於世界範圍內的能源與環境問題，節能減排的重要性日益突出。如何根據車輛實際 散熱需求，設計既具備足夠換熱能力，又能最大程度減少阻力能耗的散熱器，是非常具有現 實意義的一個課題。板翅式、管翅式散熱器由於其高效、緊湊、輕巧的特性，在汽車上獲得了非常廣泛 的應用。其中，翅片承擔了至關重要的換熱任務，是影響換熱性能的一個重要因素。多年來 人們研究的目標大量集中在翅片本身的結構、尺寸等參數上，也通過設計新的翅片結構使 散熱器性能得以提高。但是，車用散熱器的性能優化目前還面臨如下問題1. 經過幾十年的研究，目前對翅片結構的設計幾乎已進入瓶頸狀態，翅片換熱能力 的進一步提升往往伴隨著大量阻力能耗作為代價。2.由於加工工藝、使用環境、結構強度等因素限制，車用散熱器的結構型式不能 有根本性改動。強化傳熱領域常用的一些技術如沸騰換熱、電磁強化換熱等在車用換熱器 上難以實現。3. 車用散熱器與發動機工作性能、節能減排都有密切關係，過熱或過冷都會對 發動機產生負面影響。而目前常見的同時加強整個芯部換熱能力的方法比較容易導致過冷 現象發生，不必要的散熱能力引起阻力能耗浪費。4. 生產成本是車用換熱器研發需要考慮的一個重要因素，應儘可能利用已有的 生產資源實現散熱器性能的提高。因此，在已有翅片型式的基礎上，需要謀求新的解決方案，以協調散熱器阻力能耗 與換熱能力之間的矛盾，滿足發動機冷卻的實際需求。在已有研究中發現，由於散熱器內部冷熱介質的流動速度、溫度分布並不均勻，導 致散熱器芯子出現換熱強度嚴重不均的現象。某些區域冷熱溫差較大，且介質流量也相對 較高，加強這一區域的換熱強度，可輕易實現整體散熱器換熱能力的提升；而某些區域冷熱 溫差較小，介質流量低，即便強化這些區域的換熱，也未必能達到更好的換熱效果，反而會 導致流動阻力的急劇提升。因此，本發明提出翅片局部強化的強化傳熱方法，尋找散熱器中 換熱需求較高的關鍵換熱區域，通過強化局部區域的翅片型式，在以較小阻力為代價的前 提下，有效提升散熱器的工作性能。

發明內容
本發明的目的在於針對現有技術的不足，提供一種車用板翅式/管翅式散熱器。本發明的目的是通過以下技術方案來實現的一種車用板翅式/管翅式散熱器，它包括熱介質入口、上氣室、下氣室、熱介質出口、若干冷卻空氣通道和若干熱介質通道； 冷卻空氣通道和熱介質通道依次交替排列，冷卻空氣通道和熱介質通道上下端分別為上氣 室和下氣室，熱介質通道兩端分別與上氣室和下氣室相通，熱介質入口位於上氣室上，熱介 質出口位於下氣室上。冷卻空氣通道和熱介質通道內均含有散熱翅片，且每個通道內的散 熱翅片均由密換熱翅片部分和疏換熱翅片部分組成，密換熱翅片部分和疏換熱翅片部分之 間為分割點，各分割點上溫度均為散熱器平均溫度，各通道內的散熱翅片的分割點組成翅 片區域分割線。本發明具有如下技術效果1.節能性可根據散熱器的實際工作狀況選擇翅片加密的區域，以及翅片加密的程度， 能較好地控制散熱器阻力壓差的增長，同時實現換熱能力的有效提升。2.適用性在對散熱器進行改良設計時，可通過逐步加密翅片，或逐步增大高效翅 片區域的方法，找到阻力壓差與換熱性能的最佳匹配點，滿足多種不同的散熱需求。3.便於整體化和模塊化設計採用局部翅片強化的方法，不僅能獲得更高的工 作效率，避免過冷現象出現，還可調節散熱器下遊的溫度分布。根據上下遊散熱器的位置、 結構和換熱需求等設計翅片配置方案，能實現車用冷卻系統中上下遊散熱器的組合匹配優 化。4.該方法使用成本低、加工工藝簡單。


圖1為應用本發明所述強化傳熱方法的車用散熱器正視圖； 圖2為仿真計算所獲得的中冷器內部溫度分布示意圖；圖中，熱介質入口 1、上氣室2、冷卻空氣通道3、熱介質通道4、下氣室6、熱介質出口 7。
具體實施例方式本發明針對散熱器實際工作狀況，通過設計翅片的不同布置方案，使芯子換熱能 力得以提升，同時仍將阻力能耗控制在一定的範圍內。根據對散熱器的仿真計算和理論分 析發現，當冷熱流體溫差場趨向均勻時，能更有效地強化換熱。在散熱器的實際工作過程 中，由於熱介質分布不均勻，散熱器芯部的換熱強度並不均衡，部分區域的換熱已完全飽 和，而部分區域的換熱強度卻比較低。通過將散熱器芯子部分劃分為高溫區域和低溫區域， 當原有散熱器的換熱能力無法滿足實際需求時，採用局部換熱強化的思想，對不同區域配 置疏密不同或型式不同的換熱翅片，能在較小阻力代價的同時實現換熱性能的較大提升。如圖1所示，本發明車用板翅式/管翅式散熱器包括熱介質入口 1、上氣室2、下 氣室6、熱介質出口 7、若干冷卻空氣通道3和若干熱介質通道4。冷卻空氣通道3和熱介質 通道4依次交替排列，冷卻空氣通道3和熱介質通道4上下端分別為上氣室2和下氣室6， 熱介質通道4兩端分別與上氣室2和下氣室6相通，熱介質入口 1位於上氣室2上，熱介質 出口 7位於下氣室6上。冷卻空氣通道3和熱介質通道4內均含有散熱翅片。熱介質從熱 介質入口 1進入上氣室2，經過熱介質通道4被冷卻後，由下氣室6、熱介質出口 7流出。冷 卻風垂直於熱介質流動方向，通過冷卻空氣通道3對熱介質進行冷卻換熱。因此，本發明冷卻空氣通道3和熱介質通道4內均含有散熱翅片，且每個通道內的散熱翅片均由密換熱翅片部分和疏換熱翅片部分組成，密換熱翅片部分和疏換熱翅片部分 之間為分割點，各分割點上溫度均為散熱器平均溫度，各通道內的散熱翅片的分割點組成 翅片區域分割線5。如圖2所示，首先通過實驗、計算仿真等方法估算芯部區域的溫度分布。高速熱介 質從熱介質入口 1、上氣室2進入散熱器後，主要分為三股，散熱器兩側以及散熱器正中間 通道流量較高，因此這些區域溫度和換熱強度也相對較高，溫度分布呈M型。圖2中可見散 熱器內部溫度分布狀況。翅片區域分割線5的確定方式如下利用仿真計算的方法估算散熱器平面溫度， 也可採用實驗測量方法對散熱器同一平面上的溫度進行布點測量，以溫度等值線為基礎， 取散熱器內部溫度的均值。如圖2所示，熱介質入口溫度為431，散熱器平面上最低溫度 為296K，取均值36 ，沿36 溫度等值線的形態，畫出大致的形狀，確定翅片區域分割線 5。考慮到加工方便和使用需求，翅片區域分割線5並不需要與溫度等值曲線完全吻合，只 要基本形狀與位置一致即可。將翅片區域分割線5上方定義為高溫、高效換熱區域；下方定 義為低溫、低效換熱區域。加密高溫區域內冷卻空氣通道3中的換熱翅片，或加密低溫區 域內熱介質通道4中的換熱翅片，實現強化換熱的效果，同時內外側通道的阻力壓差仍能 控制在適當的範圍。本發明對車用水箱、中冷器、油冷器等均可使用。只需通過前期分析確定翅片區域 分割線5，在不同區域裝配不同翅片即可完成，不影響散熱器的整體工作環境和結構強度， 並且加工維護操作簡單。可根據散熱器的實際工作狀況，確定散熱器內部溫度的均值，從而得到翅片區域 分割線5，能較好地控制散熱器阻力壓差的增長，同時實現換熱能力的有效提升。本發明通 過找到阻力壓差與換熱性能的最佳匹配點，滿足多種不同的散熱需求。本發明採用局部翅 片強化的方法，不僅能獲得更高的工作效率，避免過冷現象出現，還可調節散熱器下遊的溫 度分布。根據上下遊散熱器的位置、結構和換熱需求等設計翅片配置方案，能實現車用冷卻 系統中上下遊散熱器的組合匹配優化。
權利要求
1. 一種車用板翅式/管翅式散熱器，其特徵在於，它包括熱介質入口(1)、上氣室(2)、下氣室(6)、熱介質出口(7)、若干冷卻空氣通道(3)和若干熱介質通道(4)等；其中，所 述冷卻空氣通道(3 )和熱介質通道(4 )依次交替排列，冷卻空氣通道(3 )和熱介質通道(4 ) 上下端分別為上氣室(2)和下氣室(6)，熱介質通道(4)兩端分別與上氣室(2)和下氣室(6) 相通，熱介質入口(1)位於上氣室(2)上，熱介質出口(7)位於下氣室(6)上；冷卻空氣通道(3)和熱介質通道(4)內均含有散熱翅片，且每個通道內的散熱翅片均由密換熱翅片部分和 疏換熱翅片部分組成，密換熱翅片部分和疏換熱翅片部分之間為分割點，各分割點上溫度 均為散熱器平均溫度，各通道內的散熱翅片的分割點組成翅片區域分割線(5)。
全文摘要
本發明公開了一種車用板翅式/管翅式散熱器，本發明根據散熱器芯子部分的溫度等值線形態，將芯子劃分為高溫區域和低溫區域，當原有散熱器的換熱能力無法滿足實際需求時，採用局部換熱強化的方法，對不同區域配置疏密不同或型式不同的換熱翅片。如將高溫區的冷側翅片進行加密，或者將低溫區的熱側翅片進行加密，能在較小阻力代價的同時實現換熱性能的較大提升。
文檔編號F28D1/04GK102052861SQ20101059085
公開日2011年5月11日 申請日期2010年12月16日 優先權日2010年12月16日
發明者俞小莉, 呂鋒, 陸國棟, 黃鈺期 申請人:浙江大學