CN104406425B - 一种基于热介质流量的管翅式散热器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于热介质流量的管翅式散热器，包括热介质入口、头部连接管、“弓”字形结构的翅片、固定管、运动管等，固定管的两端分别与头部连接管和尾部连接管相连，运动管上下两端通过伸缩段分别与头部连接管和尾部连接管相连，固定管和运动管依次交替排列；伸缩段均由弹性塑胶材料制成，且运动管上伸缩段呈压缩状态；翅片为多个串联的“弓”字形结构，平行排列安装在固定管和运动管之间，且相邻的两个翅片分别与固定管和运动管固定；可以根据热介质（热油或水）的流量大小，实现对翅片分布形式的调节。在高流量的管附近，形成散热系数更高的错列型翅片；而在低流量管附近，保持平直翅片的形式；从而合理减小阻力能耗，提高散热器工作效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种传热装置，尤其涉及一种基于热介质流量的管翅式散热器。
背景技术
管翅式散热器是一种常见的紧凑式散热器，其芯子由扁管与焊接在扁管上的翅片组合而成，因其高效、紧凑、轻巧的特性，被广泛应用为车载水箱和各种油散热器。对这种结构紧凑的管翅式散热器，由于扁管结构相对简单，因此翅片形式对整个散热器的换热与阻力性能起到了关键的决定性作用。常见的翅片形式包括错列式、百叶窗式、波纹式、打孔式、平直式等等。已有研究表明，相对于平直翅片，使用错列翅片可使换热系数更高，但与此同时，阻力系数也会大大增加，从而放大冷却***的整体阻力。由于足量冷却是保证发动机正常工作的一个前提，为了确保稳定，通常会根据工作所需的最大散热需求来选择翅片形式，而且散热器的芯子部分的翅片密度与翅片形式完全一致。而在实际工作中，早已发现散热器的各扁管内，热介质流量完全不同。无论热介质的总流量如何变化，热侧通道的流量分布都是显著不均匀的。这种不均匀是由散热器头部与热介质入口结构决定的，存在于绝大多数管翅式散热器中。在此情形下，对翅片均匀分布的散热器，必然存在换热能力浪费的现象：对通过流量较高的扁管，散热要求相对也比较高，需要采用散热系数更大的翅片；而通过流量极低的扁管，对翅片密度和形式要求更低。统一采用均匀分布的密集翅片，虽然能确保散热，但也会产生多余的阻力能耗。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于热介质流量的管翅式散热器。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于热介质流量的管翅式散热器，其特征在于，包括：热介质入口、头部连接管、热介质出口、尾部连接管、若干个翅片、若干个固定管、若干个运动管；热介质入口与头部连接管相连，热介质出口与尾部连接管相连；固定管和运动管依次交替排列；固定管的两端分别与头部连接管和尾部连接管相连，运动管上端通过运动管上伸缩段与头部连接管相连，运动管下端通过运动管下伸缩段与尾部连接管相连；运动管上伸缩段和运动管下伸缩段均由弹性塑胶材料制成，且运动管上伸缩段呈压缩状态，运动管上伸缩段压缩状态下的两端的距离与自然状态下两端的距离之差为翅片间距d的1/2；
翅片呈多个“弓”字形串联结构，平行排列安装在固定管和运动管之间，且相邻的两个翅片分别与固定管和运动管固定；
热介质通过热介质入口进入到头部连接管，然后被分散进入各固定管和运动管中；运动管上伸缩段在热介质的压力作用下，由压缩状态变为伸展状态，使得运动管带动固定在运动管上的翅片向下移动，运动管上的翅片与相邻的固定于固定管上的翅片错列开来，形成错列型翅片。
进一步地，上述管翅式散热器还包括运动管套管，所述运动管套管套在运动管上伸缩段外侧，且运动管套管上端固定在头部连接管上，下端悬空。
本发明具有如下技术效果：
1.节能性：可根据散热器热侧流量实现翅片形式的改变，在确保换热性能的同时，能较好地控制散热器阻力压差的增长。
2.适用性：这种方法操作简单，可推广应用于多种车用气-液换热的管翅式散热器。
3.便于整体化和模块化设计：该方案在芯子整体的设计和生产上依旧是均匀的，由压力伸缩段根据流量自动调节位置，从而改变翅片形式。因此装配简单，可适用于车用冷却***中上下游散热器的组合匹配优化。
4.该方法使用成本低、加工工艺简单。
附图说明
图1为本发明管翅式散热器在扁管的结构示意图；
图2为翅片的结构示意图；
图3为翅片平行排列的结构示意图；固定于固定管上的翅片与固定于运动管上的翅片卯合为平直翅片；
图4为翅片与固定管和运动管的结构关系示意图；
图5为运动管在尚未发生位移时的三维侧视图；
图6为运动管发生位移时的三维侧视图；
图7为伸缩段发生位移以后，固定于固定管上的翅片与固定于运动管上的翅片的位置关系示意图；
图8为运动管套管的结构示意图；
图9为普通结构中冷器在不同工况下各通道之间的压差曲线图；
图10为普通结构水箱不同热侧通道内的流速分布图；
图中，热介质入口1、头部连接管2、固定管翅片3、运动管翅片4、固定管5、运动管6、运动管上伸缩段7、运动管下伸缩段8、热介质出口9、尾部连接管10、运动管套管11。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明作进一步说明。
根据仿真计算，发现由于散热器头部结构影响，散热器各通道内的流量以及对应的压力有较大差别，图9为普通结构中冷器在不同工况下各通道之间的压差曲线，其中Case9对应热介质流量更大的工况。由图9可见，在热介质总体流量较大的工况下，通道之间压差的差别达几千Pa。即使在流量较小的工况下，压差的差别也接近400Pa。在流量较高的通道内，压力可能达到2000多Pa。对液-气换热的散热器，热侧压强在数量级上达到几万，压强的差别更为显著(图10为普通结构水箱不同热侧通道内的流速分布；将流速与压力进行换算，可以发现不同管之间的压强差也非常显著)。因此，通过压力驱动管子的伸缩，达到调节翅片形式的目的，在确保换热性能的同时，能较好地控制散热器阻力压差的增长。
如图1所示，本发明一种基于热介质流量的管翅式散热器，包括热介质入口1、头部连接管2、翅片3、固定管5、运动管6、热介质出口9、尾部连接管10；热介质入口1与头部连接管2相连，热介质出口9与尾部连接管10相连，固定管5的两端分别与头部连接管2和尾部连接管10相连，运动管6上端通过运动管上伸缩段7与头部连接管2相连，运动管6下端通过运动管下伸缩段8与尾部连接管10相连；固定管5和运动管6依次交替排列。所述固定管5、运动管6均为扁管。
如图2所示，翅片3呈多个“弓”字形串联结构，如图3和4所示，翅片3平行排列，并安装在固定管5和运动管6之间，且相邻的两个翅片3分别与两侧的固定管5和运动管6固定。
如图8所示，管翅式散热器还包括运动管套管11，所述运动管套管11套在运动管上伸缩段7外侧，且运动管套管11上端固定在头部连接管2上，下端悬空。运动管套管11可以防止运动管上伸缩段7在热介质的压力作用下向外凸出。
运动管上伸缩段7和运动管下伸缩段8均由弹性塑胶材料制成，具有一定的弹塑性与刚性。在无热介质的情况下，运动管上伸缩段7呈压缩状态，压缩量(压缩状态下两端的距离与自然状态下两端的距离之差)为翅片间距d的1/2，运动管下伸缩段8保持平直(图5)，当热介质(热油或水)通过入口1进入运动管6中，运动管上伸缩段7在热介质的压力作用下，由原来的压缩状态被拉长，运动管下伸缩段8则微向外凸(图6)，使得运动管6带动固定在运动管6上的翅片3向下移动，运动管6上的翅片3与相邻的固定于固定管上的翅片3错列开来，形成错列型翅片(图7)，由于运动管上伸缩段7压缩状态下的两端的距离与自然状态下两端的距离之差为翅片间距d的1/2，运动管的最大位移为翅片长度的1/2，既达到最大的散热效果。
当套有运动管套管11时，运动管上伸缩段7不会向外凸(图8)，竖直方向上的运动距离更大，效果更佳明显；而使局部换热能力大大提升，实现强化换热。
因此，本发明提出的管翅式散热器，可以根据热介质(热油或水)的流量大小，实现对翅片分布形式的调节。在高流量的管附近，形成散热系数更高的错列型翅片；而在低流量管附近，保持平直翅片的形式；从而合理减小阻力能耗，提高散热器工作效率。
Claims (2)
1.一种基于热介质流量的管翅式散热器，其特征在于，包括：热介质入口（1）、头部连接管（2）、热介质出口（9）、尾部连接管（10）、若干个翅片（3）、若干个固定管（5）、若干个运动管（6）；热介质入口（1）与头部连接管（2）相连，热介质出口（9）与尾部连接管（10）相连；固定管（5）和运动管（6）依次交替排列；固定管（5）的两端分别与头部连接管（2）和尾部连接管（10）相连，运动管（6）上端通过运动管上伸缩段（7）与头部连接管（2）相连，运动管（6）下端通过运动管下伸缩段（8）与尾部连接管（10）相连；运动管上伸缩段（7）和运动管下伸缩段（8）均由弹性塑胶材料制成，且运动管上伸缩段（7）呈压缩状态，运动管上伸缩段（7）压缩状态下的两端的距离与自然状态下两端的距离之差为翅片间距d的1/2；
翅片（3）呈多个“弓”字形串联结构，平行排列安装在固定管（5）和运动管（6）之间，且相邻的两个翅片（3）分别与固定管（5）和运动管（6）固定；
热介质通过热介质入口（1）进入到头部连接管（2），然后被分散进入各固定管（5）和运动管（6）中；运动管上伸缩段（7）在热介质的压力作用下，由压缩状态变为伸展状态，使得运动管（6）带动固定在运动管（6）上的翅片（3）向下移动，运动管（6）上的翅片（3）与相邻的固定于固定管上的翅片（3）错列开来，形成错列型翅片。
2.根据权利要求1所述的一种基于热介质流量的管翅式散热器，其特征在于，还包括运动管套管（11），所述运动管套管（11）套在运动管上伸缩段（7）外侧，且运动管套管（11）上端固定在头部连接管（2）上，下端悬空。
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