CN104863690A - 一种发动机用冷却器及其换热单元的数量计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发动机用冷却器及其换热单元的数量计算方法，包括被冷却流体进口、冷却液出口、多个换热单元、冷却器壳体、被冷却流体出口和冷却液进口；冷却器壳体为长方体结构；被冷却流体进口和被冷却流体出口设置于冷却器壳体左右两端；冷却液出口和冷却液进口设置于冷却器壳体上；换热单元固定设置于冷却器壳体内，为两端开口的中空长板状结构，板面平行于冷却器壳体的上下表面，一端与被冷却流体进口连接，另一端与被冷却流体出口连接；换热单元包括换热单元壳体和多个换热单元翼片；换热单元翼片为波浪型的长板状，两条长侧边固定于换热单元壳体的上、下板面上。本发明换热效率高、结构简单、生产工艺简单可节约生产成本和开发成本。

Description

一种发动机用冷却器及其换热单元的数量计算方法

技术领域

本发明涉及一种冷却器，具体涉及一种发动机用冷却器及其换热单元的数量计算方法。

背景技术

在发动机上需要用到冷却器的地方很多，比如废气再循环中冷、进气中冷等等；由于发动机结构越来越紧凑，给中冷器所预留的空间越来越小，需要提高冷却效率，充分利用现有的空间；现有的冷却器冷却效率不够，而且根据不同的冷却需求，需要开发相应规格的冷却器，导致开发成本和生产成本相对较高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种冷却效率高、成本低、生产工艺简单的发动机用冷却器及其换热单元数计算方法。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是，一种发动机用冷却器：包括被冷却流体进口、冷却液出口、多个换热单元、冷却器壳体、被冷却流体出口和冷却液进口；所述冷却器壳体为长方体结构；所述被冷却流体进口和被冷却流体出口分别设置于冷却器壳体左、右两端；所述冷却液出口和冷却液进口设置于冷却器壳体上；

所述换热单元固定设置于冷却器壳体内，为两端开口的中空长板状结构，板面平行于冷却器壳体的上、下表面，一端开口与被冷却流体进口连接，另一端开口与被冷却流体出口连接；

所述换热单元包括换热单元壳体和多个换热单元翼片；换热单元翼片为波浪型的长板状，两条长侧边分别固定于换热单元壳体的上、下板面；所述多个换热单元翼片规则地、等间距地排布于换热单元壳体内。

作为优选，所述冷却液进口和冷却液出口还通过冷却液旁通管连接，冷却液旁通管上还安装有冷却液旁通阀。

作为优选，所述冷却液进口和冷却液出口分别设置于冷却器壳体的对角线两端位置。

作为优选，所述冷却液进口设置于靠近被冷却流体出口的一端，冷却液出口设置于靠近被冷却流体进口的一端。

作为优选，所述换热单元通过分流器与被冷却流体进口连接，通过集流器与被冷却流体出口连接。

作为优选，所述换热单元翼片的波浪形由相同半径的半圆弧交替连接组成。

一种发动机用冷却器的换热单元的数量计算方法，包括如下步骤：

第一步：计算出总换热量q；

$q=\stackrel{\·}{m}{\∫}_{T1}^{T2}{C}_{p}dT$

式中：为被冷却流体质量流量，C_p为定压比热，T₁为目标冷却温度，T₂为被冷却流体进口温度，q为总换热量，T为换热温度；

第二步：计算出总换热面积S1；

$S_1=\frac{qu}{k_x\mathrm{\Δ}tm}$

式中：u为裕度系数，u＝1.05-1.18；Δtm为对数平均温差；k_x总热传导系数，根据冷却液和被冷却流体的材料取值，水-水、水-蒸汽：3000-5000，机油或液压油-水：400-1000，机油-机油：200-500；

第三步：总换热面积S₁除以换热单元与被冷却流体的接触面积S₂，得到换热单元的数量n，当n不为整数时直接用收尾法取整数；其中换热单元与被冷却流体的接触面积S₂为所有换热单元翼片表面积与换热单元壳体内表面积之和。

本发明的有益效果是：

(1)本发明换热单元翼片呈波浪形，增大了热换面积，提高了换热效率；

(2)本发明可根据实际需要设置换热单元的数量，因此可以较简单的方式形成多规格的冷却器，节约开发成本和生产成本；

(3)本发明换热单元之间可直接形成冷却液通道，因此无需单独设计冷却液通道，简化了生产工艺。

附图说明

图1是冷却器结构示意图。

图2是热换单元俯视图。

图3是热换单元侧视图。

图中：1-被冷却流体进口，2-冷却液出口，3-换热单元，3a-热换单元壳体，3b-热换单元翼片，3c-被冷却流体，4-冷却器壳体，5-冷却液，6-被冷却流体出口，7-冷却液进口，8-冷却液旁通管，9-旁通阀，10-分流器，11-集流器。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施例对本发明作进一步说明。

具体实施例

如图1、2、3所示，一种发动机用冷却器，包括被冷却流体进口1、冷却液出口2、多个换热单元3、冷却器壳体4、被冷却流体出口6和冷却液进口7；冷却器壳体4为长方体结构；被冷却流体进口1和被冷却流体出口6分别设置于冷却器壳体4左、右两端；冷却液出口2和冷却液进口7设置于冷却器壳体4上；

换热单元3固定设置于冷却器壳体4内，为两端开口的中空长板状结构，板面平行于冷却器壳体4的上、下表面，一端开口与被冷却流体进口1连接，另一端开口与被冷却流体出口6连接；

换热单元3包括换热单元壳体3a和多个换热单元翼片3b；换热单元翼片3b为波浪型的长板状，两条长侧边分别固定于换热单元壳体3a的上、下板面；所述多个换热单元翼片3b规则地、等间距地排布于换热单元壳体3a内。

冷却器壳体4为长方体，这种结构可以在有效的空间内，设置多个换热单元3，最大程度的提高换热效率；换热单元3为长板状结构，这种结构设计可以提高换热效率；换热单元翼片3b两条长侧边分别固定于换热单元壳体3a的上、下板面上，换热单元翼片3b与换热单元壳体3a的接触面积更大，可以有效的提高换热效率。

所述冷却液进口7和冷却液出口2通过冷却液旁通管8连接，冷却液旁通管8上还安装有冷却液旁通阀9；当被冷却流体3c的温度低于预期的目标温度时，冷却液旁通阀9打开，让部分的冷却液5直接由冷却液进口7流至冷却液出口2，减少流经冷却器体本体4的冷却液5流量，实现主动控制被冷却流体3c温度的目的。

所述冷却液进口7和冷却液出口2分别设置于冷却器壳体4的对角线两端位置；所述冷却液进口7设置于靠近被冷却流体出口6的一端，冷却液出口2设置于靠近被冷却流体进口1的一端，可以充分利用冷却液5，提高冷却效率。

所述换热单元3通过分流器10与被冷却流体进口1连接，通过集流器11与被冷却流体出口6连接；这种结构设计可以方便换热单元3之间的连接，而且换热单元3两端面间相互焊接后，可以更加方便的形成冷却液5通道；被冷却流体3c通过被冷却流体进口1后可以更加方便的分配进入换热单元3内的被冷却流体3c量；设置集流器能够更加方便的使被冷却流体3c在被冷却流体出口6处汇集。

所述换热单元翼片3a的波浪形由相同半径的半圆弧交替连接组成，这种结构设计可以使得换热单元3的换热效率更高。

发动机用冷却器的换热单元的数量计算方法如下：

第一步：计算总换热量q：

$q=\stackrel{\·}{m}{\∫}_{T1}^{T2}{C}_{p}dT$

式中：为被冷却流体质量流量，C_p为定压比热，T₁为目标冷却温度，T₂为被冷却流体进口温度，q为总换热量，T为换热温度；

第二步：计算出总换热面积S₁；

$S_1=\frac{qu}{k_x\mathrm{\Δ}tm}$

式中：u为裕度系数，u＝1.05-1.18；Δtm为对数平均温差；k_x总热传导系数，根据冷却液和被冷却流体的类型取值，水-水、水-蒸汽：3000-5000，机油或液压油-水：400-1000，机油-机油：200-500；

第三步：总换热面积S₁除以换热单元3与被冷却流体的接触面积S₂，得到换热单元3的数量n，当n不为整数时直接用收尾法取整数；其中换热单元3与被冷却流体的接触面积S₂为所有换热单元翼片3b表面积与换热单元壳体3a内表面积之和。

通过计算可以根据实际需要，更加精确的得出需要的换热单元3数量，避免不必要的浪费，同时也可以节约冷却器所占空间，满足实际需要；根据需要准确计算换热单元3的数量，可以简化生产工艺，不同规格的冷却器只需要改变换热单元3的数量即可。

使用时，冷却液5通过冷却液进口7流入到换热单元3与冷却器壳体4组成的封闭空间内；被冷却流体3c通过被冷却流体进口1流入到冷却器壳体4端部，并通过分流器10分别流入各个换热单元3内部，被冷却流体3c通过换热单元翼片3b把部分热量传递给换热单元壳体3a，被冷却流体3c也直接传递部分热量给换热单元壳体3a，换热单元壳体3a把吸收的热量传递给换热单元3外的冷却液5，冷却液5由冷却液出口2流出，把热量带出冷却器；释放了热量的被冷却流体3c，通过集流器11在被冷却流体出口6流出，冷却过程完成。

设置换热单元翼片3b提高了被冷却流体3c与换热单元3间的接触面积，提高了换热效率；通过换热单元3数量的计算方法可以根据实际情况，精确的计算所需换热单元3的数量，可以避免不必要的浪费。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种发动机用冷却器，其特征在于：包括被冷却流体进口(1)、冷却液出口(2)、多个换热单元(3)、冷却器壳体(4)、被冷却流体出口(6)和冷却液进口(7)；所述冷却器壳体(4)为长方体结构；所述被冷却流体进口(1)和被冷却流体出口(6)分别设置于冷却器壳体(4)左、右两端；所述冷却液出口(2)和冷却液进口(7)设置于冷却器壳体(4)上；

所述换热单元(3)固定设置于冷却器壳体(4)内，为两端开口的中空长板状结构，板面平行于冷却器壳体(4)的上、下表面，一端开口与被冷却流体进口(1)连接，另一端开口与被冷却流体出口(6)连接；

所述换热单元(3)包括换热单元壳体(3a)和多个换热单元翼片(3b)；换热单元翼片(3b)为波浪型的长板状，两条长侧边分别固定于换热单元壳体(3a)的上、下板面；所述多个换热单元翼片(3b)规则地、等间距地排布于换热单元壳体(3a)内。

2.根据权利要求1所述一种发动机用冷却器，其特征在于：所述冷却液进口(7)和冷却液出口(2)还通过冷却液旁通管(8)连接，冷却液旁通管(8)上还安装有冷却液旁通阀(9)。

3.根据权利要求1所述一种发动机用冷却器，其特征在于：所述冷却液进口(7)和冷却液出口(2)分别设置于冷却器壳体(4)的对角线两端位置。

4.根据权利要求3所述一种发动机用冷却器，其特征在于：所述冷却液进口(7)设置于靠近被冷却流体出口(6)的一端，冷却液出口(2)设置于靠近被冷却流体进口(1)的一端。

5.根据权利要求1所述一种发动机用冷却器，其特征在于：所述换热单元(3)通过分流器(10)与被冷却流体进口(1)连接，通过集流器(11)与被冷却流体出口(6)连接。

6.根据权利要求1所述一种发动机用冷却器，其特征在于：所述换热单元翼片(3a)的波浪形由相同半径的半圆弧交替连接组成。

7.一种如权利要求1-6任一项所述发动机用冷却器的换热单元的数量计算方法，其特征在于，包括如下步骤：

第一步：计算出总换热量q；

$q=\stackrel{\·}{m}{\∫}_{T1}^{T2}{C}_p\mathrm{dT}$

式中：为被冷却流体质量流量，C_p为定压比热，T₁为目标冷却温度，T₂为被冷却流体进口温度，q为总换热量，T为换热温度；

第二步：计算出总换热面积S₁；

$S_1=\frac{\mathrm{qu}}{k_X\mathrm{\Δtm}}$

式中：u为裕度系数，u＝1.05-1.18；Δtm为对数平均温差；k_x总热传导系数，根据冷却液和被冷却流体的类型取值，水-水、水-蒸汽：3000-5000，机油或液压油-水：400-1000，机油-机油：200-500；

第三步：总换热面积S₁除以换热单元(3)与被冷却流体的接触面积S₂，得到换热单元(3)的数量n，当n不为整数时直接用收尾法取整数；其中换热单元(3)与被冷却流体的接触面积S₂为所有换热单元翼片(3b)表面积与换热单元壳体(3a)内表面积之和。