專利名稱：一種水空中冷器的冷卻芯子的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種用于車輛發(fā)動機增壓空氣冷卻的水空中冷器，尤其是適合滿 足車輛歐V和歐VI排放法規(guī)的高溫高壓水空中冷器產(chǎn)品。
背景技術：
隨著車輛環(huán)保法規(guī)的日益嚴格，尤其是歐V和歐VI排放法規(guī)的逐步實施，要求燃 料在發(fā)動機中更好燃燒，以減少CO，CH和NOx的排放。同時由于更高EGR率技術采用與更 高工作環(huán)境溫度要求等，也都要求發(fā)動機燃燒需要更多的空氣和更低的進氣溫度。而傳統(tǒng) 的空空中冷器為鋁材質的管帶結構，采用空氣與增壓后的高溫空氣進行熱交換，存在著一 些不足之處。比如，空氣與空氣冷卻，由于空氣側傳熱系數(shù)比較低，而空氣的比熱容比較小， 導致空空中冷器的體積相對體積比較大；另一方面，傳統(tǒng)空空中冷器與水箱散熱器等組合 成冷卻模塊，導致冷卻模塊空氣側阻力比較大，需要耗功比較大風扇來克服空氣側系統(tǒng)阻 力實現(xiàn)冷卻，這又與目前車輛冷卻系統(tǒng)向輕量化，緊湊化方向發(fā)展相矛盾。另外從可靠性的 角度看，隨著排放法規(guī)的提高，中冷器的內(nèi)側進口空氣的溫度逐漸升高，目前增壓空氣溫度 已經(jīng)要求達到200C 220C，這將對目前采用鋁釬焊空空中冷器提出了嚴重的挑戰(zhàn)，在高達 200 220C的環(huán)境溫度下，已經(jīng)達到了鋁材的蠕變溫度，導致空空中冷器的可靠性嚴重降 低，必須尋找更加耐高溫的鋁材或其他材料的替代產(chǎn)品。同時，更為重要的是，隨著發(fā)動機 向大功率方向發(fā)展，發(fā)動機艙內(nèi)各種換熱器元件的布置更加緊湊，對各種換熱器要求也更 加高效。為此，近年來，不少車輛或發(fā)動機上開始采用高低溫雙水路冷卻系統(tǒng)。該冷卻系統(tǒng) 包含兩個獨立水泵和兩個獨立的水箱。一個水箱散熱器單獨對發(fā)動機缸套冷卻，形成獨立 高溫水系統(tǒng)；另一個水箱散熱器，放置在高溫水箱前面，和一個單獨的水泵對增壓空氣、EGR 等進行冷卻，以獲得更低發(fā)動機進氣溫度。根據(jù)新冷卻系統(tǒng)的布置，由水空中冷器代替空空中冷器，可以使增壓中冷器做到 更加緊湊高效，并且在布置方式更加接近發(fā)動機的進氣歧管，有利于發(fā)動機快速啟動，并 迅速達到滿足排放要求的燃燒狀態(tài)?，F(xiàn)有的水空中冷器，其芯子由頂板、底板、進液室、出液室、以及交替設置的氣體通 道和液體通道構成，所述的進液室上設有進液管，出液室上設有出液管；所述的氣體通道由 上下兩層隔板和兩端的短封條圍成，兩側與進氣室和出氣室導通；所述的液體通道由上下 兩層隔板和兩側的長封條圍成，兩端與進液室和出液室導通；所述的氣體通道和液體通道 內(nèi)設有百葉窗翅片。由于芯子的頂部和底部不參與熱交換，故芯子的溫度較高，只能采用不 銹鋼材料，因而產(chǎn)品體積大，重量重。它的另一個缺陷是冷卻液側因流量低而采用多流程 布置方式，使整個液體側流道布置和進出口腔室結構布置和加工工藝復雜，可靠性低。發(fā)明內(nèi)容本實用新型要解決的是現(xiàn)有技術存在的上述缺陷，旨在提供一種采用鋁材質的封 條式水空中冷器，該產(chǎn)品空氣側采百葉窗翅片，冷卻液體側采用更加高效強化傳熱的鋸齒型翅片，在冷卻液側可使用單流程或雙流程的結構形式，尤其是適合于汽車在高低溫水路 的冷卻系統(tǒng)中，低水流量的水空中冷器產(chǎn)品。本發(fā)明的目的之一，在于提供一種替代目前鋁材質空空中冷器因高溫蠕變導致可 能性能和使用壽命大大降低的產(chǎn)品，又能適應目前汽車零部件輕量化的方向發(fā)展趨勢。本發(fā)明的目的之一，在于提供一種滿足于低流量下的水空中冷器產(chǎn)品，該產(chǎn)品不 僅在空氣側采用了高效緊湊的百葉窗翅片，而且在冷卻液側也采用了高效緊湊的鋸齒形翅 片。并且，該產(chǎn)品在結構上更加緊湊，可以很方便的布置發(fā)動機上，與進氣歧管相連接，可以 減少對由耐高溫材料制成的進氣連接管路的需求，實現(xiàn)發(fā)動機空氣進氣系統(tǒng)成本的降低。為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是一種水空中冷器的冷卻芯子，包括進 液室、出液室、以及交替設置的氣體通道和液體通道，所述的進液室上設有進液管，出液室 上設有出液管；所述的氣體通道由上下兩層隔板和兩端的短封條圍成，兩側與進氣室和出 氣室導通；所述的液體通道由上下兩層隔板和兩側的長封條圍成，兩端與進液室和出液室 導通；其特征在于所述的氣體通道內(nèi)設有百葉窗翅片，所述的液體通道內(nèi)設有鋸齒形紊流 片，并且芯子的底部和頂部均設有液體通道。本實用新型的顯著特點是液體側通道數(shù)比空氣側通道數(shù)多一個，以保證空氣側腔 室與芯子焊接部位具有較低溫度。主要原因在于冷側具有更高的傳熱系數(shù)和較小的傳熱熱 阻，進而導致整個換熱器金屬材料的壁面溫度，稍高或接近冷卻液側液體的溫度，進而實現(xiàn) 了鋁材質焊接部位的表面不會產(chǎn)生過高的溫度，使整個產(chǎn)品的焊接部位的機械強度得到提 高。另外一個原因是，在整個液體側進口端面，上下兩個底板的溫度與中心短封條的溫度差 異不明顯，有效的降低熱應力，提高產(chǎn)品的疲勞強度。本實用新型的另一個顯著特點是冷側液體通道采用高效傳熱的鋸齒型翅片。冷卻 液在鋸齒型翅片內(nèi)流動，流體的流動邊界層和熱邊界層得到周期性的中斷，流體的流動處 于強烈的紊流狀態(tài)，大大的強化了水側傳熱性能。從而克服了傳統(tǒng)水空中冷器冷側因采用 平直翅片，在冷卻液流量工況時，冷側換熱系數(shù)低而導致多流程設計帶來的各種風險。本實用新型的另一個顯著特點是所述的液體側采用單流程或雙流程，進液管和出 液管的布置可以根據(jù)實際產(chǎn)品在車輛工作環(huán)境需要，布置在上下腔室的適當位置上。進液 管和出液管可以布置在同一端，冷卻液側為雙流程回路；或者進液管和出液管分別在上下 腔室上，整個水側流程為單流程設計。以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明。


圖1為本發(fā)明水空中冷器芯子冷側雙流程實施方式的結構爆炸示意圖。圖2為圖IA向的結構示意圖。圖3為
圖1拿掉下腔室后的B向的結構示意圖。圖4為本發(fā)明水空中冷器芯子冷側單流程實施方式的結構示意圖。
具體實施方式
參照
圖1，本實用新型的水空中冷器的冷卻芯子1為封條式結構，包括進液室16、 出液室17、以及交替設置的氣體通道8和液體通道7，所述的進液室16上設有進液管2，出液室17上設有出液管14。冷側液體通道7和熱側增壓空氣通道8的具體排布方式是首先第一排為液體通 道7，其次為增壓空氣通道8，然后根據(jù)設計要求依次排布，但最后一排通道仍為液體通道 7。也即是說，在整個芯子1中，液體通道7位于芯子頂部和底部，中間是空氣通道8和液體 通道7交替排列。在本實施例中，液體側為雙流程結構，芯子兩端分別設有上腔室4和下腔室6，上 腔室4中間設有橫隔板3將上腔室4分隔成進液室16和出液室17，下腔室6為一整體結 構，無橫隔板，作為液體的回轉通道。冷卻液體從進液管2進入進液室16，再經(jīng)過液體通道7進入下腔室6，并且液體在 腔室6中改變流動方向，再從腔室6經(jīng)過液體通道7流回出液室17，最后從出液管14流出。 通過本實施方案可以實現(xiàn)雙流程的增壓中冷器設計。參照圖2，所述的氣體通道8由上下兩層隔板11和兩端的短封條9圍成，兩側與 進氣室和出氣室導通(圖中未顯示)，所述的氣體通道8內(nèi)設有百葉窗翅片15。其中，短封 條9的高度與空氣側翅片15的高度相同，一般為6 9mm ；其長度等于整個芯子的厚度，一 般為60 200mm。芯子的厚度根據(jù)設計要求，進行調(diào)整。特別需要說明的是，對與本發(fā)明而 言，對換熱性能影響最為顯著的因素是空氣側翅片的結構形式，為實現(xiàn)強化傳熱，本發(fā)明在 空氣側采用的是百葉窗翅片?？諝庠诎偃~窗翅片間流動，因百葉窗翅片的周期性的中斷和 開窗具有一定角度，極大的提高了空氣側翅片的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，實現(xiàn)整個芯子的緊湊性。圖 中箭頭C為空氣的流向。參照圖3，所述的液體通道7由上下兩層隔板11和兩側的長封條10通過釬焊工 藝形成圍成，兩端與進液室16和出液室17導通；所述的液體通道7內(nèi)設有鋸齒形紊流片 13。其中長封條的截面寬度為2 5mm ；高度與通道內(nèi)部穩(wěn)流片13具有相同的高度，一般 為1. 5 3. 5mm ；中間穩(wěn)流片13是采用鋸齒形翅片又稱錯齒形翅片，以提高冷卻液體在通 道的湍流程度，破壞流動和熱邊界層的增長，實現(xiàn)強化傳熱的目的。通道上下隔板為11長 度與長封條10的長度相同也即是整個芯子的長度，可以根據(jù)設計需要進行調(diào)整，一般的范 圍200 600mm。隔板11的厚度一般為0. 3 0. 6mm。同時，特別說明是，位于芯子頂部和 底部的兩個液體通道7的上下隔板12參見圖2厚度比中間隔板的厚度大，一般為2 3mm， 以提高可靠性。此外，在制造過程中，芯子1中各部件，包括長封條10，短封條9，液體通道內(nèi)穩(wěn)流 翅片13，中間隔板11，空氣側通道內(nèi)百葉窗翅片15等是通過釬焊工藝一次性完成各部件的 工藝裝配。釬焊后的芯子1再與腔室4和6進行焊接。為實現(xiàn)整個增壓中冷器的高效換熱和緊湊性，液體側通道的高度與空氣側通道高 度比例，推薦一般為1 2.5 1 4。參照圖4，本實用新型的另一實施方式，與前一實施方式不同之處在于芯子兩端分 別設有進液室16和出液室17。其余結構與前一實施方式相同。冷卻液體從芯子一端的進 液管2進入進液室16，再經(jīng)過液體通道7進入芯子另一端的出液室17，最后從出液管14流 出，從而實現(xiàn)單流程設計。應該理解到的是上述實施例只是對本實用新型的說明，而不是對本實用新型的 限制，任何不超出本實用新型實質精神范圍內(nèi)的發(fā)明創(chuàng)造，均落入本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
權利要求1.一種水空中冷器的冷卻芯子，包括進液室(16)、出液室(17)、以及交替設置的氣體 通道⑶和液體通道(7)，所述的進液室(16)上設有進液管0)，出液室(17)上設有出液 管(14)；所述的氣體通道(8)由上下兩層隔板(11)和兩端的短封條(9)圍成，兩側與進氣 室和出氣室導通；所述的液體通道(7)由上下兩層隔板(11)和兩側的長封條(10)圍成，兩 端與進液室(16)和出液室(17)導通；其特征在于所述的氣體通道(8)內(nèi)設有百葉窗翅片 (15)，所述的液體通道(7)內(nèi)設有鋸齒形紊流片(13)，并且芯子的底部和頂部均設有液體 通道。
2.如權利要求1所述的水空中冷器的冷卻芯子，其特征在于液體側通道的高度與空氣 側通道高度比例為1 2.5 1 4。
3.如權利要求1所述的水空中冷器的冷卻芯子，其特征在于所述的液體側采用單流程 或雙流程。
4.如權利要求3所述的水空中冷器的冷卻芯子，其特征在于所述的液體側采用雙流 程，芯子兩端分別設有上腔室(4)和下腔室(6)，上腔室中間設有橫隔板( 將上腔室 ⑷分隔成進液室(16)和出液室(17)，下腔室(6)作為液體的回轉通道。
5.如權利要求3所述的水空中冷器的冷卻芯子，其特征在于所述的液體側采用單流 程，芯子兩端分別設有進液室(16)和出液室(17)。
專利摘要本實用新型公開了一種水空中冷器的冷卻芯子，包括進液室、出液室、以及交替設置的氣體通道和液體通道，所述的進液室上設有進液管，出液室上設有出液管；所述的氣體通道由上下兩層隔板和兩端的短封條圍成，兩側與進氣室和出氣室導通；所述的液體通道由上下兩層隔板和兩側的長封條圍成，兩端與進液室和出液室導通；其特征在于所述的氣體通道內(nèi)設有百葉窗翅片，所述的液體通道內(nèi)設有鋸齒形紊流片，并且芯子的底部和頂部均設有液體通道。本實用新型芯子焊接部位溫度較低，紊流效果好，傳熱性能強。
文檔編號F28F3/08GK201835912SQ20102051168
公開日2011年5月18日 申請日期2010年8月31日 優(yōu)先權日2010年8月31日
發(fā)明者劉浩, 孫興國, 范正銀, 董軍啟, 陳啟安 申請人:浙江銀輪機械股份有限公司