具有梯形结构的波纹翅片液压油冷却器转让专利
申请号 : CN200710042887.0
文献号 : CN100582500C
文献日 : 2010-01-20
发明人 : 董军启 , 陈江平 , 叶奇昉 , 陈芝久
申请人 : 上海交通大学
摘要 :
一种制冷技术领域的具有梯形结构的波纹翅片油冷却器，包括：进口油腔室、波纹翅片、出口油管、短封条、长封条、中间隔板、锯齿紊流翅片、底面隔板、进口油管、出口油腔室，其中：所述波纹翅片具有梯形结构形式，其在与空气流动垂直方向上切面为矩形，在空气流动长度方向上，翅片切面为周期性变化的梯形结构形式，其梯形结构中梯形的下底面与上底面的比值为4.5～5.5，梯形的高度为1.5mm。本发明在阻力增加不大的情况下，明显提高换热器的功率，有效的减小换热器的重量和尺寸。
权利要求 :
1.一种具有梯形结构的波纹翅片液压油冷却器，包括：进口油腔室、波纹翅片、出口油管、短封条、长封条、中间隔板、锯齿紊流翅片、底面隔板、进口油管、出口油腔室，底面隔板设置在最底部，波纹翅片设置在底面隔板上，在底面隔板两端设置短封条，以形成气侧通道，中间隔板设置在波纹翅片上，长封条设置在中间隔板上并与中间隔板平行，在长封条之间设置锯齿型紊流翅片，以形成油侧通道，空气侧通道和油侧通道组成油冷却器的芯子，芯子与进口油腔室和出口油腔室相连，在进出口油腔室上开设圆孔，并在圆孔上设有进口油管和出口油管，其特征在于，所述波纹翅片，具有梯形结构形式，其在与空气流动垂直方向上切面为矩形，在空气流动长度方向上，翅片切面为周期性变化的梯形结构形式。
2. 根据权利要求1所述的具有梯形结构的波纹翅片液压油冷却器，其特征 是，所述波纹翅片，其梯形结构中梯形的下底面与上底面的比值为4.5〜5.5, 梯形的高度为1.5ram。
3. 根据权利要求l所述的具有梯形结构的波纹翅片液压油冷却器，其特征 是，所述波纹翅片，其一个完整波长为10〜12咖，厚度为0. 15〜0.2,。
4. 根据权利要求1所述的具有梯形结构的波纹翅片液压油冷却器，其特征 是，所述波纹翅片，其高度为8〜10mm，短封条的高度与波纹翅片高度相问。
5. 根据权利要求1所述的具有梯形结构的波纹翅片液压油冷却器，j(?特征 是，所述波纹翅片，其长度为60〜120咖。
6. 根据权利要求1所述的具有梯形结构的波纹翅片液压油冷却器，其特征 是，所述锯齿型紊流翅片，包括若干个锯齿翅片，锯齿翅片的间距为2〜3mm。
7. 根据权利要求l所述的具有梯形结构的波纹翅片液压油冷却器，其特征 是，所述锯齿型紊流翅片，其节距为3ran，节距为每个锯齿翅片在流动方向的间 断长度。
8. 根据权利要求1所述的具有梯形结构的波纹翅片液压油冷却器，其特征 是，所述锯齿型紊流翅片，其高度为2mm，所述锯齿型紊流翅片的高度与长封条 的高度相同。
9. 根据权利要求1所述的具有梯形结构的波纹翅片液压油冷却器，其特征 是，所述进口油管，其高为50〜80mm，其直径为30〜50誦；所述出U油贷，共 高为50〜80mm，其直径为30〜50mm。
10. 根据权利要求1所述的具有梯形结构的波纹翅片液压油冷却器，其特征 是，所述气侧通道的数目比油侧通道数目小1 。
说明书 :
具有梯形结构的波纹翅片液压油冷却器
技术领域
本发明涉及的是一种制冷工程技术领域的液压油冷却器，特别是一种fl有梯 形结构的波纹翅片液压油冷却器。 背景技术
在车辆冷却系统中使用的车用换热器主要有：水箱散热器，油冷却器。在这 些换热器中，基本上都采用环境空气实现对高温液体介质的冷却。其中液休介质 在换热器管内流动，冷却空气在外部流动，在这些传热过程中，整个换热器的控 制热阻都分布在空气侧。因此提高空气侧表面传热系数成为提高各换热器换热功 率的关键因素，目前常用的车用换热器空气侧翅片类型主要平直翅片、波纹翅片、 锯齿翅片和百叶窗翅片等。百叶窗翅片和锯齿翅片换热器在强化传热的同时也导 致其空气流动阻力的急剧增加。对于工程机械和农用机械的换热器来说，因其特 殊的布置方式和恶劣的工作环境等导致在汽车上常用的百叶窗翅片和锯齿翅片 应用得到巨大的限制。更为重要的是，因为工程机械和农用机械工作环境非常恶 劣，采用百叶窗翅片和锯齿形翅片，会因灰尘和颗粒物在换热器外翅片上形成污 垢和脏堵，进而大大的降低换热器的散热功率；同时空气阻力流动增大，风扇功 率提高，增加发动机的油耗和噪声。
而目前市场上常用的平直翅片换热器，可以很好的解决空气流动阻力及污垢 脏堵等问题。但是，空气在平直翅片上流动，因其不能实现对空气产生扰流和破 坏边界层增长的目的，导致其换热器的设计尺寸非常大，原材料增加。更为宽要 的是，随着车辆排放法规的严格，及节约降耗和乘用环境舒适性的要求H益提岛， 使得发动机舱室的布置更加紧凑，各换热器也将向轻量化和小型化方向发展。这 些都对传统的平直翅片换热器提出了严重的挑战。
经对现有技术的文献检索发现，专利号为200420091850. 9的一种油冷却器。 该专利是一种用于变压器风冷式油冷却器，采用封条式结构形式。空气侧翅片为波带状的平直翅片，内侧为锯齿型翅片形成油侧通道。由于该技术方案在空气侧 采用的翅片为平直翅片，虽可有效的降低空气侧阻力，但其强化传热的效果不理 想。
在车辆冷却系统中使用的车用换热器主要有：水箱散热器，油冷却器。在这 些换热器中，基本上都采用环境空气实现对高温液体介质的冷却。其中液休介质 在换热器管内流动，冷却空气在外部流动，在这些传热过程中，整个换热器的控 制热阻都分布在空气侧。因此提高空气侧表面传热系数成为提高各换热器换热功 率的关键因素，目前常用的车用换热器空气侧翅片类型主要平直翅片、波纹翅片、 锯齿翅片和百叶窗翅片等。百叶窗翅片和锯齿翅片换热器在强化传热的同时也导 致其空气流动阻力的急剧增加。对于工程机械和农用机械的换热器来说，因其特 殊的布置方式和恶劣的工作环境等导致在汽车上常用的百叶窗翅片和锯齿翅片 应用得到巨大的限制。更为重要的是，因为工程机械和农用机械工作环境非常恶 劣，采用百叶窗翅片和锯齿形翅片，会因灰尘和颗粒物在换热器外翅片上形成污 垢和脏堵，进而大大的降低换热器的散热功率；同时空气阻力流动增大，风扇功 率提高，增加发动机的油耗和噪声。
而目前市场上常用的平直翅片换热器，可以很好的解决空气流动阻力及污垢 脏堵等问题。但是，空气在平直翅片上流动，因其不能实现对空气产生扰流和破 坏边界层增长的目的，导致其换热器的设计尺寸非常大，原材料增加。更为宽要 的是，随着车辆排放法规的严格，及节约降耗和乘用环境舒适性的要求H益提岛， 使得发动机舱室的布置更加紧凑，各换热器也将向轻量化和小型化方向发展。这 些都对传统的平直翅片换热器提出了严重的挑战。
经对现有技术的文献检索发现，专利号为200420091850. 9的一种油冷却器。 该专利是一种用于变压器风冷式油冷却器，采用封条式结构形式。空气侧翅片为波带状的平直翅片，内侧为锯齿型翅片形成油侧通道。由于该技术方案在空气侧 采用的翅片为平直翅片，虽可有效的降低空气侧阻力，但其强化传热的效果不理 想。
发明内容
本发明针对上述现有技术的不足，提供一种具有梯形结构的波纹翅片油冷却 器，使其空气侧采用一种梯形结构的波纹型翅片，可在空气阻力增加不大的条件 下，有效的提高其传热性能，且能够很好的解决换热器外翅片表面污垢和脏堵的 问题。
本发明通过以下技术方案实现，本发明包括：进口油腔室、波纹翅片、出n
油管、短封条、长封条、中间隔板、锯齿紊流翅片、底面隔板、进口油管、出N 油腔室，连接关系是：底面隔板设置在最底部，波纹翅片设置在底面隔板上，在 底面隔板两端设置短封条，以形成气侧通道，中间隔板设置在波纹翅片上，长封 条设置在中间隔板上并与中间隔板平行，在长封条之间设置锯齿型紊流翅片，以 形成油侧通道,气侧通道和油侧通道组成油冷却器的芯子，芯子与进出口腔室相 连，在进口油腔室和出口油腔室上开设圆孔，并在圆孔上设有进口油管和出口 油管。
所述波纹翅片，具有梯形结构形式，其在与空气流动垂直方向上的切面为矩 形，在空气流动长度方向上的切面为周期性变化的梯形结构形式。
所述波纹翅片，其梯形结构中梯形的下底面与上底面的比值为4.5〜5.5， 梯形的高度为1.5mm。
所述波纹翅片，其一个完整波长为10〜12mm，厚度为0. 15〜0.2mm。
所述波纹翅片，其高度为8〜10画。
所述短封条，其高度与波纹翅片高度相同。
所述波纹翅片，其长度为60〜120ran。
所述波纹翅片可通过挤压成型模具一次成型。
所述锯齿型紊流翅片，包括若干个锯齿翅片，锯齿翅片的间距为2〜3mm。 所述锯齿型紊流翅片，其节距为3mm，节距为每个锯齿翅片在流动方向的问 断长度。所述锯齿型紊流翅片，其高度为2mm。
所述长封条，其高度与锯齿型紊流翅片的高度相同。
所述波纹翅片与底面隔板、中间隔板、长封条、短封条和锯齿型紊流翅片通 过真空钎焊技术焊结成油冷却器的芯子。
所述油冷却器的芯子，其厚度可自由调整，因为波纹翅片、中间隔板、底向' 隔板和短封条的长度可自由调整。
所述进口油管，其高为50〜80國，其直径为30〜50mm。
所述出口油管，其高为50〜80mm,其直径为30〜50ram。
所述进口油腔室和出口油腔室经铝挤压成型（或铝铸造）与油冷却器的芯f 经氩弧焊连接成产品。
所述气侧通道和油侧通道依次放置，根据不同的设计需要，可自由调整油侧 通道和气侧通道的数目，但气侧通道的数目应比油侧通道数目小1。
在上述各部件组成封条结构形式的油冷却器内，具有较高温度的液压油从进 口油管进入进口油腔室后，分配到油侧通道内，在油侧通道内，温度较高的液压 油通过锯齿型紊流翅片、中间隔板向外侧冷却空气传递热量，在气侧通道内，具 有一定流动速度的冷却空气包围外侧波纹翅片和油侧通道，冷却后的液压油进入 出口油腔室，再经出口油管流出，进而形成循环回路，实现液压油的连续冷却。 在气侧通道内，本发明的波纹翅片，加大对冷却空气的扰动，可实现良好的强化 传热。
本发明采用了具有梯形结构形式的波纹翅片，相对于传统的平直翅片油冷却 器，采用本发明，相同尺寸大小的产品其传热性能提高约40%〜45%，而空气 阻力仅增加约30%〜35%左右，也既是实现相同散热量，本发明可以明显的减 少了材料的消耗和成本的降低。同时产品的芯子厚度和自由调整，节省开发模具 的费用，易于批量化生产。
本发明通过以下技术方案实现，本发明包括：进口油腔室、波纹翅片、出n
油管、短封条、长封条、中间隔板、锯齿紊流翅片、底面隔板、进口油管、出N 油腔室，连接关系是：底面隔板设置在最底部，波纹翅片设置在底面隔板上，在 底面隔板两端设置短封条，以形成气侧通道，中间隔板设置在波纹翅片上，长封 条设置在中间隔板上并与中间隔板平行，在长封条之间设置锯齿型紊流翅片，以 形成油侧通道,气侧通道和油侧通道组成油冷却器的芯子，芯子与进出口腔室相 连，在进口油腔室和出口油腔室上开设圆孔，并在圆孔上设有进口油管和出口 油管。
所述波纹翅片，具有梯形结构形式，其在与空气流动垂直方向上的切面为矩 形，在空气流动长度方向上的切面为周期性变化的梯形结构形式。
所述波纹翅片，其梯形结构中梯形的下底面与上底面的比值为4.5〜5.5， 梯形的高度为1.5mm。
所述波纹翅片，其一个完整波长为10〜12mm，厚度为0. 15〜0.2mm。
所述波纹翅片，其高度为8〜10画。
所述短封条，其高度与波纹翅片高度相同。
所述波纹翅片，其长度为60〜120ran。
所述波纹翅片可通过挤压成型模具一次成型。
所述锯齿型紊流翅片，包括若干个锯齿翅片，锯齿翅片的间距为2〜3mm。 所述锯齿型紊流翅片，其节距为3mm，节距为每个锯齿翅片在流动方向的问 断长度。所述锯齿型紊流翅片，其高度为2mm。
所述长封条，其高度与锯齿型紊流翅片的高度相同。
所述波纹翅片与底面隔板、中间隔板、长封条、短封条和锯齿型紊流翅片通 过真空钎焊技术焊结成油冷却器的芯子。
所述油冷却器的芯子，其厚度可自由调整，因为波纹翅片、中间隔板、底向' 隔板和短封条的长度可自由调整。
所述进口油管，其高为50〜80國，其直径为30〜50mm。
所述出口油管，其高为50〜80mm,其直径为30〜50ram。
所述进口油腔室和出口油腔室经铝挤压成型（或铝铸造）与油冷却器的芯f 经氩弧焊连接成产品。
所述气侧通道和油侧通道依次放置，根据不同的设计需要，可自由调整油侧 通道和气侧通道的数目，但气侧通道的数目应比油侧通道数目小1。
在上述各部件组成封条结构形式的油冷却器内，具有较高温度的液压油从进 口油管进入进口油腔室后，分配到油侧通道内，在油侧通道内，温度较高的液压 油通过锯齿型紊流翅片、中间隔板向外侧冷却空气传递热量，在气侧通道内，具 有一定流动速度的冷却空气包围外侧波纹翅片和油侧通道，冷却后的液压油进入 出口油腔室，再经出口油管流出，进而形成循环回路，实现液压油的连续冷却。 在气侧通道内，本发明的波纹翅片，加大对冷却空气的扰动，可实现良好的强化 传热。
本发明采用了具有梯形结构形式的波纹翅片，相对于传统的平直翅片油冷却 器，采用本发明，相同尺寸大小的产品其传热性能提高约40%〜45%，而空气 阻力仅增加约30%〜35%左右，也既是实现相同散热量，本发明可以明显的减 少了材料的消耗和成本的降低。同时产品的芯子厚度和自由调整，节省开发模具 的费用，易于批量化生产。
附图说明
图l是本发明的结构示意图；
图2是本发明的波纹翅片和油侧通道局部结构正视图； 图3是本发明波纹翅片的剖视图；图4是本发明的梯形波纹翅片与平片的传热性能对比图； 图5是本发明的梯形波纹翅片与平片的阻力性能对比图。 具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案 为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和过程，但本发明的保护范围不限T 下述的实施例。
如图1所示，本实施例包括：进口油腔室l、波纹翅片2、出口油管3、短
封条4、长封条5、中间隔板6、锯齿紊流翅片7、底面隔板8、进口油管9、出 口油腔室IO，连接关系是：底面隔板7设置在最底部，波纹翅片2设置在底面 隔板7上，在底面隔板7两端设置短封条4，以形成气侧通道，中间隔板6设置 在波纹翅片2上，长封条5设置在中间隔板6上并与中间隔板6平行，在长封条 5之间设置锯齿型紊流翅片7，以形成油侧通道，气侧通道和油侧通道组成油冷 却器的芯子，芯子与进出口油腔室1和10相连，在进口油腔室l和出口油腔室 10上开设圆孔，并在圆孔上设有进口油管9和出口油管3。
如图2所示，所述波纹翅片2，其在与空气流动垂直方向上的切而为矩形， 在空气流动长度方向上的切面为周期性变化的梯形结构形式。
如图3所示，所述波纹翅片2，其梯形结构中梯形的下底面Ll与h底面L2 的比值，L1/L2-4. 5〜5.5，梯形的高度为H=l. 5mm。
所述波纹翅片2，其一个完整波长为10〜12mm，厚度为TM). 15〜0. 2mm。
所述波纹翅片2,其高度为8〜10mm。
所述短封条4，其高度与波纹翅片2高度相同。
所述波纹翅片2，其长度为60〜i20mm。
所述波纹翅片2可通过挤压成型模具一次成型。
所述锯齿型紊流翅片7，包括若干个锯齿翅片，锯齿翅片的间距为2〜3mm。 所述锯齿型紊流翅片7，其节距为3mni，节距为每个锯齿翅片在流动方向的 间断长度。
所述锯齿型紊流翅片7，其高度为2mm。
所述长封条5，其高度与锯齿型紊流翅片7的高度相同。所述波纹翅片2与底面隔板8、中间隔板6、长封条5、短封条4和锯齿型 紊流翅片7通过真空钎焊技术焊结成油冷却器的芯子。
所述油冷却器的芯子，其厚度可自由调整，因为波纹翅片2、中间隔板6、 底面隔板8和短封条5的长度可自由调整。
所述进口油管，其高为50〜80ran,其直径为30〜50mm。
所述出口油管，其高为50〜80mm，其直径为30〜50mm。
所述进口油腔室1和出口油腔室10为铝挤压成型（或铝铸造）与油冷却器 的芯子经氩弧焊连接成产品。
所述气侧通道和油侧通道依次放置，根据不同的设计需要，可自由调整油侧 通道和气侧通道的数目，但气侧通道的数目应比油侧通道数目小1。
本实施例各种部件的材料均采用铝材质。
在上述各部件组成封条结构形式的油冷却器内，具有较高温度的液压油从进 口油管9进入进口油腔室1后，分配到油侧通道内，在油侧通道内，温度较高的 液压油通过锯齿型紊流翅片7、中间隔板6向外侧冷却空气传递热量，在气侧通 道内，具有一定流动速度的冷却空气包围外侧波纹翅片2和油侧通道，冷却后的 液压油进入出口油腔室10，再经出口油管3流出，进而形成循环回路，实现液 压油的连续冷却。在气侧通道内，本发明的波纹翅片2，加大对冷却空气的扰动， 可实现良好的强化传热。
图4和图5是通过数值计算后，平直翅片与本发明所采用的波纹翅片的传热 和阻力性能对比图。从图4中看出，相同Re数工况条件下，本发明的波纹翅片 的传热性能_/因子比平直翅片的^因子提高约60%。从图5中看出，相同Re数 工况条件下，相对于平直翅片本发明的波纹翅片的阻力性能/因子仅提高约35 %左右。从而本发明在空气侧阻力增加不大的条件下实现强化传热的目的，减轻 了换热器的重量，节约了成本。
图2是本发明的波纹翅片和油侧通道局部结构正视图； 图3是本发明波纹翅片的剖视图；图4是本发明的梯形波纹翅片与平片的传热性能对比图； 图5是本发明的梯形波纹翅片与平片的阻力性能对比图。 具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案 为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和过程，但本发明的保护范围不限T 下述的实施例。
如图1所示，本实施例包括：进口油腔室l、波纹翅片2、出口油管3、短
封条4、长封条5、中间隔板6、锯齿紊流翅片7、底面隔板8、进口油管9、出 口油腔室IO，连接关系是：底面隔板7设置在最底部，波纹翅片2设置在底面 隔板7上，在底面隔板7两端设置短封条4，以形成气侧通道，中间隔板6设置 在波纹翅片2上，长封条5设置在中间隔板6上并与中间隔板6平行，在长封条 5之间设置锯齿型紊流翅片7，以形成油侧通道，气侧通道和油侧通道组成油冷 却器的芯子，芯子与进出口油腔室1和10相连，在进口油腔室l和出口油腔室 10上开设圆孔，并在圆孔上设有进口油管9和出口油管3。
如图2所示，所述波纹翅片2，其在与空气流动垂直方向上的切而为矩形， 在空气流动长度方向上的切面为周期性变化的梯形结构形式。
如图3所示，所述波纹翅片2，其梯形结构中梯形的下底面Ll与h底面L2 的比值，L1/L2-4. 5〜5.5，梯形的高度为H=l. 5mm。
所述波纹翅片2，其一个完整波长为10〜12mm，厚度为TM). 15〜0. 2mm。
所述波纹翅片2,其高度为8〜10mm。
所述短封条4，其高度与波纹翅片2高度相同。
所述波纹翅片2，其长度为60〜i20mm。
所述波纹翅片2可通过挤压成型模具一次成型。
所述锯齿型紊流翅片7，包括若干个锯齿翅片，锯齿翅片的间距为2〜3mm。 所述锯齿型紊流翅片7，其节距为3mni，节距为每个锯齿翅片在流动方向的 间断长度。
所述锯齿型紊流翅片7，其高度为2mm。
所述长封条5，其高度与锯齿型紊流翅片7的高度相同。所述波纹翅片2与底面隔板8、中间隔板6、长封条5、短封条4和锯齿型 紊流翅片7通过真空钎焊技术焊结成油冷却器的芯子。
所述油冷却器的芯子，其厚度可自由调整，因为波纹翅片2、中间隔板6、 底面隔板8和短封条5的长度可自由调整。
所述进口油管，其高为50〜80ran,其直径为30〜50mm。
所述出口油管，其高为50〜80mm，其直径为30〜50mm。
所述进口油腔室1和出口油腔室10为铝挤压成型（或铝铸造）与油冷却器 的芯子经氩弧焊连接成产品。
所述气侧通道和油侧通道依次放置，根据不同的设计需要，可自由调整油侧 通道和气侧通道的数目，但气侧通道的数目应比油侧通道数目小1。
本实施例各种部件的材料均采用铝材质。
在上述各部件组成封条结构形式的油冷却器内，具有较高温度的液压油从进 口油管9进入进口油腔室1后，分配到油侧通道内，在油侧通道内，温度较高的 液压油通过锯齿型紊流翅片7、中间隔板6向外侧冷却空气传递热量，在气侧通 道内，具有一定流动速度的冷却空气包围外侧波纹翅片2和油侧通道，冷却后的 液压油进入出口油腔室10，再经出口油管3流出，进而形成循环回路，实现液 压油的连续冷却。在气侧通道内，本发明的波纹翅片2，加大对冷却空气的扰动， 可实现良好的强化传热。
图4和图5是通过数值计算后，平直翅片与本发明所采用的波纹翅片的传热 和阻力性能对比图。从图4中看出，相同Re数工况条件下，本发明的波纹翅片 的传热性能_/因子比平直翅片的^因子提高约60%。从图5中看出，相同Re数 工况条件下，相对于平直翅片本发明的波纹翅片的阻力性能/因子仅提高约35 %左右。从而本发明在空气侧阻力增加不大的条件下实现强化传热的目的，减轻 了换热器的重量，节约了成本。