文档介绍：汽车散热器技术
汽车水冷发动机散热器由冷却用的散热器芯部、进水室和出水室三部分组成。冷却液在散热器芯内流动,空气从散热器芯外高速流过,冷却液和空气通过散热器芯部进行热量交换。
目前,汽车散热器的结构形式可分为直流型和横流型两大类。
散热器芯部的结构形式主要有管片式和管带式两大类。管片式散热器芯部是由许多细的冷却管和散热片构成,冷却管大多采用扁圆形截面,以减小空气阻力,增加传热面积。
管带式散热器是由波纹状散热带和冷却管相间排列经焊接而成。与管片式散热器相比,管带式散热器在同样的条件下,散热面积可以增加12%左右,另外散热带上开有扰动气流的类似百叶窗的孔,以破坏流动空气在散热带表面上的附着层,提高散热能力。开百叶窗波状带的散热器传热效率同普通平片散热片相比可提高160%。
二、散热器对材料的要求
传热系数是评价散热器散热性能的重要参数,散热器材料的导热性能和焊接质量对其影响很大。散热器的工作条件恶劣,一般位于汽车前端迎风处,不仅要经受风吹雨淋和汽车废气的污染,还要承受反复的热循环和周期性的振动。另外,散热器内长期流动着冷却液,对散热器有锈蚀及腐蚀作用。因此,为保证散热器可靠地发挥散热作用,对其材料性能有如下要求:必须具有良好的导热性能,具有一定的强度和较强的耐腐蚀性,具有良好的加工性能及钎焊性能,具有良好的经济性。目前,常用的散热器
材料主要有铜、铝和工程塑料等。
三、散热片的材料
散热片选用导热系数较高的材料对提高热传导效率很有帮助,在金属的导热性方面,银的导热系数最高,其次是铜、铝。银的价格昂贵,不适宜做散热材料,目前比较常用是铜、铝及铝合金。铝的导热系数低,但通过增加鳍片增大散热面积,也能起到较好的散热效果。
散热片的主要材料和成型技术可分为:
全铝散热器这是传统散热器,具有生产工艺简单、易于加工、材料成本低廉,价格便宜等优点。缺点是,整体散热效果欠佳。
铝是汽车工业使用较多的金属材料,也是汽车轻量化的首选材料。铝的最大优势是质量轻,比重仅为铜的三分之一,铝资源远较铜丰富,成本也远低于铜;虽然铝的热传导率较铜低,仅为铜的60%,但由于铜散热器存在热传导率更低的锡保护层,使得铝散热器的热效率反而要高于铜散热器。另外,铝还有良好的铸造加工性能。
但是,铝散热器焊接工艺性差、生产设备投入大是长期难以解决的问题,限制了铝散热器的广泛应用。直到20世纪80年代中期,美国采用钎焊工艺制造铝散热器取得成功后,才使铝散热器的规模化生产和应用成为可能。但是,铝散热器较差的耐蚀性,使得铝散热器在使用条件差的重型卡车、工程车及军用车上,则难于使用。
全铜散热器铜是重要的有色金属,也是导热性最好的金属材料,具有优良的成形加工性、可钎焊性和耐蚀性,长期以来一直作为汽车散热器的首选材料。但铜的资源和价格一直是困扰铜散热器广泛应用的主要原因。
散热器的散热效率至关重要,所以对铜板的表面质量要求甚高,要求板材表面无划伤、起皮、氧化、油污等缺陷,要有良好的板型、平直度和导热性等。铜带用于制作散热器鳍片。要求有良好的导热性、焊接性、较高的强度、尺寸公差精确。铜管主要用于制作到热管,要求有良好的导热性、焊接性、内外表面清洁,较高的强度等。铜棒主要用于制作铜铝结合散热器的铜芯,表面直接和CPU粘合在一起,要求有良好的导热性、焊接性、表面清洁,较高的强度等。
为了增加铜散热器的耐腐蚀性,避免铜直接与腐蚀性物质接触,一般要在铜散热器的表面上覆盖锡保护层,但这样却会影响铜散热器的散热效率,使散热性能大幅度下降。近年来,为了进一步提高铜散热器的
性能,对传统的铜锡散热器采取了许多改进措施。如在材质方面和加工工艺方面尽可能提高材料利用率,采取向铜中添加微量元素的方法,在不损失导热性的前提下,提高其强度和软化点,从而减薄带材的厚度,节省材料用量以减轻散热器的质量和降低成本。
著名的奥托昆普铜带公司于上世纪80年代研发成功的双波浪带自动生产线,~~,这样两条波浪带通过锡焊接牢牢地固定在一条中心带即普通铜带上,最后制成比普通波浪带更坚固、用材更省、散热性能更好的汽车散热器用传热元件——双波浪带。对比实验研究表明,,散热性能提高
10%,风阻相同,散热器本身的厚度减少45%,效果不错。但并未从根本上解决材料来源问题。
铜铝结合散热器目前比较流行的是把铜、铝结合应用,一般以纯铜板做散热器底板,铝合金做散热鳍片。利用铜的高导热系数特点,把热量传导至铝材质的鳍片,再通过风扇的对流作用散发至空气中。铜