散热器的原理分析和结构设计

散热器的原理分析和结构设计

叶玉龙

凯络文换热器（中国）有限公司  安徽芜湖  241007

摘要：随着疫情好转，国内经济不断复苏，火电、冶金等行业的产能也得到进一步释放。而这些行业的发展都来不开散热器。本文以凯络文公司生产的工业热交换器为例，详细介绍散热器的结构和原理。

关键词：散热器；结构；原理

1 散热器的原理

散热器一般利用外部的空气对管内的水(油)进行冷却，即散热器通过循环水(油)泵，对循环水(油)进行强制循环，再通过轴流风机提供冷却空气，且水(油)流与空气流形成错流布置进行热交换，热量首先从热水(油)通过对流作用传给冷却管内壁，然后通过传导作用传给冷却管外壁，再通过传导作用从冷却管外壁传给散热翅片，最后和冷空气的对流作用，把热量转移到空气中并带走，从而达到把热水(油)降到合适的工作温度的目的，如图1所示。

图1 散热器传热原理图

2 散热器其结构设计依据

散热器根据风机的安装形式分为引风式和鼓风式两种结构。

2.1 引风式散热器

引风式散热器的管束位于风机的吸风侧(即风机位于顶部)，由于风筒对换热翅片管有着很好的阻挡阳光、风、雨、雪的作用，使得引风式散热器具有较稳定的换热性能，同时它具有风量分配均匀、热循环少、污损少、低噪音的特性。

2.2 鼓风式散热器

鼓风式散热器的管束位于风机的排风侧(即风机位于底部），由于风机电机始终处于较冷的空气环境中,可允许处理较高温度的工艺介质，从而保持较长的使用寿命。

3 散热器的结构

散热器主要由支腿、芯组、风机、膨胀水箱、液位仪等单元组成。

图2 散热器结构图

3.1 支腿（钢构）

为了将散热器安装到合适的高度，需采用支腿或钢构支撑固定，支腿用钢板折边焊接而成，若支撑高度大于等于1米时，则用型钢做成的钢构来支撑，它由立柱、横梁等组成，具有良好的稳定性，可供散热器单个或组合使用，具体钢构应根据客户要求和使用环境进行设计。

3.2 芯组

芯组是散热器的核心部件,冷空气以一定的流速流过芯组以冷却管内的热水（油），达到换热目的。其芯组采用刚性独立的结构,便于整体装卸、组合;冷却芯组由数根冷却管、凯络文专有片型的散热翅片、前后管板、中间管板、左右侧板及集箱等构成,冷却管采用耐腐蚀性能的铜或铜合金或不锈钢材料,按正三角形排列,翅片与冷却管采用内胀方式连接,芯组均采用适应翅片管热膨胀的措施;最低一排翅片管下面设支撑梁,与芯组侧板固定,支撑梁部位的各排翅片管均布支撑件,集箱配有放泄阀,作为排污、排水、放气口、通常翅片采用铝带冲制而成，也可根据客户需要在翅片上附加保护涂层，或使用铜翅片。

芯组根据需要可设计为多级结构，以适应不同的温度需求（高温、中温、低温）。凯络文集团在散热器的技术研发及实际应用领域，为业界做出了卓越的贡献，凯络文公司设计制造的散热器，是一种比较经济可靠的技术方案，它在冷却水的有效利用、水质处理、设备防腐及运行成本等技术环节具备独特的优势；并且在降低设备运行风险及环境保护上也具备很强的技术优势，凯络文开发的多种管片式元件，可根据客户的技术要求及现场的安装条件，设计不同形式的散热器装置,以满足个性化的要求, 因而被广大用户普遍采用，并成为国际市场的领导者。

3.3 风机

风机在散热器强化传热中起着关键作用，风机性能的优劣是衡量散热器性能优劣的重要标志。凯络文公司风机选用轴流式结构，其主要有轮毂和叶片组成的叶轮、传动装置和驱动装置组成，此外还有风筒、防护网和支架。驱动机构采用防护等级IP55，电压为380V至415V的三相电机。凯络文公司风机经过严格的动、静平衡检测，在鼓风式风机的入风口和引风式风机的出风口处均有防护装置，安全性高。风机数量根据冷却功率计算确定。所有风机的设计是根据空气侧

的特性参数和IEC标准来进行的。

3.4 膨胀水(油)箱（用户选购）

膨胀水(油)箱作用在于当管路系统中液体的温度升高时，管路系统对液体体积的变化可通过膨胀水(油)箱进行调节。它由钢件制成，外部经过防腐处理。多数情况下，它将安装在散热器的顶部，并且它的位置始终都高于管路系统中的最高点，以免溢流或管内夹杂空气。膨胀水（油）箱设有0.05MPa正压/-0.01MPa负压的液体介质充入口，其上同样安装一个或多个不同连接方式的液位计（如需要，还可加装电信号输出）。排气孔和液体入孔可用软管与散热器的输入集箱和输出集箱连接，并可适应连续作业。

3.5 风室

风室为散热器构架部件与风机相的连接件，每台风机单独占一格风室，不与其它风机、风室相通，其风室采用独立结构，它具有材料消耗少，空气阻力小，制作简单，刚性好的优点。材料主要为镀锌钢板，用螺栓或铆钉与芯组连接。风室材料可根据客户要求进行特殊工艺防腐处理，而其内部的挡风隔板可以实现每个风机的单独操作，互不影响。

3.6 电控柜

3.6.1 通常配备电气接线盒，它安装于集箱之上的散热器的正面,防护等级为IP65。通常情况下，其内设置有接线端子并与各风机电机相连。电气接线盒盖板上设有电缆接头安装口可供安装时使用。它主要为散热器本体设备上风机或液位计等监测仪表的接线过渡。电机可依靠电缆接地，同样，电机的过载和短路保护，由使用方根据相关规定和要求进行操作。

3.6.2 特殊情况下，用户可选购带电源或电机保护控制系统的电控柜，在此情形下，电路连接将集中于单独一处。

结束语

凯络文公司生产的该系列散热器广泛应用于电厂水冷却系统、冶金工业高炉密闭循环水冷却系统、变电站封闭式强油变压器水冷却系统及机械制造类液压油和润滑油的冷却系统等领域。不仅为工业生产降低了生产成本，同时也为企业开发出更优质的产品提供了温度保障。