一种减少流体阻力的ptc加热水槽装置
阅读说明：本技术 一种减少流体阻力的ptc加热水槽装置 (PTC heating water tank device capable of reducing fluid resistance ) 是由 孙奈 崔玮康 于 2020-11-25 设计创作，主要内容包括：一种减少流体阻力的PTC加热水槽装置,具体涉及新能源汽车电池包加热。本发明装置包括水槽主体、入水口导流装置、出水口导流装置、变向导流装置、PTC发热主体、密封垫片和锁紧固件。本发明通过在水槽主体内增加入水口导流装置,出水口导流装置和变向导流装置,构成液体流道,一方面可减少流体在水槽内的流阻,另一方面,这一专用液体流道采取分层布局方式,在水槽几何尺寸或者体积一定的情况下,可增加流道数量来增加PTC发热片数量,从而增加发热器的功率。(A PTC heating water tank device capable of reducing fluid resistance, and particularly relates to heating of a new energy automobile battery pack. The device comprises a water tank main body, a water inlet flow guide device, a water outlet flow guide device, a diversion flow guide device, a PTC heating main body, a sealing gasket and a locking fastener. According to the invention, the water inlet flow guide device, the water outlet flow guide device and the diversion flow guide device are additionally arranged in the water tank main body to form the liquid flow channel, so that on one hand, the flow resistance of fluid in the water tank can be reduced, and on the other hand, the special liquid flow channel adopts a layered layout mode, and under the condition that the geometric size or the volume of the water tank is fixed, the number of the flow channels can be increased to increase the number of the PTC heating sheets, thereby increasing the power of the heater.)
技术领域
本发明涉及汽车零部件技术领域，具体涉及一种新能源汽车用加热水槽装置。
背景技术
全球石油资源储量有限，如果按照现有的消耗水平继续下去，全球石油还不够人类50年的消耗，而汽车每年消耗了石油产出的绝大部分。另一方面，汽车在消耗石油同时，向大气排放了大量有毒有害气体，严重影响大气环境和人们生命健康，因此，汽车工业迫切需要尽快采用可再生能源技术以及清洁能源技术。
新能源电动汽车因为采用电力驱动，放弃石油燃料驱动，在节能减排、减少人类对传统化石能源的依赖方面具备燃油汽车不可比拟的优势。
新能源电动汽车大都使用锂电池作为动力来源，锂电池是一种电化学装置，其发生作用是基于一定的温度条件（正常的工作温度零下20度到零上60度）。在低温条件下，锂电池无论是充电/放电都会对电极产生损耗，同时也影响电池的存储容量和使用寿命。为应对上述问题，电动汽车行业普遍的做法是对电池包进行有效的热管理。
在我国的北方地区，每年都有低于零下35度的极寒天气，车辆在极寒天气下启动或使用时，更是会对电池造成极大的损害，所以电动汽车启动前，必须预热。而预热时间太长会消耗用户的耐心，用户当然更希望更加快速高效地预热，以尽快达到最低工作温度（常规锂电池的工作温度为零下20度到零上60度），使汽车尽快上路。目前市面上加热器的普遍做法是增加流阻，使液体在加热器内停留一定的时间，达到一定的温度后传导至电池包进行热交换。我们认为在同等的加热器功率及环境温度条件下，反而应该减少流阻，使加热器在单位时间内传送的热量尽可能多(△P=△Q/△t)，从而使电池包最快达到最低工作温度条件。
发明内容
本发明主要解决的技术问题在于提供一种减少流体阻力的PTC加热水槽装置。
为达上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种减少流体阻力的PTC加热水槽装置，包括水槽主体1、入水口导流装置2、出水口导流装置3、变向导流装置4、PTC发热主体5和密封垫片6和锁紧固件7。
所述水槽主体包括水槽入水口水管1a、出水口水管1b、入水口接头1c，出水口接头1d主体外壳1e。
所述入水口导流装置2包括入水口导流辐条2a、入水口导流辐条与水槽形成的流道2b和由导流辐条形成的流道2c。
所述出水口导流装置3包括出水口导流辐条3a、出水口导流辐条与水槽形成的流道3b和由导流辐条形成的流道3c。
所述变向导流装置4包括变向导流辐条4f和变向导流辐条形成的流道内侧流道4a内侧流道、4b次内侧流道、4c中部流道、4d次外侧流道以及变向导流辐条和水槽主体外壳形成的4e外侧流道。其中，我们定义靠近水槽主体内部为内侧。
所述PTC发热主体5包括PTC发热主体导流辐条5a、密封垫圈卡槽5b、PTC加热片卡槽5c和PTC发热盖板5d。
优选地，所述入水口1a和出水口1b均为流线型腔壁特征，由凸弧段11a、11b和凹弧段12a、12b形成(参见图3)，此设计可避免在此处产生涡流，从而减少流阻，使流体更加顺畅的由入水口流入水槽主体及由出水口流出水槽主体。
优选地，所述入水口导流辐条2a、2b和出水口导流辐条3a、3b均有刀口特征21、31，刀口特征为前薄后厚（参见图4和图5）。流体经过此刀口时可由刀口前端顺滑流过刀口后段，有效减少流体与导流辐条的正面接触面积，从而减少流阻。
优选地，入水口导流辐条2a、2b和出水口导流辐条3a、3b均设计为前后分层的结构（参见图6）；此结构形成了口部截面积可控的分层流道，其特点为靠近入水口和出水口端流道数量少，远离入水口和出水口端流道数量增多。
优选地，所述入水口凸弧段11a与入水口导流辐条刀口弧形21a形成特殊的非锐角特征22（参见图7），此设计可减少流体中异物（如丝状物或纤维状物）和杂质在入口处沉积与堆积，避免在流道的最窄区域形成小的湍流或涡流，从而减少流体阻力。
优选地，所述变向导流辐条4f与进水口导流辐条2a和2b、出水口导流辐条3a和3b形成特殊的对接结构（参见图8），此结构具有方向指向性，沿着水流方向为前母后公。相比于其他结构，此前母后公的结构可减少流体与对接处缝隙的接触面积；即便随着使用时间的推移，公母对接结构处有出现缝隙，此结构也会尽可能的减少流体与对接缝隙处的接触面积，减少产生涡流从而减少流体阻力。
优选地，所述变向导流装置有流体变向导流辐条，形成4a内侧流道、4b次内侧流道、4c中部流道、4d次外侧流道，与水槽主体外壳形成4e外侧流道。越靠近水槽主体内侧其流阻越大，此处的流道就需要设计得越宽，流道之间的截面积关系为4a>4b>4c>4d>4e（参见图9）。其中，我们定义靠近水槽主体内部为内侧。此流道设计可最大限度避免流体在内侧或次内侧产生涡流现象，减少流阻。
优选地，PTC发热主体51配合入水口导流辐条2a、2b和出水口导流辐条3a、3b，同样存在分层结构，发热片呈前后错落排布（参见图10）。此分层结构可在加热器体积固定的情况下，尽可能多的增加发热片的数量，以增加加热器的功率。
本发明具有装置体积小，可匹配不同类型的电动汽车；流线型腔壁特征、导流辐条以及辐条上的刀口设计可减少流体阻力，提高热交换效率；公母对接结构和非锐角特征可提升水槽热传导性能和水槽的使用寿命；发热片的前后错落排布，可保证体积小的条件下增加加热器的功率等显著优点。
附图说明
图1：PTC加热水槽结构爆炸图
1：水槽主体 2：入水口导流辐条 3：出水口导流辐条
4：变向导流辐条 5：PTC发热主体 6：密封垫片
7：锁紧固件
图2：水槽主体细节图
1a：入水口水管 1b：出水口水管 1c：入水口接头
1d：出水口接头 1e：水槽主体外壳
图3：入水口和出水口腔壁特征细节图
11a 入水口凸弧形特征 11b :入水口凹弧形特征
12a :出水口凸弧形特征 12b：出水口凹弧形特征
图4：入水口导流辐条刀口特征细节图
21 :入水口导流辐条刀口
图5：出水口导流辐条刀口特征细节图
31 :出水口导流辐条刀口
图6: 入水口导流装置和出水口导流装置细节图
2a：入水口导流辐条 2b：入水口导流辐条与水槽形成的流道
2c：导流辐条组成的流道 3a：出水口导流辐条
3b：出水口导流辐条与水槽形成的流道
图7：非锐角特征细节图
11a：入水口凸弧形特征 21a：入水口导流辐条刀口弧形特征
图8：公母对接结构细节图
a：公对接口 b：母对接口
图9：变向导流装置细节图
1e：水槽主体外壳 4a：内侧流道 4b：次内侧流道
4c：中部流道 4d：次外侧流道 4e：外侧流道
4f：变向导流辐条
图10 ：PTC发热主体细节图
5a：PTC发热主体导流辐条 5b：密封垫片卡槽
5c：PTC发热片卡槽 5d：PTC发热盖板
图11：导流装置与水槽主体固定方式
1：水槽主体 2：入水口导流装置 3：出水口导流装置
4：变向导流装置
图 12 ：实用例1
1a：入水口水管 1b：出水口水管 2：入水口导流装置
3：出水口导流装置 4：变向导流装置
图13 ：实用例2
61：入水口水管 62：出水口水管 63：入水口导流装置
64：出水口导流装置
图14 实用例3
71：入水口水管 72：出水口水管 73：入水口导流装置
74：出水口导流装置 75：变向导流装置
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术实施方案。
如图1所示，一种减少流体阻力的PTC加热水槽装置包括水槽主体1、入水口导流装置2、出水口导流装置3、变向导流装置4、PTC发热主体5、密封垫片6和锁紧固件7。
如图2所述水槽主体1可通过一次性模具成型或机加工实现，也可通过焊接或锁螺丝的方式，将入水口水管和出水口水管与水槽主体外壳进行连接组装。
所述入水口导流装置2、出水口导流装置3、变向导流装置4为一次性成型的铝铸件、或塑胶件、或不锈钢件、或铜、或陶瓷等材料。其底部均有底座，底座通过卡扣锁紧的方式与水槽主体1安装固定在一起（如图11所示）
所述PTC发热主体5为一体式成型或通过机加工组装方式制作，并预留有加热片和密封垫片的安装位置。
安装时先将密封垫片6装入PTC发主体5，再将PTC发热主体5向下按压，PTC发热主体和水槽主体通过卡扣或卡箍的方式贴合在一起后，形成一个密封的水槽装置。
实施例1：
如图12所示，入水口和出水口在水槽主体的同一侧，入水口接头1c与汽车水泵端水管连接，出水口接头1d与电池包端水管连接。入水口导流装置2与PTC发热主体导流辐条前端连接，PTC发热主体导流辐条后端与变向导流装置4前端相连接；变向导流装置4后端与出水口导流装置3连接。此设计可实现液体的180度转向。
实施例2：
如图13所示，入水口接头61和出水口接头62分别在水槽主体对侧，入水口接头61与汽车水泵端水管连接，出水口接头62与电池包端水管连接。入水口导流装置63、出水口导流装置64直接与发热主体导流装置连接，没有变向导流装置，液体由入水口流经发热主体导流装置后由直接从出水口流出。
实施例3：
如图14所示，入水口和出水口呈90度分布在水槽主体上，入水口接头71与汽车水泵端水管连接，出水口接头72与电池包端水管连接。入水口导流装置73与PTC发热主体导流辐条前端连接，PTC发热主体导流辐条后端与出变向导流装置75前端相连接；变向导流装置75后端与出水口导流74装置连接。此结构设计可实现90度变向。
需要声明的是，上述具体实施方式和实施例仅仅为本发明的较佳实施例及所运用的技术原理，在本发明所公开的技术范围内，任何熟悉本技术领域的技术人员所容易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围内。
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