專利名稱：熱交換組件及其組裝方法、熱交換設(shè)備、工程機械的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種熱交換組件，更具體地涉及一種用于對機器動力系統(tǒng) 進行散熱的熱交換組件。本發(fā)明還涉及組裝這種熱交換組件的方法以及包 含這種熱交換組件的設(shè)備與包含該設(shè)備的工程機械。
背景技術(shù)：
一般而言，重型機械設(shè)備如建筑機械的工作環(huán)境非常惡劣，在帶有散 熱器的發(fā)動機系統(tǒng)中，散熱器常?？赡鼙粨p壞。 一旦整個散熱器損壞，需 要替換或維修整個散熱器，有時不得不拆卸用于冷卻液壓裝置工作油的油 冷卻器以及用于冷卻已壓縮的增壓空氣的空氣-空氣后冷卻器，不僅費時而 且成本高。另外，由于建筑機械中冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，冷卻系統(tǒng)中各冷卻 器的布置結(jié)構(gòu)和設(shè)計對冷卻系統(tǒng)的冷卻效率以及設(shè)置空間的緊湊性影響很 大，并且如果結(jié)構(gòu)不利于拆卸或清洗，對于維修和更換來說費時費力。
中國專利申請文獻CN1417051A中公開了 一種建筑機械用冷卻裝置， 其中，風(fēng)扇的通風(fēng)路徑上設(shè)有帶開口部的機架，在機架的開口部并列地設(shè) 置散熱器、油冷卻器和后冷卻器，這些熱交換器大致在同一平面上。所述 散熱器、油冷卻器和后冷卻器中的至少一個可以從所述機架上拆卸。這種 建筑機械用冷卻裝置雖然在拆卸、清洗、維修方面提供了方便，但是該冷 卻裝置與其它傳統(tǒng)冷卻裝置一樣存在空間效率的問題。在可用空間有限的 建筑機械中，并列布置散熱器、油冷卻器和后冷卻器的冷卻裝置的應(yīng)用是 有一定局限性的。
另外，如日本特開2002-371845公開的建筑機械用冷卻裝置中，散熱 器豎立設(shè)置在靠發(fā)動機驅(qū)動的風(fēng)扇的前面，散熱器前面豎立設(shè)置油冷卻器，而后冷卻器水平設(shè)置在散熱器、油冷卻器前上方，這樣布置的冷卻裝置除 不方便拆卸維修外，總體散熱效率不高。
本發(fā)明的目的是克服上述的一個或多個問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明一方面提供了一種熱交換組件。該組件包括多個熱交換單元， 每個熱交換單元包括一芯體和連接在該芯體兩端的貯水室，所述芯體與其 兩端的貯水室流體連通，其中，所述多個熱交換單元通過連接組件在ji&水 室的部位至少部分重疊地串聯(lián)連接，使得在各熱交換單元芯體側(cè)面交錯地 形成凹進空間，并且相互串聯(lián)連接的熱交換單元之間流體連通。
本發(fā)明的又一方面提供了 一種組裝熱交換組件的方法。該方法包括 提供多個熱交換單元，每個熱交換單元包括一芯體和連接在該芯體兩端并 與之流體連通的貯水室；連接所述熱交換單元，在所述熱交換單元的]3i水 室部位利用連接組件將所述熱交換單元至少部分重疊地串聯(lián)連接，使得在 各熱交換單元芯體側(cè)面交錯地形成凹進空間，并且使各熱交換單元之間流 體連通。
本發(fā)明的另 一方面是提供一種熱交換設(shè)備，該熱交換設(shè)備包括多個如 上所述的熱交換組件。
本發(fā)明的再一方面則提供了 一種工程機械，該工程機械包括上述熱交 換設(shè)備。


圖1示意性示出根據(jù)本發(fā)明的熱交換設(shè)備，其裝配有根據(jù)本發(fā)明的熱 交換組件；
圖2示出構(gòu)成本發(fā)明的熱交換組件的熱交換單元的分解透視圖； 圖3示意性示出相鄰熱交換單元的貯水室之間的連接；以及 圖4示意性示出根據(jù)本發(fā)明的熱交換設(shè)備的一種布置。
具體實施例方式
在下面的說明中，"側(cè)向"或"側(cè)面"是指圖1中的左右方向或在左 右方向上相對的表面，"端面"是指圖1中沿上下方向相對的表面。
圖1示出根據(jù)本發(fā)明的熱交換設(shè)備，該設(shè)備包括根據(jù)本發(fā)明的熱交換
組件、設(shè)置在該熱交換組件側(cè)面的油冷卻器7和空氣-空氣后冷卻器8以及 分別連接在該熱交換組件的首端和末端的進口水箱1、出口水箱2。該熱交 換組件由多個熱交換單元組成，每個熱交換單元包括位于中間的芯體3以 及連接在芯體兩端的貯水室。根據(jù)流體30進出該芯體3或該熱交換單元的 方向，位于芯體兩端的貯水室可分為進水室5和出水室6。稍后將對熱交 換單元進行詳細的說明。在該熱交換組件中，每對相鄰熱交換單元在其|& 水室部位，完全或是部分重疊地串聯(lián)連接，使得在熱交換單元的芯體3的 兩側(cè)交錯地形成凹進空間。在圖1所示的優(yōu)選實施例中，所述多個熱交換 單元在相應(yīng)貯水室的側(cè)面處部分重疊地串聯(lián)連接。當(dāng)然，所述熱交換單元 也可在其相應(yīng)貯水室的端面上部分重疊地串聯(lián)連接。所形成的凹進空間可 用于放置冷卻器如油冷卻器和空氣-空氣后冷卻器等。
根據(jù)圖1的優(yōu)選實施例，流體30從進口水箱1進入第一熱交換單元， 在第一熱交換單元的進水室5轉(zhuǎn)向進入第一熱交換單元的芯體3，然后進 入該第一熱交換單元的出水室6，最后在該出水室6轉(zhuǎn)向排出第一熱交換 單元并進入第二熱交換單元，接著，以類似方式進入第三熱交換單元，最 后從出口水箱2排出，這樣使得流體30呈Z形曲折流動。在流體30流過 每個熱交換單元的芯體3時，該流體30的熱量都會被傳遞至外部環(huán)境，如 流動的空氣。應(yīng)該理解，流體30可以是水、乙二醇或7K/乙二醇混合物。 當(dāng)然，熱交換組件中熱交換單元的數(shù)量也不僅限于三個。
圖2示出組成熱交換組件的熱交換單元的一個示例性實施例。該熱交 換單元包括芯體3、進水室5和出水室6，進水室5和出水室6在同一側(cè)的 側(cè)壁上具有用于使流體30通過的連通孔21。進水室5和出水室6的彼此 相對的端面具有狹縫15。芯體3可包括多個用于流體流動通過其中的扁平 空心體IO、外翅片9和間隔塊20。所述扁平空心體10的兩端開口并且分別插入進水室5和出水室6的端面上的狹縫15，從而與進水室5和出水室 6流體連通。該扁平空心體10可通過外翅片9隔開，該外翅片9可釬焊在 各扁平空心體IO的外表面上以增大其外表面面積從而有助于熱傳遞。間隔 塊20位于夾在兩個扁平空心體之間的翅片的兩端，并通過例如釬焊連接到 所述兩個扁平空心體上，以起到支承、加固的作用。外翅片9可由薄金屬 板通過彎曲或其它方式形成為所希望的構(gòu)型。其構(gòu)型應(yīng)考慮到使環(huán)境空氣 自由流過外翅片，從而使得環(huán)境空氣能夠?qū)⒈馄娇招捏w和外翅片的熱量帶 走。外翅片可具有多種不同構(gòu)型，包括例如蛇形、鋸齒形、百葉形和波形。 為了加強換熱，還可以在扁平空心體內(nèi)插置內(nèi)翅片，或者釆用其它方式改 變扁平空心體內(nèi)流體的流動形式從而增強換熱效果。在一種實施例中，芯 體3也可以不包括外翅片9和間隔塊20。
圖3示例性示出相鄰熱交換單元的貯水室之間的連接，其中左側(cè)的貯 水室5，例如表示在流體流動方向上處于下游的熱交換單元的進水室，右 側(cè)的^水室6，例如表示與W目鄰的處于上游的熱交換單元的出水室。如 圖3所示，所述貯水室5、 6 (分屬相鄰熱交換單元)通過側(cè)壁上的連通孔 21流體連通。所述連通孔21為階梯通孔，其中直徑較大的孔段設(shè)置成比 直徑較小的孔段更遠離相應(yīng)貯水室的內(nèi)部空間。橫跨所述l&水室5和6的 對應(yīng)側(cè)壁上的連通孔21，設(shè)有一連通管41，該連通管41的兩端401、 402 分別伸入貯水室5和6之內(nèi)。連通管41優(yōu)選由金屬制成，但也可由例如橡 膠等其它材料制成。連通管41沿其長度方向在中部具有一用于將該連通管 保持就位的圓周凸緣403。在貯水室5、 6的連通孔21的直徑較大的孔段 內(nèi)分別設(shè)有環(huán)形橡膠墊片546、 646，以便通過夾緊連通管41的圓周凸緣 403而將該連通管42固定就位。優(yōu)選所述橡膠墊片546、 646的外徑略大 于該圓周凸緣403的外徑，以避免該圓周凸緣403的側(cè)面直接抵靠]i&水室 5、 6的壁。
在本發(fā)明的實施例中，貯水室5與貯水室6通過連接組件50實現(xiàn)可拆 卸連接。在圖3所示的優(yōu)選實施例中，連接組件50包括螺栓54、套管51、 墊圏55以及墊片56。貯水室5的相對的兩側(cè)壁上設(shè)有用于供螺栓54穿過的孔13,而貯水室6的對應(yīng)側(cè)壁上設(shè)有帶沉孔52的突起部53，以用于接 納螺栓54。突起部53通過例如焊接一體地設(shè)置在貯水室6的側(cè)壁內(nèi)側(cè)， 該突起部的沉孔52從貯水室6的側(cè)壁外表面延伸到突起部52內(nèi)，以接納 螺栓54的桿部。螺栓與突起部的連接可以是螺紋連接，也可以是形配合。 套管51包括一直桿部分和位于直桿部分一端的周向凸緣部分511。在連接 狀態(tài)下，螺栓54的桿部穿過套管51,并且該套管51的周向凸緣部分511 夾置在貯水室5、 6的相鄰側(cè)壁之間，從而既有利于密封，又可保護螺栓 54。墊片56用于調(diào)節(jié)貯水室5、 6的相鄰側(cè)壁之間的間距。墊圏55設(shè)置在 螺栓54的頭部和套管51的靠近該頭部的端部之間，以用于調(diào)節(jié)螺栓54 擰入沉孔52的深度，同時防止螺栓頭部受到的應(yīng)力過大。
雖然在上面的說明中圖3所示的是貯水室之間的連接，但進水室與進 口水箱之間或出水室與出口水箱之間的連接也可同樣實施。另外，圖3所 示的連接組件僅作為本發(fā)明的一種優(yōu)選實施例，也可通過貫穿兩貯水室的 帶套管或不帶套管的螺栓實現(xiàn)所述貯水室之間的連接。就用于連接的結(jié)構(gòu) (例如帶沉孔52的突起部53)而言，只要相鄰熱交換單元的兩個待連接 的貯水室具有相配合的對應(yīng)結(jié)構(gòu)即可，同屬于一個熱交換單元的貯水室可 以具有不同的連接結(jié)構(gòu)。
雖然在圖3所示實施例中，通過兩個連接組件50實現(xiàn)貯水室之間的連 接，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，連接組件的數(shù)量并不限于此。例如，可 在貝5水室的側(cè)壁上圍繞連通孔分布多個用于連接組件的孔。
圖4示出一種熱交換設(shè)備的布置，其包括并列放置的多個(圖中僅顯 示了兩個)熱交換組件，這兩個熱交換組件的首端的貯水室與帶有兩個進 口管道25的進口水箱1相連通，位于兩個熱交換組件末端的貯水室與帶有 兩個出口管道26的出口水箱2相連通。在該熱交換設(shè)備的兩側(cè)，設(shè)置有用 于固定熱交換組件的邊框27、 28。在此熱交換"i殳備的所有的凹進空間內(nèi)， 可設(shè)有冷卻器，例如油冷卻器或空氣-空氣后冷卻器等。
工業(yè)適用性下面說明組裝根據(jù)本發(fā)明的熱交換組件的方法首先，將貯水室連接 在芯體兩端，組成單個熱交換單元，接著，將一個熱交換單元與另一個熱 交換單元的待連接的貯水室配對使得待連接的貯水室具有相配合的對應(yīng)結(jié) 構(gòu)，并且將連通管放置在貯水室側(cè)壁上的預(yù)定位置，然后，通過連接組件 將待連接的貯水室連接，接著以同樣的方式連接下一個熱交換單元，最后 將多個熱交換單元在貯水室處部分重疊地串聯(lián)連接，使得在各熱交換單元 芯體側(cè)面交錯地形成凹進空間，并且使相互串聯(lián)連接的熱交換單元之間流 體連通。
在帶有根據(jù)上述方法組裝的熱交換組件的發(fā)動機冷卻系統(tǒng)中，在發(fā)動 機運行期間，發(fā)動機內(nèi)的冷卻劑的溫度升高，并且從發(fā)動機循環(huán)ii^本發(fā) 明的熱交換組件，當(dāng)冷卻劑通過多個熱交換單元時，熱量通過芯體的表面 區(qū)域耗散到周圍空氣中，然后，溫度降低的冷卻劑從冷卻系統(tǒng)循環(huán)到發(fā)動 機內(nèi)部以進行再循環(huán)。
在冷卻系統(tǒng)中，如果熱交換組件中的一個熱交換單元被損壞而需要拆 卸，只須松開連接組件、取下要拆卸的單元即可。因此，相對于原有的整 件式一體熱交換器而言，更換方便并且節(jié)約成本。由于熱交換單元在^水 室側(cè)壁部位至少部分重疊地相連通，因而可在拆走一個熱交換單元后，方 便地安裝其他熱交換單元或其他熱交換器。并且通過貯水室側(cè)壁來連接， 使得熱交換組件的結(jié)構(gòu)布置靈活，有利于減少熱交換組件的占據(jù)空間，同 時在熱交換組件兩側(cè)交錯地形成的凹進空間內(nèi)可安裝其他熱交換器，不會 造成空間的浪費，并可以選擇在該熱交換組件的上游或下游側(cè)(以熱交換 組件外部的冷卻介質(zhì)的流向來定)凹進空間內(nèi)安裝換熱器，以使整個冷卻 系統(tǒng)的冷卻效果最優(yōu)化。
本發(fā)明的熱交換組件可不僅僅用于發(fā)動機冷卻系統(tǒng)，而且可用于任何 要求結(jié)構(gòu)緊湊、方便拆卸的冷卻系統(tǒng)。
對本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，可以在不偏離本發(fā)明的范圍的情況下對本 發(fā)明的裝置做出多種改良和變型。本領(lǐng)域的技術(shù)人員通過考慮本說明書中 公開的內(nèi)容也可得到其它實施例。本說明書和示例僅應(yīng)被視為示例性的，本發(fā)明的真實范圍由所附權(quán)利要求以及等同方案限定。
權(quán)利要求
1. 一種熱交換組件，該組件包括多個熱交換單元，每個熱交換單元包括一芯體和連接在該芯體兩端的貯水室，所述芯體與其兩端的貯水室流體連通，其中，所述多個熱交換單元通過連接組件在貯水室部位至少部分重疊地串聯(lián)連接，使得在各熱交換單元芯體側(cè)面交錯地形成凹進空間，并且相互串聯(lián)連接的熱交換單元之間流體連通。
2. 根椐權(quán)利要求l所述的組件，其特征在于，所述凹進空間內(nèi)設(shè)有 冷卻器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的組件，其特征在于，所述冷卻器為空氣-空氣后冷卻器或油冷卻器。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的組件，其特征在于，所述熱交換單元以可 拆卸的方式串聯(lián)連接。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的組件，其特征在于，所述連接組件包括穿 it^目鄰熱交換單元中對應(yīng)貯水室壁的螺栓，以及包圍該螺栓的桿部的套管。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的組件，其特征在于，所述套管在一端具有 一周向凸緣，所述套管設(shè)置成所述周向凸緣位于相鄰熱交換單元的對應(yīng)貯 水室側(cè)壁之間。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的組件，其特征在于，相鄰熱交換單元 通過連通管流體連通，該連通管設(shè)置在相鄰熱交換單元的貯水室側(cè)壁上的 連通孔中。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的組件，其特征在于，所述連通管在其長度 方向的中部具有圓周凸緣。
9. 一種組裝熱交換組件的方法，該方法包括提供多個熱交換單元，每個熱交換單元包括一芯體和連接在該芯體兩 端并與之流體連通的貯水室，以及連接所述熱交換單元，在所述貯水室部位利用連接組件將所述多個熱交換單元至少部分重疊地串聯(lián)連接，使得在各熱交換單元芯體的側(cè)面交錯 地形成凹進空間，并且使各熱交換單元之間流體連通。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9的組裝熱交換組件的方法，其特征在于，將所述 多個熱交換單元以可拆卸的方式串聯(lián)連接。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9的組裝熱交換組件的方法，其特征在于，在所述 凹進空間內(nèi)安放冷卻器。
12. —種熱交換設(shè)備，其特征在于，包括多個并排放置的根據(jù)權(quán)利要 求l-8之所述熱交換組件。
13. —種工程機械，其特征在于，包括權(quán)利要求12所述的熱交換設(shè)備。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種熱交換組件及其組裝方法、熱交換設(shè)備、工程機械，該組件包括多個熱交換單元，每個熱交換單元包括一芯體和連接在該芯體兩端的貯水室，所述芯體與其兩端的貯水室流體連通，其中，所述多個熱交換單元通過連接組件在貯水室部位至少部分重疊地串接，使得在各熱交換單元芯體側(cè)面交錯地形成凹進空間，所串接的多個熱交換單元之間流體連通。
文檔編號F28F9/26GK101451794SQ20071019633
公開日2009年6月10日 申請日期2007年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月30日
發(fā)明者杰森·卡特, 田國平 申請人:卡特彼勒科技新加坡有限公司