专利名称：热交换组件及其组装方法、热交换设备、工程机械的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种热交换组件，更具体地涉及一种用于对机器动力系统 进行散热的热交换组件。本发明还涉及组装这种热交换组件的方法以及包 含这种热交换组件的设备与包含该设备的工程机械。
背景技术：
一般而言，重型机械设备如建筑机械的工作环境非常恶劣，在带有散 热器的发动机系统中，散热器常常可能被损坏。 一旦整个散热器损坏，需 要替换或维修整个散热器，有时不得不拆卸用于冷却液压装置工作油的油 冷却器以及用于冷却已压缩的增压空气的空气-空气后冷却器，不仅费时而 且成本高。另外，由于建筑机械中冷却系统结构复杂，冷却系统中各冷却 器的布置结构和设计对冷却系统的冷却效率以及设置空间的紧凑性影响很 大，并且如果结构不利于拆卸或清洗，对于维修和更换来说费时费力。
中国专利申请文献CN1417051A中公开了 一种建筑机械用冷却装置， 其中，风扇的通风路径上设有带开口部的机架，在机架的开口部并列地设 置散热器、油冷却器和后冷却器，这些热交换器大致在同一平面上。所述 散热器、油冷却器和后冷却器中的至少一个可以从所述机架上拆卸。这种 建筑机械用冷却装置虽然在拆卸、清洗、维修方面提供了方便，但是该冷 却装置与其它传统冷却装置一样存在空间效率的问题。在可用空间有限的 建筑机械中，并列布置散热器、油冷却器和后冷却器的冷却装置的应用是 有一定局限性的。
另外，如日本特开2002-371845公开的建筑机械用冷却装置中，散热 器竖立设置在靠发动机驱动的风扇的前面，散热器前面竖立设置油冷却器，而后冷却器水平设置在散热器、油冷却器前上方，这样布置的冷却装置除 不方便拆卸维修外，总体散热效率不高。
本发明的目的是克服上述的一个或多个问题。
发明内容
本发明一方面提供了一种热交换组件。该组件包括多个热交换单元， 每个热交换单元包括一芯体和连接在该芯体两端的贮水室，所述芯体与其 两端的贮水室流体连通，其中，所述多个热交换单元通过连接组件在ji&水 室的部位至少部分重叠地串联连接，使得在各热交换单元芯体侧面交错地 形成凹进空间，并且相互串联连接的热交换单元之间流体连通。
本发明的又一方面提供了 一种组装热交换组件的方法。该方法包括 提供多个热交换单元，每个热交换单元包括一芯体和连接在该芯体两端并 与之流体连通的贮水室；连接所述热交换单元，在所述热交换单元的]3i水 室部位利用连接组件将所述热交换单元至少部分重叠地串联连接，使得在 各热交换单元芯体侧面交错地形成凹进空间，并且使各热交换单元之间流 体连通。
本发明的另 一方面是提供一种热交换设备，该热交换设备包括多个如 上所述的热交换组件。
本发明的再一方面则提供了 一种工程机械，该工程机械包括上述热交 换设备。
图1示意性示出根据本发明的热交换设备，其装配有根据本发明的热 交换组件；
图2示出构成本发明的热交换组件的热交换单元的分解透视图； 图3示意性示出相邻热交换单元的贮水室之间的连接；以及 图4示意性示出根据本发明的热交换设备的一种布置。
具体实施例方式
在下面的说明中，"侧向"或"侧面"是指图1中的左右方向或在左 右方向上相对的表面，"端面"是指图1中沿上下方向相对的表面。
图1示出根据本发明的热交换设备，该设备包括根据本发明的热交换
组件、设置在该热交换组件侧面的油冷却器7和空气-空气后冷却器8以及 分别连接在该热交换组件的首端和末端的进口水箱1、出口水箱2。该热交 换组件由多个热交换单元组成，每个热交换单元包括位于中间的芯体3以 及连接在芯体两端的贮水室。根据流体30进出该芯体3或该热交换单元的 方向，位于芯体两端的贮水室可分为进水室5和出水室6。稍后将对热交 换单元进行详细的说明。在该热交换组件中，每对相邻热交换单元在其|& 水室部位，完全或是部分重叠地串联连接，使得在热交换单元的芯体3的 两侧交错地形成凹进空间。在图1所示的优选实施例中，所述多个热交换 单元在相应贮水室的侧面处部分重叠地串联连接。当然，所述热交换单元 也可在其相应贮水室的端面上部分重叠地串联连接。所形成的凹进空间可 用于放置冷却器如油冷却器和空气-空气后冷却器等。
根据图1的优选实施例，流体30从进口水箱1进入第一热交换单元， 在第一热交换单元的进水室5转向进入第一热交换单元的芯体3，然后进 入该第一热交换单元的出水室6，最后在该出水室6转向排出第一热交换 单元并进入第二热交换单元，接着，以类似方式进入第三热交换单元，最 后从出口水箱2排出，这样使得流体30呈Z形曲折流动。在流体30流过 每个热交换单元的芯体3时，该流体30的热量都会被传递至外部环境，如 流动的空气。应该理解，流体30可以是水、乙二醇或7K/乙二醇混合物。 当然，热交换组件中热交换单元的数量也不仅限于三个。
图2示出組成热交换组件的热交换单元的一个示例性实施例。该热交 换单元包括芯体3、进水室5和出水室6，进水室5和出水室6在同一侧的 侧壁上具有用于使流体30通过的连通孔21。进水室5和出水室6的彼此 相对的端面具有狭缝15。芯体3可包括多个用于流体流动通过其中的扁平 空心体IO、外翅片9和间隔块20。所述扁平空心体10的两端开口并且分别插入进水室5和出水室6的端面上的狭缝15，从而与进水室5和出水室 6流体连通。该扁平空心体10可通过外翅片9隔开，该外翅片9可钎焊在 各扁平空心体IO的外表面上以增大其外表面面积从而有助于热传递。间隔 块20位于夹在两个扁平空心体之间的翅片的两端，并通过例如钎焊连接到 所述两个扁平空心体上，以起到支承、加固的作用。外翅片9可由薄金属 板通过弯曲或其它方式形成为所希望的构型。其构型应考虑到使环境空气 自由流过外翅片，从而使得环境空气能够将扁平空心体和外翅片的热量带 走。外翅片可具有多种不同构型，包括例如蛇形、锯齿形、百叶形和波形。 为了加强换热，还可以在扁平空心体内插置内翅片，或者釆用其它方式改 变扁平空心体内流体的流动形式从而增强换热效果。在一种实施例中，芯 体3也可以不包括外翅片9和间隔块20。
图3示例性示出相邻热交换单元的贮水室之间的连接，其中左侧的贮 水室5，例如表示在流体流动方向上处于下游的热交换单元的进水室，右 侧的^水室6，例如表示与W目邻的处于上游的热交换单元的出水室。如 图3所示，所述贮水室5、 6 (分属相邻热交换单元)通过侧壁上的连通孔 21流体连通。所述连通孔21为阶梯通孔，其中直径较大的孔段设置成比 直径较小的孔段更远离相应贮水室的内部空间。横跨所述l&水室5和6的 对应侧壁上的连通孔21，设有一连通管41，该连通管41的两端401、 402 分别伸入贮水室5和6之内。连通管41优选由金属制成，但也可由例如橡 胶等其它材料制成。连通管41沿其长度方向在中部具有一用于将该连通管 保持就位的圆周凸缘403。在贮水室5、 6的连通孔21的直径较大的孔段 内分别设有环形橡胶垫片546、 646，以便通过夹紧连通管41的圆周凸缘 403而将该连通管42固定就位。优选所述橡胶垫片546、 646的外径略大 于该圆周凸缘403的外径，以避免该圆周凸缘403的侧面直接抵靠]i&水室 5、 6的壁。
在本发明的实施例中，贮水室5与贮水室6通过连接组件50实现可拆 卸连接。在图3所示的优选实施例中，连接组件50包括螺栓54、套管51、 垫圏55以及垫片56。贮水室5的相对的两侧壁上设有用于供螺栓54穿过的孔13,而贮水室6的对应侧壁上设有带沉孔52的突起部53，以用于接 纳螺栓54。突起部53通过例如焊接一体地设置在贮水室6的侧壁内侧， 该突起部的沉孔52从贮水室6的侧壁外表面延伸到突起部52内，以接纳 螺栓54的杆部。螺栓与突起部的连接可以是螺紋连接，也可以是形配合。 套管51包括一直杆部分和位于直杆部分一端的周向凸缘部分511。在连接 状态下，螺栓54的杆部穿过套管51,并且该套管51的周向凸缘部分511 夹置在贮水室5、 6的相邻侧壁之间，从而既有利于密封，又可保护螺栓 54。垫片56用于调节贮水室5、 6的相邻侧壁之间的间距。垫圏55设置在 螺栓54的头部和套管51的靠近该头部的端部之间，以用于调节螺栓54 拧入沉孔52的深度，同时防止螺栓头部受到的应力过大。
虽然在上面的说明中图3所示的是贮水室之间的连接，但进水室与进 口水箱之间或出水室与出口水箱之间的连接也可同样实施。另外，图3所 示的连接组件仅作为本发明的一种优选实施例，也可通过贯穿两贮水室的 带套管或不带套管的螺栓实现所述贮水室之间的连接。就用于连接的结构 (例如带沉孔52的突起部53)而言，只要相邻热交换单元的两个待连接 的贮水室具有相配合的对应结构即可，同属于一个热交换单元的贮水室可 以具有不同的连接结构。
虽然在图3所示实施例中，通过两个连接组件50实现贮水室之间的连 接，但本领域技术人员应该理解，连接组件的数量并不限于此。例如，可 在贝5水室的侧壁上围绕连通孔分布多个用于连接组件的孔。
图4示出一种热交换设备的布置，其包括并列放置的多个(图中仅显 示了两个)热交换组件，这两个热交换组件的首端的贮水室与带有两个进 口管道25的进口水箱1相连通，位于两个热交换组件末端的贮水室与带有 两个出口管道26的出口水箱2相连通。在该热交换设备的两侧，设置有用 于固定热交换组件的边框27、 28。在此热交换"i殳备的所有的凹进空间内， 可设有冷却器，例如油冷却器或空气-空气后冷却器等。
工业适用性下面说明组装根据本发明的热交换组件的方法首先，将贮水室连接 在芯体两端，组成单个热交换单元，接着，将一个热交换单元与另一个热 交换单元的待连接的贮水室配对使得待连接的贮水室具有相配合的对应结 构，并且将连通管放置在贮水室侧壁上的预定位置，然后，通过连接组件 将待连接的贮水室连接，接着以同样的方式连接下一个热交换单元，最后 将多个热交换单元在贮水室处部分重叠地串联连接，使得在各热交换单元 芯体側面交错地形成凹进空间，并且使相互串联连接的热交换单元之间流 体连通。
在带有根据上述方法组装的热交换组件的发动机冷却系统中，在发动 机运行期间，发动机内的冷却剂的温度升高，并且从发动机循环ii^本发 明的热交换组件，当冷却剂通过多个热交换单元时，热量通过芯体的表面 区域耗散到周围空气中，然后，温度降低的冷却剂从冷却系统循环到发动 机内部以进行再循环。
在冷却系统中，如果热交换组件中的一个热交换单元被损坏而需要拆 卸，只须松开连接组件、取下要拆卸的单元即可。因此，相对于原有的整 件式一体热交换器而言，更换方便并且节约成本。由于热交换单元在^水 室侧壁部位至少部分重叠地相连通，因而可在拆走一个热交换单元后，方 便地安装其他热交换单元或其他热交换器。并且通过贮水室侧壁来连接， 使得热交换组件的结构布置灵活，有利于减少热交换组件的占据空间，同 时在热交换组件两侧交错地形成的凹进空间内可安装其他热交换器，不会 造成空间的浪费，并可以选择在该热交换组件的上游或下游侧(以热交换 组件外部的冷却介质的流向来定)凹进空间内安装换热器，以使整个冷却 系统的冷却效果最优化。
本发明的热交换组件可不仅仅用于发动机冷却系统，而且可用于任何 要求结构紧凑、方便拆卸的冷却系统。
对本领域的技术人员而言，可以在不偏离本发明的范围的情况下对本 发明的装置做出多种改良和变型。本领域的技术人员通过考虑本说明书中 公开的内容也可得到其它实施例。本说明书和示例仅应被视为示例性的，本发明的真实范围由所附权利要求以及等同方案限定。
权利要求
1. 一种热交换组件，该组件包括多个热交换单元，每个热交换单元包括一芯体和连接在该芯体两端的贮水室，所述芯体与其两端的贮水室流体连通，其中，所述多个热交换单元通过连接组件在贮水室部位至少部分重叠地串联连接，使得在各热交换单元芯体侧面交错地形成凹进空间，并且相互串联连接的热交换单元之间流体连通。
2. 根椐权利要求l所述的组件，其特征在于，所述凹进空间内设有 冷却器。
3. 根据权利要求2所述的组件，其特征在于，所述冷却器为空气-空气后冷却器或油冷却器。
4. 根据权利要求l所述的组件，其特征在于，所述热交换单元以可 拆卸的方式串联连接。
5. 根据权利要求4所述的组件，其特征在于，所述连接组件包括穿 it^目邻热交换单元中对应贮水室壁的螺栓，以及包围该螺栓的杆部的套管。
6. 根据权利要求5所述的组件，其特征在于，所述套管在一端具有 一周向凸缘，所述套管设置成所述周向凸缘位于相邻热交换单元的对应贮 水室侧壁之间。
7. 根据权利要求1或4所述的组件，其特征在于，相邻热交换单元 通过连通管流体连通，该连通管设置在相邻热交换单元的贮水室侧壁上的 连通孔中。
8. 根据权利要求7所述的组件，其特征在于，所述连通管在其长度 方向的中部具有圆周凸缘。
9. 一种组装热交换组件的方法，该方法包括提供多个热交换单元，每个热交换单元包括一芯体和连接在该芯体两 端并与之流体连通的贮水室，以及连接所述热交换单元，在所述贮水室部位利用连接组件将所述多个热交换单元至少部分重叠地串联连接，使得在各热交换单元芯体的侧面交错 地形成凹进空间，并且使各热交换单元之间流体连通。
10. 根据权利要求9的组装热交换组件的方法，其特征在于，将所述 多个热交换单元以可拆卸的方式串联连接。
11. 根据权利要求9的组装热交换组件的方法，其特征在于，在所述 凹进空间内安放冷却器。
12. —种热交换设备，其特征在于，包括多个并排放置的根据权利要 求l-8之所述热交换组件。
13. —种工程机械，其特征在于，包括权利要求12所述的热交换设备。
全文摘要
本发明涉及一种热交换组件及其组装方法、热交换设备、工程机械，该组件包括多个热交换单元，每个热交换单元包括一芯体和连接在该芯体两端的贮水室，所述芯体与其两端的贮水室流体连通，其中，所述多个热交换单元通过连接组件在贮水室部位至少部分重叠地串接，使得在各热交换单元芯体侧面交错地形成凹进空间，所串接的多个热交换单元之间流体连通。
文档编号F28F9/26GK101451794SQ20071019633
公开日2009年6月10日 申请日期2007年11月30日 优先权日2007年11月30日
发明者杰森·卡特, 田国平 申请人:卡特彼勒科技新加坡有限公司