模块化芯体冷却系统的制作方法

专利名称：模块化芯体冷却系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种模块化冷却系统，尤其涉及一种具有多个冷却模块的 模块化冷却系统。
背景技术：
大型发电机或发动机系统的运行通常生成大量的热，必须将所述热有 效地耗散以防止对设备造成损害。这通常通过基于冷却剂的散热器系统来 完成，在该系统中，泵使冷却剂通过散热器内的管循环。空气将管内的冷 却剂冷却，此后冷却剂通过泵送至设备内的各个部件以冷却这些部件。
已知利用与冷却剂箱连通的冷却模块芯体构造与发电机或发动机系统
一起使用的散热器。在将单冷却模块芯体用于发电机的情况下，为了有效 地从发电机散热，需要冷却模块芯体具有大尺寸以提供有效的冷却表面。 散热器常常需要运输到不同的工作地点。但是，大尺寸的冷却模块芯体可能不适合常规40英尺集装箱，因此每次用集装箱运输之前必须将冷却模块 芯体拆开。
由具有散热器的发动机系统提供能量的重型机械设备例如建筑机械常 常在可能会对冷却模块芯体造成物理损坏的环境中工作。在冷却模块芯体 损坏的情况下，需要替换或维修整个冷却模块芯体。替换大件的冷却模块 芯体费时且成本高，并且可能需要使设备停止运行。
授予Morse的US专利No. 4，741，392 (，392专利)公开了一种用于将
多个冷却模块连接到散热器框架以在框架上的间隔开的入口和出口歧管箱 之间建立连通的结构。，392专利内的多芯体散热器包括刚性框架、上部入 口歧管箱、底部出口歧管箱和间隔开的竖直侧框架部件。入口歧管箱包括
多个端口，而出口歧管箱具有其数量与入口歧管箱的端口数相同的多个端 口。多芯体散热器还包括多个冷却模块，每个冷却模块具有连接到入口歧 管箱的上部汇集箱和连接到出口歧管箱的下部汇集箱。在每个冷却模块内 设置多排管以便在汇集箱之间实现连通。冷却模块通过在所述多排管内循 环的冷却剂散热。
尽管，392专利的多芯体散热器因为能在损坏时将单个冷却模块拆下并 替换而为散热器的维修提供了方便，但该散热器仍存在与其它传统散热系 统一样的空间效率问题。例如，，392专利的多芯体模块化散热器仍需要与 传统的单芯体冷却模块一样大的芯体结构，以便提供相同效率的冷却表面。 此外，冷却系统与其联接的发动机或发电机的运行会导致冷却模块振动， 从而可能损坏冷却模块。
本发明旨在解决一个或多个上述缺陷。

发明内容
在一个方面，本发明涉及一种模块化冷却系统。该模块化冷却系统可 包括主框架、上部箱、下部箱和冷却模块。主框架可具有上部框架、至少 一个中间框架和下部框架。上部箱可安装在主框架的上部框架上。下部箱 可安装在主框架的下部框架上。在主框架的上部框架、至少一个中间框架 和下部框架上可拆卸地安装有多个冷却模块。每个冷却模块可拆卸地连接 到上部箱和下部箱。
在另一方面，提供了一种组装冷却系统的方法。该方法可包括提供具 有上部框架、至少一个中间框架和下部框架的主框架。可在主框架的上部 框架上安装上部箱，并可使该上部箱的入口连接到第一冷却剂管，该第一 冷却剂管能够与机器的至少一部分交换热量，可在主框架的下部框架上安 装下部箱，并可使该下部箱的出口连接到第二冷却剂管。可在主框架的上 部框架、至少一个中间框架和下部框架上以可拆卸的方式安装多个冷却模 块。可使冷却模块与上部箱和下部箱流体连接，
在又一方面，本发明涉及一种具有模块化冷却系统的发电机系统。该
发电机系统可包含具有形成冷却剂回路的一部分的冷却剂通路的发电机， 以及设置在该冷却剂回路内的模块化冷却系统。该模块化冷却系统可包括 主框架、上部箱、下部箱和多个冷却模块。主框架可具有上部框架、至少 一个中间框架和下部框架。上部箱可安装在主框架的上部框架上。下部箱 可安装在主框架的下部框架上。多个冷却才莫块可拆卸地安装在主框架的上 部框架、至少一个中间框架和下部框架上。每个冷却模块可拆卸地连接到 上部箱和下部箱。


图l是根据本发明的示例性模块化冷却系统的正面透视图； 图2是图1内的模块化冷却系统的侧面透视图； 图3是使用图1的示例性冷却系统的示例性液力回路的示意图；以及 图4是用于为使用本发明的示例性冷却系统的机械提供冷却的方法的 流程图。
具体实施例方式
图1示出根据本发明的模块化冷却系统10。模块化冷却系统10可包 括主框架12、上部箱14、下部箱16和多个冷却模块18。冷却模块的长(高) 度可选择在1.0米到3.0米之间，冷却模块的长度和宽度的比例可以为1: 0.1-0.75。如图1中冷却模块18的长(高)度可以是1.3米，冷却模块18 的宽度可以是0.3米。当然冷却模块的长度和宽度可根据工作机械对冷却 系统的要求选择其他尺寸和对应比例，工作机械可以是如发电机和发动机 以及其他用于建筑和工程的车辆等。主框架12可具有第一 (前)侧20和 第二 (后)侧22，并且可包括上部框架24、至少一个中间框架26、下部 框架28以及两个侧框架29A和29B。在图1所示的示例性实施例中，冷 却系统10使用设置在上部框架24和下部框架28之间的一个中间框架26。 本领域技术人员应当理解，可在上部框架24和下部框架28之间使用两个 或更多中间框架。在一个示例性实施例中，冷却模块18可以是铝制的。
上部箱14可安装在上部框架24上，而下部箱16可安装在下部框架 28上。在一个实施例中，上部箱14和下部箱16可例如通过包括螺钉、螺 栓的紧固件或任何其它传统装置分别可拆卸地安装在上、下部框架24、 28 上。上部箱14可以是带有多个出水口的水箱或水管。下部箱16可以是带 有多个进水口的水箱或水管。如图所示，上部箱14包括多个出口 32和用 于连接到冷却剂源的入口 30，该冷却剂源例如是能够与和模块化冷却系统 10 —起使用的发电机的至少一部分交换热量的冷却剂管(例如穿过发电机 延伸的冷却剂管)。下部箱16包括出口 38和多个入口 36。该出口 38可 连接到冷却剂源。
模块化冷却系统10的冷却模块18可拆卸地安装在主框架12上，例如 通过可为螺钉、螺栓的紧固件或任何其它传统装置可拆卸地固定在上部框 架24、中间框架26和下部框架28上。在运行中，与冷却系统10联接的 发动机或发电机会导致冷却模块18振动。中间框架26可用于减小冷却模 块18的振动，从而可防止冷却才莫块18损坏。冷却模块18可包括与上部箱 14的出口 32流体连接的入口 42，以及与下部箱36的入口 36流体连接的 出口 46。在一个实施例中，冷却模块18的入口 42和出口 46分别通过管 50连接到上部箱14的出口 32和下部箱16的入口 36。在一个实施例中， 管50可以是柔性管，例如用橡胶或其它适当的材料制成的软管。管50可 包括两个端部，所述端部适合于密封地连接到上部箱14的出口 32和冷却 模块18的入口 42，以及连接到冷却模块18的出口 46和下部箱16的入口 36。在一个实施例中，管50的两端中的至少一个和对应的入口或出口可拆 卸地连接。当管50的端部与对应的入口或出口脱开连接时，冷却^f莫块18 可从主框架12上拆下。如果将冷却模块18从主框架12上拆下，则上部和 下部箱14和16的敞开的出口和入口可用塞子密封，并J^莫块化冷却系统 10的剩余部分可继续运行。
每个冷却模块18内设置有在入口 42和出口 46之间建立流体连通的通 道。冷却模块18内的通道可采用与传统冷却散热器的通道一样的任何形状 例如蛇形，以便增加冷却表面积并通过表面均匀散热。在使用中，冷却剂 通过入口 42进入冷却模块18，流过所述管道，并通过出口 46离开冷却模 块18。
在一个实施例中，;f莫块化冷却系统10可包括至少一个可拆卸地安装在 主框架12的前侧20的冷却模块18和至少一个可拆卸地安装在主框架12 的后侧22的冷却模块18。在如图1和2所示的替代实施例中，模块化冷 却系统10可包括两个可拆卸地安装在主框架12的前侧20的冷却模块18 和三个可拆卸地安装在主框架12的后侧22的冷却模块18。如图2所示， 前侧20的冷却模块18和后侧22的冷却模块18可交错地设置。本领域技 术人员应当理解，模块化冷却系统10可在各侧使用任意数量的冷却模块 18。
在模块化冷却系统10的另一实施例中，可在上部箱14的出口 32使用 阀51以便选择性地控制从上部箱14到冷却模块18的流体流。在一些示例 性实施例中，阀51可以是电磁阀。本领域技术人员应当理解，阀51可设 置在从上部箱14的出口 32到下部箱16的入口 36的液力回路的其它部分 处，例如设置在管50的一端。
在其中模块化冷却系统10可在主框架12的各侧包括多个冷却模块18 的实施例中，操作员可通过从主框架12上拆下冷却模块18或者通过关闭 控制阀51 (在使用控制阀的实施例中)来选择性地关闭 一个或多个冷却模 块。例如，当周围空气温度较低时，模块化冷却系统10中可仅有一个或两 个冷却模块18运行，而当周围空气温度较高时，冷却系统10可使用主框 架12两侧的所有冷却模块18。如果将一个或多个冷却模块18从主框架12 上拆下，则可将上部箱14的对应出口 32和下部箱16的对应入口 36用塞 子或阀密封。
工业适用性
本发明的模块化冷却系统可提高大型发电机或发动机系统所需的散热 效率。本发明的模块化冷却系统可用于发电机或发动机系统的任何应用。 电。本发明的才莫块化冷却系统可与任何重型设备例如汽车、建筑机械(包 括路面机械和非路面机械)和其它设备一起使用。
在发电机或发动机的运行期间，发电机或发动机内的冷却剂的温度可
升高，并且可从发电机或发动机循环i^A模块化冷却系统100内。冷却剂 通过入口 30进入上部箱14，流过该上部箱14,并通过管50进入冷却模块 18。当冷却剂循环通过所述多个冷却才莫块18内的通道时，热量通过冷却模 块18的表面区域耗散到周围空气中。然后，低温冷却剂从多个冷却模块 18循环到下部箱16以便通过发电机或发动机再循环。
图3示出模块化冷却系统10在液力回路200内的示例性应用。液力回 路200可包括在运行期间生热的发电机或发动机或其它机器202、冷却风 扇204、液力泵210和模块化冷却系统10。模块化冷却系统10和冷却风扇 204设置在与发动机/机器202相关联的空气通路216内。模块化冷却系统 10通过管218连接到机器202的内部冷却管(未示出)。模块化冷却系统 10适于降低冷却剂的温度，该冷却剂在机器202内循环时变热。液力泵210 有助于制冷剂循环通过机器202和模块化冷却系统10。
图4示出用于组装模块化冷却系统的方法的流程图。在步骤220，提 供用于冷却系统10的主框架12。主框架12可包括前侧、后侧、上部框架 和下部框架。在步骤230，在主框架12的上部框架上安装上部箱14，并使 上部箱14的入口与冷却剂管218连接，该冷却剂管能够与机器的至少一部 分交换热量。在步骤240，在主框架12的下部框架上安装下部箱16并使 下部箱16的出口与冷却剂管218连接，该冷却剂管能够与机械的至少一部 分交换热量。在步骤250，以可拆卸的方式在主框架12的前侧安装至少一 个冷却模块18，并在主框架12的后侧安装至少一个冷却模块18。在步骤 260，使冷却模块18的入口通过柔性管50与上部箱14的出口连接，并使 冷却模块18的出口通过柔性管50与下部箱16的入口连接。
由于模块化冷却系统在主框架的两侧使用两排冷却模块，所以模块化 冷却系统可通过较小的尺寸 一这会占用较小的空间并且较易于运输一提供 相同的散热效果。另外，在冷却模块损 可通过将阀关闭来封闭模块化冷却系统内的对应于故障冷却模块的端口 ， 而模块化冷却系统可继续在部分负荷下运行，直至能够进行替换。还可容 易地根据周围温度选择性地拆除或关闭一个或多个冷却模块。此外，由于 使用柔性管将冷却模块和上、下部箱连接，所以冷却模块具有一定的柔性， 并且能吸收振动以及适应扭曲和热膨胀。
显然，本领域普通技术人员可在不脱离本发明的范围的情况下设计出 所公开的模块化冷却系统的各种修改和变型。通过考虑说明书和此处所公 开的本发明实现方式，本发明的其它实施例对于本领域普通技术人员将是 显而易见的。说明和示例只是示例性的，本发明的真实范围由随附的权利 要求及其等价方案限定。
权利要求
1. 一种模块化冷却系统，该模块化冷却系统包括:具有上部框架、至少一个中间框架和下部框架的主框架；安装在主框架的上部框架上的上部箱；安装在主框架的下部框架上的下部箱；可拆卸地安装在主框架的所述上部框架、所述至少一个中间框架和所述下部框架上的多个冷却模块；其中每个冷却模块流体连接到上部箱和下部箱。
2. 根据权利要求l的模块化冷却系统，其特征在于，该冷却模块是 铝制的。
3. 根据权利要求l的模块化冷却系统，其特征在于，上部箱具有至 少一个入口和至少一个出口 ，下部箱具有至少一个入口和至少一个出口 ， 其中每个冷却模块包括通过笫 一柔性管可拆卸地连接到上部箱的所述出口 的入口 、通过第二柔性管可拆卸地连接到下部箱的所述入口的出口 。
4. 根据权利要求3的模块化冷却系统，其特征在于，该第一和第二 柔性管分别可拆卸地连接在上部箱和冷却模块之间以及冷却模块和下部箱 之间。
5. 根据权利要求l的模块化冷却系统，其特征在于，所述多个冷却 模块包括在主框架的前侧可拆卸地安装在所述上部框架、所述至少一个中 间框架和所述下部框架上的至少一个冷却模块，以及在主框架的后侧可拆 卸地安装在所述上部框架、所述至少一个中间框架和所述下部框架上的至 少一个冷却模块。
6. 根据权利要求5的模块化冷却系统，其特征在于，前侧的所述至 少 一个冷却模块和后侧的所述至少 一个冷却模块交错地设置。
7. 根据权利要求5的模块化冷却系统，其特征在于，前侧的所述至 少 一个冷却模块包括安装在主框架的前侧的两个冷却模块，其中后侧的所 述至少一个冷却模块包括安装在主框架的后侧的三个冷却模块。
8. 根据权利要求l的模块化冷却系统，其特征在于，上部箱和下部 箱可拆卸地安装在主框架上。
9. 根据权利要求l的模块化冷却系统，其特征在于，上部箱和所述 冷却模块之间的流体连通由阀选择性地控制。
10. —种组装冷却系统的方法，该方法包4舌 提供具有上部框架、至少一个中间框架和下部框架的主框架； 在主框架的上部框架上安装上部箱，并使该上部箱的入口与能够与机械的至少一部分交换热量的第一冷却剂管相连接；在主框架的下部框架上安装下部箱，并使该下部箱的出口与第二冷却 剂管相连接；以可拆卸的方式在主框架的所述上部框架、所述至少一个中间框架和 所述下部框架上安装多个冷却模块；以及 使冷却模块与上部箱和下部箱流体连接。
11. 根据权利要求10的组装冷却系统的方法，其特征在于，该冷却 模块是铝制的。
12. 根据权利要求10的组装冷却系统的方法，其特征在于，4吏冷却 模块与上部箱和下部箱流体连接包括用柔性管使冷却模块的入口和上部箱 的出口连接，以及用柔性管使冷却模块的出口和下部箱的入口连接。
13. 根据权利要求10的组装冷却系统的方法，其特征在于，使冷却 模块与上部箱和下部箱流体连接包括以可拆卸的方式使冷却模块与上部箱 和下部箱连接。
14. 根据权利要求10的组装冷却系统的方法，其特征在于，在主框 架的所述上部框架、所述至少一个中间框架和所述下部框架上安装多个冷 却模块包括以可拆卸的方式在主框架的前侧在所述上部框架、所述至少一 个中间框架和所述下部框架上安装至少一个冷却模块，以及在主框架的后 侧在所述上部框架、所述至少一个中间框架和所述下部框架上安装至少一 个冷却模块。
15. 根据权利要求14的组装冷却系统的方法，其特征在于，在主框架的前侧安装至少一个冷却模块以及在主框架的后侧安装至少一个冷却模 块包括将主框架的前侧的所迷至少一个冷却才莫块相对于后侧的所述至少一 个冷却模块交错地设置。
16. 根据权利要求10的组装冷却系统的方法，其特征在于，在主框 架上安装上部箱和下部箱包括以可拆卸的方式在主框架上安装上部箱和下 部箱。
17. —种发电机系统，包括具有形成冷却剂回路的一部分的冷却剂通路的发电机，以及 设置在该冷却剂回路内的模块化冷却系统，该模块化冷却系统包括 具有上部框架、至少一个中间框架和下部框架的主框架； 以可拆卸的方式安装在主框架的上部框架上的上部箱； 安装在主框架的下部框架上的下部箱；可拆卸地安装在主框架的所述上部框架、所述至少一个中间框架 和所述下部框架上的多个冷却模块，其中每个冷却模块流体连接到上部箱 和下部箱。
18. 根据权利要求17的发电机系统，其特征在于，上部箱具有至少 一个入口和多个出口，下部箱具有多个入口和至少一个出口，其中每个冷 却模块包括通过第一柔性管可拆卸地连接到上部箱的所述多个出口之一上 的入口 ，以及通过第二柔性管可拆卸地连接到下部箱的所述多个入口之一 上的出口。
19. 根据权利要求17的发电机系统，其特征在于，所述多个冷却模 块包括在主框架的前侧可拆卸地安装在所述上部框架、所述至少一个中间 框架和所述下部框架上的至少一个冷却模块，以及在主框架的后侧可拆卸 地安装在所述上部框架、所述至少一个中间框架和所述下部框架上的至少 一个冷却模块。
20. 根据权利要求19的发电机系统，其特征在于，前侧的冷却模块 和后侧的冷却模块相互交错地设置。
全文摘要
一种模块化冷却系统可包括主框架、上部箱、下部箱和冷却模块。主框架可具有上部框架、至少一个中间框架和下部框架。上部箱可安装在主框架的上部框架上。下部箱可安装在主框架的下部框架上。在主框架的上部框架、至少一个中间框架和下部框架上可拆卸地安装多个冷却模块。每个冷却模块可流体连接到上部箱和下部箱。
文档编号F28F9/26GK101382403SQ20071014923
公开日2009年3月11日 申请日期2007年9月7日 优先权日2007年9月7日
发明者田国平, 马久波 申请人:卡特彼勒科技新加坡有限公司