具有改进移除特征的管‑翅片组件及其制造方法与流程

本发明总体涉及管-翅片式热交换器。更具体地，本发明涉及一种具有移除特征的管-翅片组件及其制造方法。

背景技术：

履带式拖拉机、装载机、非公路卡车及挖掘机等大重型机器需要大型散热器来冷却发动机。此外，许多现代车辆搭载额外的热交换器，用于冷却与这些液冷式发动机联合使用的汽车传动系统中的液体，一些车辆采用油冷却器来冷却发动机机油。这些补充热交换器和油冷却器利用通过发动机冷却系统散热器的冷却剂来冷却传动流体或发动机机油。

为了将热量从液体冷却剂有效地传递至周围空气，散热器芯通常由相对较薄的热导材料构成。一种常见的散热器设计是管-翅片结构，其中，多个管-翅片组件安装至冷却剂歧管并按行和列布置。

组成散热器的管-翅片组件通常固定至冷却剂歧管，并用柔性垫圈或密封件密封在冷却剂歧管上。所述管可以包括围绕管的底端周向布置的凸边，并且，密封件包括用于接收凸边以将管-翅片组件保持就位的周向槽。美国专利公开2014/0182829公开了一种这样的管密封构造，其中描述了一种热交换组件。

散热器芯置于车辆中将暴露于冷却空气的位置。由于这种相对精细的构造以及散热器所处的暴露位置，散热器芯容易因飞石、碎石及其它碎屑等各种道路危险而损坏，并且容易因碰撞发生意外损坏。此外，散热器芯容易因腐蚀、极热或极冷而损坏。很多时候，这种损坏会导致散热器芯被刺穿，进而导致冷却剂损耗及冷却系统的完全失效。此时，必须修理散热器芯内损坏的管-翅片组件。一般地，损坏的管-翅片组件用管移除工具移除。但是，当管移除工具夹持一段管移除时，该段管会物理上不可修复地损坏，导致很难重新利用整个管-翅片组件。本发明解决了现有技术的这些及其它缺点。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决常规管-翅片(tube-and-fin)组件的问题。本发明一方面提供一种管-翅片组件。所述管-翅片组件包括具有细长主体的管，所述细长主体具有扁平侧面、用于附接至冷却剂歧管的柱形顶端和柱形底端，其中，所述底端包括底部凸边和顶部凸边。所述管-翅片组件进一步包括多个翅片，其设置为附接至所述管的任意侧的波形片材的一体部分。

本发明另一方面提供一种制造管-翅片组件的方法。所述方法包括：准备包括细长主体的管，所述细长主体具有由圆端连接的扁平侧面，其中，所述圆端包括用于附接至冷却剂歧管的柱形顶端和柱形底端；将底部凸边一体形成为所述底端的一部分；将所述底部凸边构造为通过适配在凹槽内至少部分地将所述管固定至所述冷却剂歧管，所述凹槽形成在所述冷却剂歧管的密封件内；在所述底端上一体形成顶部凸边，其中，所述顶部凸边沿所述管的纵向与所述底部凸边间隔开；以及将多个翅片附接至所述管的任意侧，其中，所述翅片设置为波形片材的一体部分。

本发明又一方面提供一种移除冷却芯组件中的管-翅片组件的方法。所述方法包括：准备管移除工具，其中，所述管移除工具的一部分构造为适配在所述管-翅片组件的管中顶部凸边与底部凸边之间的段内；用所述管移除工具的所述部分牢牢夹持所述顶部凸边与所述底部凸边之间的所述段；以及通过用所述管移除工具移动所述管将所述底部凸边从冷却剂歧管分离，其中，从所述冷却剂歧管向上拉起所述底部凸边并使其与所述冷却剂歧管分离。所述管-翅片组件包括：具有细长主体的管，所述细长主体具有扁平侧面、用于附接至所述冷却剂歧管的柱形顶端及柱形底端，其中，所述底端包括所述底部凸边和所述顶部凸边；以及多个翅片，其设置为附接至所述管的任意侧的波形片材的一体部分。

附图说明

图1示出包括本发明特征的示例性作业机器的侧视图。

图2示出包括根据本发明的翅片和管的示例性冷却芯组件的正视图。

图3示出根据本发明的示例性管-翅片组件的立体图。

图4示出具有垫圈或密封件的图3所示管-翅片组件的底部的局部立体图。

图5示出根据本发明的管的底部的放大视图。

图6示出根据本发明的移除冷却芯组件中的管-翅片组件的示例性方法。

具体实施方式

虽然本发明可以有多种修改及替代形式，但其具体实施例已经通过举例方式在附图中示出并将在本文中详细描述。然而，应当理解的是，其目的并不在于将本发明限制为所公开的特定形式，相反地，其目的在于涵盖本文所公开的本发明主旨和范围内的所有修改、等同物和替换物。

参见附图，首先参见图1，其示出包括本发明特征的示例性作业机器10。作业机器10可以包括主框架12、发动机组件14、散热器组件20、地面接合机构30以及传动组件16。作业机器10可以进一步包括作业工具40。

地面接合机构30可以包括如图1中具体示出的轮子。在可选方案中，地面接合机构30还可以包括履带式拖拉机上常用的履带更换(track change)(未示出)。此外，应当理解的是，作业工具40可以包括如图1所示的车厢。在可选方案中，作业工具40可以包括其它类型的作业工具，如用于运土的铲斗或履带式拖拉机上常见的土方铲刀。

如图1所示，散热器组件20可以包括散热器风扇100和冷却芯组件200，冷却芯组件200具有上边缘、流体流入面及流体流出面。散热器组件20还可以包括框架，其支撑冷却芯组件200。冷却芯组件200包括翅片300(如图2所示)和管400(如图2所示)。

图2示出包括翅片300和管400的示例性冷却芯组件200。一方面，翅片300可以是波纹翅片结构。管400和翅片300堆叠设置。一方面，冷却芯组件200可以包括侧分隔件310。侧分隔件310和管400可以相对于彼此交替间隔排列，以尽可能减小冷却芯组件200因翅片300和管400热膨胀引起的变形。至少一个管400构造为附接至冷却剂歧管600。

图3示出冷却芯组件200(如图2所示)内的管-翅片组件500的立体图。管-翅片组件500包括至少一个管400和多个翅片300。根据本发明，管-翅片组件500的管400可以包括大体呈椭圆形、柱形和/或细长形主体410，所述细长形主体410具有由圆端430、440连接的扁平侧面420，并且限定轴线X。管400可以包括用于附接至冷却剂歧管600(如图2所示)的大体柱形顶端430和大体柱形底端440。一方面，底端440的长度L_B可以等于或大于顶端430的长度L_T。翅片300可以设置为附接至管400的任意侧420的波形片材的不可分割和/或一体部分。波形片材，以及翅片300，可以通过焊接、铜焊或其它方式附接至管400的侧面420。一方面，管-翅片组件500可以是铜环管(CGT)组件，其中，管400和翅片300均由铜或铜合金制成。CGT组件通常具有22个翅片每英寸(FPI)的翅片密度D，以及大约0.1毫米的典型翅片厚度T。CGT组件中的管厚度也非常小。每个翅片300可以从管400的侧面420径向向外延伸。扁平管400可以从材料坯中挤出并/或拉伸为扁平形状，并切割成离散长度。可选地，扁平管400在管磨机中用卷板通过以下方式制造而成：将卷板形成为圆形，缝焊，轧辊压扁为扁平管形状，以及切割成离散管长度。

图4为具有垫圈或密封件610的管-翅片组件500中管400的底端440的局部立体图。密封件610可以一体插入冷却剂歧管600(如图2所示)中，以使管-翅片组件500与冷却剂歧管600流体连接。密封件610可以用橡胶或其它柔性材料制成。密封件610可以包括大体柱形主体620、凸缘部630，凸缘部630从主体620向外延伸并且具有顶表面650、和限定孔670的内壁660。内壁660进一步限定凹槽680，凹槽680围绕内壁660的与凸缘630相对的部分周向设置，并且构造为接收底部凸边460。

在本发明的某些方面，管-翅片组件500中管400的底端440可以具有两个凸边450、460，其中，顶部凸边450与底部凸边460间隔设置。底部凸边460可以围绕底端440周向形成。底部凸边460可以一体形成为挤出管400的一部分，并且设计为通过适配在形成于密封件610内的凹槽680中帮助将管400固定至冷却剂歧管600。例如，为了连接管-翅片组件500与密封件610，管-翅片组件500插入孔670中，直到底部凸边460撞击密封件610的顶表面650。底部凸边角部461张开密封件610的顶表面650。将管-翅片组件500推入孔670中，直到底部凸边460捕获在凹槽680内。

顶部凸边450可以围绕底端440周向形成，并且沿管400的纵向与底部凸边460间隔开。顶部凸边450与底部凸边460之间的距离构造为将管移除工具700(如图6所示)容纳在两个凸边450、460之间。由于底端440中存在两个凸边450、460，底端的长度可以大于具有单个凸边的常规管底端的长度。一方面，底端440的长度L_B可以大于顶端430的长度L_T(如图3所示)。

图5为根据本发明的管400的底端440的放大视图。根据本发明的一方面，底部凸边460可以包括底部凸边角部461，其用于当底部凸边460在管400插入密封件610的过程中撞击密封件610的顶表面时，张开密封件610(如图4所示)。底部凸边角部461是平滑的三维周向曲面，位于底部凸边460和柱形底端440之间，其中，底部凸边460和管底端440连接在一起。一方面，底部凸边角部461可以是截头圆锥形的曲面，其为类似截锥形状但具有内向曲面的三维表面。

底部凸边角部461从底部凸边460延伸至管底端440。当从管400外侧观察时，底部凸边460大体为凸形，而底部凸边角部461大体为凹形。底端440为平的或直的。因此，底部凸边角部461从顶部拐点圆向底部拐点圆延伸。在靠近顶部拐点处，管外表面的曲率从凸形变为凹形，而在靠近底部拐点处，管400的表面从凹形变为平坦。沿底部凸边角部461的管400的外表面可以是平滑的倒置钟形。由于这种几何结构，就在底部凸边460撞击密封件610的顶表面的前一刻，底部凸边角部461帮助张开密封件610，从而便于将管400插入密封件610中。

顶部凸边450可以沿底端440的纵向与底部凸边460间隔开。与底部凸边460相似，顶部凸边450可以包括顶部凸边角部451。顶部凸边450构造为用作当管移除工具700(如图6所示)抓持并向上拉起管400时，防止管移除工具700沿管400滑动的障碍。例如，为了将管-翅片组件500从密封件610分离，将管移除工具700插入顶部凸边450与底部凸边460之间的段中。随着管移除工具700抓持所述段并向上拉起管-翅片组件500以将管-翅片组件500从密封件610分离，顶部凸边450阻止管移除工具700沿管400滑动，进而防止管400该段以外的部分损坏。

底部凸边460与顶部凸边450之间的距离构造为将管移除工具700适配在两个凸边450、460之间。一方面，渐缩管颈452与顶部凸边450之间的距离S1可以等于或小于顶部凸边450与底部凸边460之间的距离S2，其被构造为当管移除工具700向上拉起管400时，防止管400夹持段以外的部分弯曲或损坏。顶部凸边450的直径D1可以等于底部凸边460的直径D2。在一些方面，顶部凸边450的直径D1可以大于底部凸边460的直径D2。顶部凸边450的宽度W1可以等于底部凸边460的宽度W2。在某些方面，顶部凸边450的宽度W1可以大于底部凸边460的宽度W2。

底部凸边角部461的最小曲率半径R2，即，上下拐点面之间的竖直距离，可以等于顶部凸边角部451的最小曲率半径R1，即，上下拐点面之间的竖直距离。一方面，最小曲率半径R1可以不同于最小曲率半径R2以提供强大阻力，在管移除工具700抓持并向上拉起管400时防止管移除工具700沿管400滑动。

每个凸边450、460可以周向围绕管400。顶部凸边450围绕管400的弧角RA可以在180度至360度的范围内。一方面，顶部凸边450可以划分为多段，每段围绕底端440的周向等距间隔设置。例如，在铜环管(CGT)组件中，每个曲率R1、R2的可操作半径可以在约0.2毫米到至少约0.5毫米的范围内。顶部凸边450与底部凸边460之间的距离可以在约7毫米到约9毫米的范围内。管颈452与顶部凸边450之间的距离可以在约7毫米到约9毫米的范围内。管400的直径DT可以在约11毫米到约13毫米的范围内。每个凸边450、460的直径D1、D2可以在约13毫米到约16毫米的范围内。每个凸边450、460的宽度W1、W2可以在约1毫米到约3毫米的范围内。一方面，顶部凸边450的宽度W1可以为大约2毫米。

图6示出根据本发明的移除冷却芯组件200中的管-翅片组件500的示例性方法。插入管移除工具700，如扳钳、扳手等，以松动管-翅片组件500。管移除工具700的部分710构造为适配在顶部凸边450和底部凸边460之间以抓持管400。为了将管-翅片组件500从插入冷却剂歧管600的密封件610分离，将管移除工具700的部分710插入顶部凸边450与底部凸边460之间的段中。管移除工具700的部分710抓持所述段并向上拉起管-翅片组件500以将管-翅片组件500从密封件610分离，同时顶部凸边450阻止管移除工具700沿管400滑动，进而防止管400该段以外的部分损坏。随着底部凸边460从密封件610分离，管-翅片组件500可以从冷却芯组件200移除。在移除管-翅片组件500的过程中，通过将抓持限定在管400的顶部凸边450和底部凸边460之间的段内，管400和管-翅片组件500可以保持可修理可重新使用。

工业实用性

本发明可以适用于需要将热量从液体冷却剂经由管-翅片组件有效传递至周围空气的任何液体冷却系统。特别地，本发明可以包括冷却芯组件200，其需要定期更换冷却芯组件200内的管-翅片组件500。

本文描述的管-翅片组件500可以由铜或铜合金制成。可选地，管-翅片组件500可以由铝或铝合金制成。在一些方面，管-翅片组件500可以由提供所需传热性能的任意类型材料制成。管-翅片组件500可以用作大重型机器中大型散热器的部件，尤其是当成本和性能均为设计要素时。管-翅片组件500也可以用于现有管-翅片组件售后中的便捷更换。

本发明普遍适用于多种类型的非公路机器例如，采矿、建筑、农业、运输等行业相关的机器的液体冷却芯组件200，。例如，机器10可以是拖拉机、矿用卡车、公路卡车、小汽车、车辆、非公路卡车、土方设备、材料装卸机、伐木机、压土机、建筑设备、固定发电机、泵、机车、采矿机或可以使用本文所公开的管-翅片组件500的任何其它设备或应用。类似地，本发明普遍适用于多种类型的发电机组的液体冷却芯组件200，所述发电机组通常包括发电机和原动机。

应当理解的是，本发明的上述实施例只是用于描述本发明原理的特定实例。可以想到本发明的修改和替代实施例应而不脱离本发明的由上述教导及权利要求书限定的范围。本发明权利要求书意在包含落入其范围内的所有此类修改和替代实施例。