JP2000301956A - 建設機械の熱交換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 オイルクーラ等の個別の熱交換器を格別大型
化することなく、また冷却ファンによる冷却風量を格別
増大させることなく、エンジン及び作動油を必要な程度
で有効に冷却できるようにする。 【解決手段】 インタクーラ１１，オイルクーラ１２及
びラジエータ１３という３つの熱交換器をエンジン２に
より駆動される冷却ファン３の冷却風の流れに対して上
流側から順に直列に配列する構成する。インタクーラ１
１には、過給用の空気を所定の温度にまで冷却するのに
必要な通風部の面積と放熱フィンによる放熱面積を持た
せ、オイルクーラ１２は作動油の温度を冷却するのに必
要な通風部の面積と放熱面積とを持たせる。ラジエータ
１３は、インタクーラ１１によるエンジン２の冷却効率
の向上が図られる分だけ通風部の面積を縮小して小型化
を図り、オイルクーラ１２の通風部を通過する冷却風の
風量を増大させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば油圧ショベ
ル等の建設機械において、エンジンと作動油とを冷却す
るための熱交換装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】建設機械の一例としての油圧ショベル
は、下部走行体に上部旋回体を旋回可能に設置すること
により大略構成されるものであり、下部走行体には左右
一対からなる履帯式走行手段が設けられており、また上
部旋回体には作業機として土砂の掘削手段を備えてい
る。そして、下部走行体を構成する履帯式走行手段によ
る走行、上部旋回体の旋回は油圧モータにより行われる
ものであり、また掘削手段の駆動は油圧シリンダで行わ
れる。従って、これら油圧モータ及び油圧シリンダから
なる油圧アクチュエータに圧油を供給するために、油圧
ショベルには油圧ポンプが搭載されており、この油圧ポ
ンプからの圧油が各油圧アクチュエータに供給される。
また、油圧ポンプはエンジンにより駆動される。

【０００３】エンジンにはラジエータが付設され、この
ラジエータからエンジンに冷却水を循環することにより
オーバーヒートしないように冷却する。また、作動油タ
ンクからの作動油を油圧ポンプで吸い込んで、この油圧
ポンプにより加圧して各油圧アクチュエータに供給さ
れ、また油圧アクチュエータからの戻り油は作動油タン
クに還流する。この間には作動油の温度が上昇すること
になるので、作動油の温度が異常に上昇しないように冷
却するために、オイルクーラが設けられる。以上のラジ
エータ及びオイルクーラは熱交換器であって、これらの
２つの熱交換器はユニット化されて、エンジンまたは油
圧ポンプにより駆動される冷却ファンから供給される冷
却風により各熱交換器を冷却する。そして、ラジエータ
内を流れるエンジン冷却水の温度と、オイルクーラ内を
流れる作動油の温度とは概略同じ状態にするのが一般的
である。

【０００４】さらに、エンジンには過給機を備えたもの
もあり、この過給機によって燃料に混合される空気を過
給状態にされる。このためにコンプレッサが設けられる
が、このコンプレッサと吸気マニホールドとの間の配管
の途中に、その内部を流れる空気を冷却するためのイン
タクーラが介装される。そして、このインタクーラも前
述した冷却ファンにより冷却されることになる。従っ
て、この場合には、熱交換器ユニットとしては、前述し
たラジエータ及びオイルクーラに加えて、さらにインタ
クーラからなる３つの熱交換器をユニット化したもので
構成される。ただし、インタクーラにおいては外気をコ
ンプレッサにおける圧縮熱による温度上昇を抑制するた
めのものであり、エンジン冷却水や作動油程は高温にな
らないことから、これらラジエータやオイルクーラと比
較して放熱面積は小さくて良いが、過給用の空気はエン
ジン冷却水及び作動油より低い温度を必要とするため
に、冷却風の流れの最上流側に配置するのが一般的であ
る。

【０００５】以上のことから、ラジエータ，オイルクー
ラ及びインタクーラからなる熱交換器ユニットとして
は、例えば特開平８−３０３２４１号公報に示されてい
るように、冷却ファンによる冷却風の流れの上流側から
順にインタクーラ，オイルクーラ，ラジエータの順に配
列され、かつこれら各熱交換器のうち、オイルクーラと
ラジエータとはほぼ同じ放熱面積となし、インタクーラ
はこれらより小さい放熱面積を有するものとするのが一
般的である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ラジエータとオイルク
ーラとの２つの熱交換器をユニット化したものと、それ
らにインタクーラを加えた３つの熱交換器をユニット化
したものと比較すると、ラジエータ及びオイルクーラの
放熱面積を変えないとすれば、インタクーラを設置した
方が冷却効率が低くなる。つまり、インタクーラが冷却
風の上流側に配置されている分だけ、オイルクーラ及び
ラジエータにおけるインタクーラと対面する位置での冷
却風の流通量が減少して冷却効率が低下する。従って、
これらオイルクーラ及びラジエータの冷却効率を所定の
レベルとなるように維持するには、それらの放熱面積を
より大きくする必要がある。放熱面積を大きくするに
は、放熱フィンの面積を大きくすることが考えられる
が、そうすると、各熱交換器における通風量を十分得る
ことができなくなる。従って、オイルクーラ及びラジエ
ータの通風部の面積を広くし、かつ冷却ファンによる送
風量も大きくしなければならず、従って熱交換装置の全
体構成が大型化することになる。

【０００７】ところで、ラジエータはエンジン冷却水を
冷却してエンジンに供給するものであり、またインタク
ーラにより冷却した空気もエンジンに供給される。従っ
て、インタクーラから供給される過給用の空気によって
もエンジンは冷却される。つまり、インタクーラを設け
ることによって、エンジン冷却水による水冷だけでな
く、インタクーラから供給される低温の過給空気がエン
ジンを冷却する空冷機能を発揮するから、全体としてエ
ンジンの冷却効率は向上することになる。この点を考慮
すれば、ラジエータの放熱面積は必ずしも大きくする必
要はなく、むしろ放熱面積を少なくしても良いというこ
とになる。本発明は以上の点に鑑みてなされたものであ
って、その目的とするところは、オイルクーラを格別大
型化することなく、また冷却ファンによる冷却風量を格
別増大させることなく、エンジン及び作動油を必要な程
度で有効に冷却できるようにすることにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前述した目的を達成する
ために、本発明は、冷却ファンによる冷却風の流路に、
上流側から順にインタクーラ，オイルクーラ及びラジエ
ータを配列した熱交換器ユニットを備えた建設機械の熱
交換装置であって、前記熱交換器ユニットを構成する３
個の熱交換器のうち、前記オイルクーラの通風部の面積
が最も広く、次いで前記ラジエータの通風部の面積が、
また前記インタクーラの通風部の面積は最も小さくなる
ように設定する構成としたことをその特徴とするもので
ある。

【０００９】ここで、インタクーラは冷却ファンによる
冷却風の流れにおいて、オイルクーラの前面部に配置さ
れておれば、どの位置であっても良く、このインターク
ーラからの配管を引き回す上等で便利な位置に設ければ
良いが、ラジエータがオイルクーラと重なり合わない位
置に配置すると、オイルクーラにおける通風部の全体に
ほぼ均一な風量が得られる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施の形態を説明する。まず、図１に本発明の第１の実施
の形態を示すものであって、同図において、１はエンジ
ンルームであって、このエンジンルーム１は周囲をカバ
ー部材１ａにより覆われた空間となっており、内部には
エンジン２が設けられており、このエンジン２には冷却
ファン３が取り付けられており、この冷却ファン３の周
囲にはラジエータシュラウド４が設けられている。ま
た、エンジンルーム１を構成するカバー部材１ａのう
ち、上面部において、冷却ファン３の前方位置には外気
の取り入れ口５が開口している。冷却ファン３はエンジ
ン２により回転駆動されて、同図に矢印で示した方向に
冷却風を流通させるようにしている。

【００１１】以上の冷却風の流通路には、３つの熱交換
器が相互に所定の間隔を置いた状態で連結することによ
り熱交換器ユニット１０を構成している。ここで、熱交
換器ユニット１０は、冷却風の上流側から順に、インタ
クーラ１１，オイルクーラ１２及びラジエータ１３が配
列されている。エンジン２が起動すると、これと同時に
冷却ファン３が回転して、図１に矢印で示したように、
外気取り入れ口５から外気がエンジンルーム１内に取り
込まれ、インタクーラ１１，オイルクーラ１２及びラジ
エータ１３を順次通過する間に、過給用の空気，作動油
及びエンジン冷却水からなる被冷却用流体が冷却され
る。そして、これら被冷却用流体と熱交換して加熱状態
になった空気がエンジンルーム１内で熱交換器ユニット
１０の前部側に循環するのを防止するために、サーキュ
レーション防止壁６がエンジンルーム１のカバー部材１
ａの上部壁の内面とラジエータシュラウド４の上部との
間に設けられている。

【００１２】ここで、これらインタクーラ１１，オイル
クーラ１２及びラジエータ１３からなる熱交換器は、い
ずれも流入及び流出用の配管やタンク等からなる機構部
と、それぞれの被冷却流体を流通させる間に冷却風と熱
交換させる放熱部とから構成される。機構部はそれぞれ
の熱交換器に応じて異なる構成となるが、放熱部は被冷
却流体の種類等により実質的に差異はない。

【００１３】従って、熱交換器における放熱部として
は、通常、図２に示したように構成される。即ち、所定
の幅を有する方形の支持枠体２０内に、被冷却流体を流
通させる細管２１が上下方向に多数設けられており、こ
れらの細管２１には放熱フィン２２が細管２１と直交す
る方向に多数設けられている。放熱フィン２２は熱伝達
率の高い銅やアルミニウム等からなる金属薄板で構成さ
れるのが一般的である。従って、この支持枠体２０の内
部が通風部であり、この通風部に冷却風を流通させるこ
とによって、細管２１内を流れる被冷却流体を冷却す
る。

【００１４】熱交換器を構成する放熱部による熱交換効
率は、放熱フィン２２の材質が同じであれば、この放熱
フィン２２の全表面積、即ち放熱面積と、この放熱フィ
ン２２を通過する冷却風の風量とによって実質的に定ま
るものである。しかも、放熱フィン２２による放熱面積
と冷却風量とは相互依存性がある。つまり、通風部の面
積を同じであって、放熱フィン２２の放熱面積のみを大
きくした場合には、この通風部における冷却風の流通が
阻害されることになるから、必ずしも被冷却流体に対す
る熱交換効率が向上する訳ではない。以上のことから、
インタクーラ１１，オイルクーラ１２及びラジエータ１
３という３つの熱交換器が冷却風の流れに対して直列に
配列する構成とした場合には、インタクーラ１１を設け
ないものと比較して、当然、これら各熱交換器における
通風部に流通する冷却風量が減少して、それらの被冷却
流体の冷却効率が低下する。とりわけ、オイルクーラ１
２及びラジエータ１３の通風部におけるインタクーラ１
１が設置されている部分の後方位置での流通風量が低下
する。

【００１５】ところで、インタクーラ１１は、エンジン
２に供給される過給用の空気を冷却するものであり、こ
の過給用の空気によりエンジン２は空冷されることにな
る。従って、ラジエータ１３から供給されるエンジン冷
却水のみならず、インタクーラ１１からの空気もエンジ
ン２を冷却する際における冷媒として作用する。この結
果、インタクーラ１１を設けることによって、エンジン
冷却水の温度上昇が抑制されることになって、このよう
にインタクーラ１１によりエンジン２の冷却効率が向上
する分だけラジエータ１３による冷却効率の負担を軽減
させることができる。

【００１６】以上のことから、まずインタクーラ１１に
は、過給用の空気を所定の温度にまで冷却するという機
能を発揮させるために必要な通風部の面積と放熱フィン
による放熱面積を持たせる。また、オイルクーラ１２に
おいて、油圧アクチュエータから還流する作動油の温度
を設定温度にまで低下させる冷却能力を持つように、そ
の通風部の面積と放熱面積とを持たせる。一方、ラジエ
ータ１３においては、インタクーラ１１によるエンジン
２の冷却効率の向上が図られる分だけ通風部の面積を縮
小して小型化を図るようにする。従って、ラジエータ１
３を小型化した分だけオイルクーラ１２の通風部を通過
する冷却風の風量が増大する。

【００１７】要するに、冷却風の通路に直列に配置され
る３個の熱交換器のうち、最上流側に位置するインタク
ーラ１１の通風部の面積が最も小さくし、オイルクーラ
１２における通風部の面積を最も大きくし、ラジエータ
１３の通風部の面積はオイルクーラ１２より小さくす
る。このように、ラジエータ１３の通風部の面積を小さ
くしたことによって、オイルクーラ１２の通風部の面積
を大きくしたり、冷却ファン３による冷却風量を増量さ
せたりしなくても、エンジン２及び作動油を有効に冷却
できるようになり、全体としての熱交換装置の構成を小
型化、コンパクト化することができる。

【００１８】而して、図１に示した実施の形態において
は、インタクーラ１１を配置した後方の位置にはラジエ
ータ１３が位置していない。つまり、同図にＡで示した
部分がオイルクーラ１２の投影部におけるラジエータ１
３の欠落箇所となっている。このように構成すれば、通
風部の点からは、冷却ファン３による冷却風の通路に
は、２個の熱交換器を配置したとほぼ同様の構成とな
る。これによって、３個の熱交換器を設けているにも拘
らず、各熱交換器の通風部の面積及び冷却ファン３によ
る冷却風の風量は、オイルクーラとラジエータとの２個
の熱交換器を設けたものとほぼ同じ程度とすることがで
きる。ただし、必ずしもラジエータの欠落箇所と対応す
る位置にインタクーラを配置する必要はなく、例えば図
３に示したような構成や、また図４乃至図６に示した構
成を採用することもできる。

【００１９】図３に示した熱交換器ユニット１１０の構
成では、ラジエータ１１３の欠落箇所がＢとなってお
り、上部側から、インタクーラ１１１，オイルクーラ１
１２及びラジエータ１１３の３個の熱交換器が重なり合
う領域と、オイルクーラ１１２とラジエータ１１３が重
なり合う領域と、オイルクーラ１１２が単独で位置する
領域とが形成されている。このように構成すると、オイ
ルクーラ１１２が単独で位置する領域の通風量が最も大
きくなるので、オイルクーラ１１２における熱交換効率
が向上する。ここで、いずれの熱交換器においても、被
冷却用流体の流入用配管と流出用配管（共に図示せず）
とを接続するが、これらの配管接続部は上部側で行うの
が一般的である。従って、インタクーラ１１１，オイル
クーラ１１２及びラジエータ１１３の３個の熱交換器の
上端部がほぼ同じ位置となっていると、配管の接続及び
引き回しが容易になる。

【００２０】さらに、図４乃至図６に示した熱交換ユニ
ット２１０では、配管の接続及び引き回しに便宜となる
ように、インタクーラ２１１，オイルクーラ２１２及び
ラジエータ２１３の３個の熱交換器の上端部がほぼ同じ
位置とした上で、ラジエータ２１３のみの幅寸法を短く
している。従って、オイルクーラ２１２の投影部におけ
るラジエータ２１３の欠落箇所は、図５にＣで示した部
分となる。このように構成することによっても、オイル
クーラ２１２における通風部を通過する冷却風量を最も
多くすることができるようになる。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、熱交換
器ユニットを構成する３個の熱交換器における通風部の
面積は、オイルクーラが最も広く、次いでラジエータ、
さらにインタクーラの順に小さくなるように設定したの
で、オイルクーラを格別大型化することなく、また冷却
ファンによる冷却風量を格別増大させることなく、エン
ジン及び作動油を必要な程度で有効に冷却できる等の効
果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態を示す熱交換器ユニ
ットの構成説明図である。

【図２】熱交換器における通風部の構成説明図である。

【図３】本発明の第２の実施の形態を示す熱交換器ユニ
ットの構成説明図である。

【図４】本発明の第３の実施の形態を示す熱交換器ユニ
ットの構成説明図である。

【図５】図４の熱交換ユニットの平面図である。

【図６】図５の正面図である。

【符号の説明】

１ エンジンルーム ２ エンジン ３ 冷却ファン １０，１１０，２１０ 熱交換器ユニット １１，１１１，２１１ インタクーラ １２，１１２，２１２ オイルクーラ １３，１１３，２１３ ラジエータ ２０ 支持枠体 ２１ 細管 ２２ 放熱フィン

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 冷却ファンによる冷却風の流路に、上流
   側から順にインタクーラ，オイルクーラ及びラジエータ
   を配列した熱交換器ユニットを備えた建設機械の熱交換
   装置において、前記熱交換器ユニットを構成する３個の
   熱交換器のうち、前記オイルクーラの通風部の面積が最
   も広く、次いで前記ラジエータの通風部の面積が、また
   前記インタクーラの通風部の面積は最も小さくなるよう
   に設定する構成としたことを特徴とする建設機械の熱交
   換装置。
2. 【請求項２】 前記インタクーラは前記ラジエータが前
   記オイルクーラと重なり合わない位置に配置する構成と
   したことを特徴とする請求項１記載の建設機械の熱交換
   装置。
3. 【請求項３】 前記インタクーラと前記ラジエータとに
   よるエンジンの合計放熱量は前記オイルクーラによる放
   熱量とほぼ一致させるようにしたことを特徴とする請求
   項１記載の建設機械の熱交換装置。