JP2001020739A - 建設機械の冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ファン旋回流における旋回成分の運動量を損
失させることなく、しかも高温の空気の逆流を防止して
冷却器の放熱効率を高めることのできる建設機械の冷却
装置を提供する。 【解決手段】 ファンの送風下流側に冷却器を配置して
冷却を行うプッシャファン冷却システムによる建設機械
の冷却装置において、冷却器１のコア６が伝熱管４に放
熱フィン５を付加した構成からなり、放熱フィン５にお
ける冷却風入口部６ａ１に、ファン旋回流の旋回方向に
沿って冷却風案内部６ｃ，６ｄを備えたことを特徴とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は油圧ショベルやラフ
テレーンクレーン等の建設機械に関し、特にプッシャフ
ァンで冷却器を冷却し、エンジン冷却水や油圧システム
の作動油を冷却する建設機械の冷却装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来、ミニショベルではプッシャファン
による冷却システムが多く採用されている。図４はその
冷却システムの概略構成を示したものである。同図にお
いて、エンジン５０の駆動により冷却ファン５１が回転
すると、冷却風ｃａが冷却器に向けて送られる。冷却器
はラジエータ５２とオイルクーラ５３から構成されてお
り、それぞれエンジン５０の冷却水と油圧系統の作動油
を冷却するようになっている。なお、５４はファンシュ
ラウドであり、特にアイドリング時における冷却風ｃａ
の流れを所定の方向に導いて冷却効率を高めるためのも
のである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記した従来の冷却シ
ステムでは、冷却ファン５１から送られる冷却風ｃａに
旋回成分が含まれており、冷却ファン５１のファン羽根
先端部５１ａについては圧力が高まるのに対しファンボ
ス部５１ｂについては圧力が低下する。そのため、ファ
ン羽根先端部５１ａから冷却器５３，５２に向けては冷
却風ｃａとしての風量を確保することができるものの、
圧力が低いファンボス部５１ｂでは十分な風量が確保さ
れず冷却器５３，５２から冷却ファン５１に向けて高温
の空気が逆流する現象が発生する。

【０００４】その逆流した高温の空気は冷却器５３，５
２近傍の雰囲気温度を上昇させ、例えばオイルクーラ５
３ではその内部を流れる作動油とオイルクーラ５３周囲
の温度差を小さくする。その結果、オイルクーラ５３の
放熱量が低下してしまうという問題が発生する。

【０００５】図５のグラフは、上述した逆流現象を確認
するため冷却系の各部位Ａ〜Ｄにおける縦断面方向の温
度分布を測定したものである。Ａ部位よりもＤ部位の温
度が高いことは、冷却風ｃａの導入により冷却器５３，
５２からの吸熱が行われたことを示している。ところが
Ｂ部位については、本来Ｃ部位よりも温度が低いはずで
あるが温度の逆転現象が現れている（図中斜線で示した
範囲参照）。

【０００６】また、図６は従来の冷却器の構成を示した
ものであり、同図（ａ）は冷却器としてのオイルクーラ
５３の構成を示したものであり、同図（ｂ）はオイルク
ーラ５３とそのオイルクーラ５３に導入される冷却風ｃ
ａとの関係を示したものである。

【０００７】両図において、５３ａは入口ヘッダ、５３
ｂは出口ヘッダ、５３ｃは伝熱管、５３ｄは放熱フィン
であり、放熱フィン５３ｄはオイルクーラ５３のコア面
５３ｅに対して直角に配置されている。なお、入口ヘッ
ダ５３ａには昇温されたアクチュエータからの戻り油が
導入され、出口ヘッダ５３ｂからは熱交換により冷却さ
れた作動油が導出される。このような構成において、プ
ッシャファンから導入される冷却風ｃａは、風量成分の
運動量（ファン軸方向）ｗ１と旋回成分の運動量（ファ
ン直径方向）とによってファン旋回流ｖ１となりオイル
クーラ５３のコア面５３ｅに作用することになる。

【０００８】そしてこのファン旋回流ｖ１がコア面５３
ｅに衝突するとき、旋回成分ｕ１の運動量のほとんどが
失われるため、ファン静圧（冷却ファンの前後で生じる
圧力増加分）が低下し、風量が低下する。

【０００９】本発明は以上のような従来の冷却システム
の課題を考慮してなされたものであり、ファン旋回流に
おける旋回成分の運動量を失うことなく、高温の空気の
逆流を防止して冷却器放熱効率を高めることのできる建
設機械の冷却装置を提供するものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１の本発明は、冷
却ファンの送風下流側に冷却器を配置して冷却を行うプ
ッシャファン冷却システムによる建設機械の冷却装置に
おいて、冷却器のコアが伝熱管に放熱フィンを付加した
構成からなり、放熱フィンにおける冷却風入口部に、冷
却ファンの回転により発生するファン旋回流の旋回方向
に沿って冷却風案内部を備えた建設機械の冷却装置であ
る。

【００１１】請求項２の本発明は、上記コアがプレート
フィン形式からなり、そのプレートフィンにおける冷却
風入口部に上記冷却風案内部が備えられている建設機械
の冷却装置である。

【００１２】請求項３の本発明は、コアのコア面を複数
の領域に分割し、冷却風案内部を各領域毎にファン旋回
流の旋回方向に沿わせてなる建設機械の冷却装置であ
る。

【００１３】請求項４の本発明は、放熱フィンの断面形
状が翼形に形成されている建設機械の冷却装置である。

【００１４】本発明において冷却器とは、具体的にはエ
ンジン冷却水を冷却するラジエータ、油圧システムの作
動油を冷却するオイルクーラが示される。

【００１５】請求項１の本発明に従えば、冷却ファンか
ら冷却器に向けて旋回成分を有する冷却風が導入される
と、旋回方向に沿って配置された冷却風案内部から円滑
に冷却風が取り込まれ、次いで放熱フィンに沿って流れ
る間に熱交換が行われ、冷却器から導出される。それに
より、冷却器のコア面から冷却風が進入する際に、衝突
による運動量の損失を低減させることができ、その結
果、ファン静圧が高まり、高温空気の逆流も防止するこ
とができる。

【００１６】請求項２の本発明に従えば、通常コア面に
対して直角方向に配置されているプレートフィンの冷却
風入口部がファン旋回流の旋回方向に沿って形成されて
いるため、冷却風入口部から出口部に流れる冷却風につ
いて旋回成分の運動量を失うことなく冷却器を通過させ
ることができる。

【００１７】請求項３の本発明に従えば、冷却風案内部
を形成するにあたり、冷却器のコア面を複数の領域に分
割し各領域毎にファン旋回流の旋回方向に沿って冷却風
案内部を形成したため、旋回成分の運動量損失を効果的
に低減させることができる。

【００１８】請求項４の本発明に従えば、冷却器の各放
熱フィンの隙間を冷却風が流れる際に、通路抵抗を低減
することができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、図面に示した実施の形態に
基づいて本発明を詳細に説明する。

【００２０】図１〜図３は、この発明に係る建設機械の
冷却装置の実施形態を示したものである。

【００２１】図１（ａ）において、１は冷却器としての
オイルクーラであり、このオイルクーラ１は、アクチュ
エータに供給された作動油の戻り油が導入される入口ヘ
ッダ２と冷却された作動油が導出される出口ヘッダ３を
有している。入口ヘッダ２及び出口ヘッダ３は共に筒体
から構成されており、対向配置された各ヘッダ２，３
は、その間に平行して設けられた細径からなる多数の伝
熱管４によって連通されている。なお、上記オイルクー
ラ１は図示しない冷却ファンの送風下流側に配置され、
プッシャファン冷却システムを構成している。

【００２２】上記伝熱管４には各伝熱管４を連絡するよ
うにして伝熱管４と直交する方向に、プレートフィンか
らなる放熱フィン５が所定のピッチで多数配設されてお
り、その伝熱管４及び放熱フィン５によってコア６が形
成されている。このコア６は上側コア６ａと下側コア６
ｂとに分割されている。すなわち、コア面における上側
領域についてはファン旋回流は略右向き方向に作用する
が、コア面における下側領域については略左向き方向に
反転するため（図１（ｂ）及び（ｃ）参照）、放熱フィ
ン５の前縁部に冷却風案内部（後述する）を設けるにあ
たり、コア面を上下に二分割し、各領域毎にファン旋回
流に追従し得る構成としている。

【００２３】詳しくは、上側コア部６ａは図１（ｂ）に
示すように、放熱フィン５における前縁部（冷却風入口
部）６ａ１が、ファン旋回流の旋回方向ｖ１（旋回成分
ｕ１に対して角度θを有する）に沿って形成されてい
る。すなわち、各放熱フィン５の後縁部６ａ２について
はコア面に対して直角に形成されているが、前縁部６ａ
１については角度θ分左向きに屈曲され冷却風案内部６
ｃを構成している。なお、前縁部６ａ１と後縁部６ａ２
はアールを持たせて連絡されている。また、前縁部６ａ
１の屈曲角度θは、風量とファン回転数に応じて適宜設
定される。

【００２４】一方、下側コア部６ｂは、図１（ｃ）に示
すように、放熱フィン５における前縁部６ｂ１がファン
旋回流の旋回方向ｖ１′（旋回成分ｕ１′に対して角度
θを有する）に沿って形成されている。すなわち、各放
熱フィン５の後縁部６ｂ２についてはコア面に対して直
角に形成されているが、前縁部６ｂ１については角度θ
分右向きに屈曲され、冷却風案内部６ｄを構成してい
る。後縁部６ｂ２がコア面に対して直角であることは、
ファン旋回流の運動量がほとんど損失されることなく静
圧として回復されることに寄与している。

【００２５】また、放熱フィン５の断面形状は翼状に形
成されており、各放熱フィン５の隙間を通過する冷却風
の通路抵抗を低減するようになっている。上記翼状とは
具体的には、曲率半径が一定のアールで形成された円弧
翼である。

【００２６】上記構成を有するオイルクーラ１によれ
ば、ファン旋回流における旋回成分の運動量の大半が損
失されずに放熱フィン５を通過するため、風量が増加す
るとともに高温空気の逆流がなくなることにより、オイ
ルクーラ１の放熱量が増加する。

【００２７】次に、このような構成を有する冷却装置の
動作を以下に説明する。

【００２８】図示しないエンジンが駆動して冷却ファン
が回転すると、回転するファン動翼によってファン旋回
流が発生し、このファン旋回流は冷却風としてオイルク
ーラ１に導入される。

【００２９】図１（ｂ）に示す上側コア部６ａを通過す
る冷却風については、まず旋回方向ｖ１に沿って配置さ
れた冷却風案内部６ｃからオイルクーラ１内に取り込ま
れ、アールを有する放熱フィン５に沿って流れ、コア面
に対して直角に向けられた後縁部６ａ２から導出され
る。また、下側コア部６ｂを通過する冷却風について
は、旋回方向ｖ１′に沿って配置された冷却風案内部６
ｄからオイルクーラ１内に取り込まれ、放熱フィン５に
沿って流れ、後縁部６ｂ２から導出される。このように
して上側コア部６ａ及び下側コア部６ｂを通過する冷却
風は、大半が放熱フィン５に衝突することなく放熱フィ
ン５に沿って流れるためにファン旋回流における旋回成
分の運動量が失われない。

【００３０】図２は本発明の第二の実施形態を示したも
のである。同図（ａ）はオイルクーラの一部切り欠きを
有する斜視図であり、同図（ｂ）はファン旋回流の向き
を示す模式図である。なお、同図において図１と同じ構
成要素については同一符号を付してその説明を省略す
る。

【００３１】図２に示す構成では、図２（ｂ）に示すフ
ァン旋回流の向きに追従してオイルクーラ１０のコア面
が対角線を境界として三角形状に４分割（１０ａ〜１０
ｄ）されている。

【００３２】すなわち、ファン旋回流を効率良くオイル
クーラ１０に導入するため、領域１０ａについては、放
熱フィン５を縦方向に、領域１０ｂについては放熱フィ
ン５を横方向に、領域１０ｃについては放熱フィン５を
縦方向に、領域１０ｄについては放熱フィン５を横方向
にそれぞれ配置し、ファン旋回流の旋回方向に追従する
ことができるようになっている。そして、各領域におけ
る放熱フィン５の前縁部（冷却風入口部）はファン旋回
流の旋回方向に沿って屈曲され、冷却風案内部１０ｅを
構成している。

【００３３】また、図３は本発明の第三の実施形態を示
したものであり、オイルクーラの構成を一部切り欠いて
示したものである。

【００３４】同図において、２０は作動油が導入される
入口ヘッダであり、２１は作動油が導出される出口ヘッ
ダである。入口ヘッダ２０と出口ヘッダ２１は横方向に
Ｕ字状に延出された複数の伝熱管２２によって連通され
ており、その伝熱管２２の各折り返し部分に放熱フィン
２３が放射状に取り付けられている。なお、放熱フィン
２３の中心部にはファンボス部の逆流を起こさないよう
にするためのブロック２４が取り付けられている。

【００３５】この放熱フィン２３及び伝熱管２２は、コ
ア面が円形になるように構成されており、各放熱フィン
２３は、その前縁部（冷却風入口部）２３ａがファン旋
回流の旋回方向に向けて屈曲され冷却風案内部２５を構
成している。なお、放熱フィン２３の後縁部２３ｂにつ
いてはコア面に対して直角に形成されている。

【００３６】この構成によれば、放熱フィンのすべての
前縁部２３ａを正確にファン旋回流の旋回方向に沿わせ
ることができるため、上述した実施形態の中で最も放熱
効率を高めることができる。

【００３７】なお、本発明の冷却器は、上記した実施形
態ではオイルクーラを例に取り説明したが、これに限ら
ず、エンジン冷却水を冷却するラジエータ等、伝熱管に
放熱フィンを配設し冷却風が導入されるものであれば任
意の冷却器についても本発明を適用することができる。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したことから明らかなように、
請求項１の本発明に従えば、ファン旋回流の旋回方向に
沿って形成された冷却風案内部から冷却器内に冷却風が
取り込まれ、放熱フィンに沿って流れ、冷却器を通過す
る。それにより、冷却風はコア面に衝突して旋回成分の
運動量を失うことがなく、ファン静圧が高められる。従
って風量が増加するとともに高温空気の逆流も防止する
ことができ、冷却器の放熱性能を高めることができる。

【００３９】請求項２の本発明に従えば、冷却器がプレ
ートフィンタイプで構成されている場合に、コア面に対
して斜めに導入されるファン旋回流の運動量を失うこと
なくコア面と直角の方向に向きを変え冷却器を通過させ
ることができる。

【００４０】請求項３の本発明に従えば、放熱フィンを
配置するにあたり、コア面を複数の領域に分割し各領域
毎にファンの旋回流に沿った方向に向けて冷却風案内部
を形成したため、簡単な構成で冷却風案内部をファン旋
回流に追従させることができる。

【００４１】請求項４の本発明に従えば、冷却器内を流
れる冷却風の通路抵抗を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】(a）は本発明に係る冷却装置の構成を一部切欠
いて示した斜視図、(b）は上側放熱フィンとファン旋回
流の関係を示す平面図、(c）は下側放熱フィンとファン
旋回流の関係を示す平面図である。

【図２】(a）は本発明に係る冷却装置の第二の実施形態
を一部切欠いて示した斜視図、(b）はファン旋回流の向
きを示す模式図である。

【図３】本発明に係る冷却装置の第三の実施形態を一部
切欠いて示した斜視図である。

【図４】従来の冷却装置の構成を示す説明図である。

【図５】従来の冷却装置に導入される冷却風の温度分布
を示すグラフである。

【図６】（a）は従来の冷却装置の構成を一部切欠いて
示した斜視図、(b）は放熱フィンとファン旋回流の関係
を示す平面図である。

【符号の説明】

１ オイルクーラ ２ 入口ヘッダ ３ 出口ヘッダ ４ 伝熱管 ５ 放熱フィン ６ コア ６ａ 上側コア ６ａ１ 冷却風入口部 ６ｂ 下側コア ６ｃ，６ｄ 冷却風案内部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 織田 剛 神戸市西区高塚台１丁目５番５号 株式会 社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 (72)発明者 小林 利行 神戸市西区高塚台１丁目５番５号 株式会 社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 (72)発明者 大谷 和弘 兵庫県明石市大久保町八木740番地 株式 会社神戸製鋼所大久保建設機械工場内 (72)発明者 中島 一 広島市安佐南区祇園３丁目12番４号 油谷 重工株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 冷却ファンの送風下流側に冷却器を配置
   して冷却を行うプッシャファン冷却システムによる建設
   機械の冷却装置において、 前記冷却器のコアが伝熱管に放熱フィンを付加した構成
   からなり、前記放熱フィンにおける冷却風入口部に、前
   記冷却ファンの回転により発生するファン旋回流の旋回
   方向に沿って冷却風案内部を備えたことを特徴とする建
   設機械の冷却装置。
2. 【請求項２】 前記コアがプレートフィン形式からな
   り、そのプレートフィンにおける冷却風入口部に前記冷
   却風案内部が備えられている請求項１記載の建設機械の
   冷却装置。
3. 【請求項３】 前記コアのコア面を複数の領域に分割
   し、前記冷却風案内部を各領域毎に前記ファン旋回流の
   旋回方向に沿わせてなる請求項１または２に記載の建設
   機械の冷却装置。
4. 【請求項４】 前記放熱フィンの断面形状が翼形に形成
   されている請求項１〜３のいずれかに記載の建設機械の
   冷却装置。