JP2001263060A - 建設機械の熱交換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱交換器を格別大型化することなく被冷却流
体の冷却を行うことができ、しかも冷却ファンによる冷
却風を円滑に流通させることによって効率的な冷却を行
えるようにする。 【解決手段】 冷却ファン３による冷却風の上流側から
インタクーラ１１，オイルクーラ１２及びラジエータ１
３で構成される熱交換器ユニット１０において、オイル
クーラ１２の通風部の全体は実質的にインタクーラ１１
の通風部またはラジエータ１３の通風部のいずれかとオ
ーバーラップし、冷却風は２個の熱交換器を通るように
設定する。インタクーラ１１の下端部及びラジエータ１
３の上端部には、それぞれ金属板３０の先端にゴム等の
弾性部材３１を装着したガーニッシュ３２を固定して設
け、このガーニッシュ３２の先端をオイルクーラ１２の
表裏両面に当接させるように装着している。

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等の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、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、必ずしも必須で
はないが、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、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のコンプレッ
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すると共に、冷却風の温度が上昇す
るために、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、このために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温度が低
下する分だけエンジンの発熱量も少なくなるということ
が知られている。このために、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。

【０００８】さらに、冷却風の上流側から順に設置され
るインタクーラ，オイルクーラ，ラジエータはそれぞれ
所定の間隔を置いて設置されるようになっており、冷却
風の流れは、まず一部がインタクーラの通風部を通り、
さらにこのインタクーラより通風部の面積が広い面積を
有するオイルクーラの通風部に取り込まれるが、この際
に冷却風に乱流が発生するようになる結果、冷却風の円
滑な流れが阻害されることにもなる。さらにまた、各々
の被冷却流体をそれぞれの設定温度にまで冷却するため
には、冷却ファンによる冷却風の通風面積が最適となる
ように設定しなければならないが、冷却風は３個の熱交
換器を通ることから、その設定が困難になるという問題
点もある。

【０００９】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、熱交換器を格別大型
化することなく被冷却流体の冷却を行うことができ、し
かも冷却ファンによる冷却風を円滑に流通させることに
よって効率的な冷却を行えるようにすることにある。

【００１０】

【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、前記インタクーラ及びラジエータ
の合計の通風部の面積が前記オイルクーラの通風部の面
積を越えないようになし、かつこれらインタクーラとラ
ジエータとの通風部が冷却風の流路断面と直交する方向
においてオーバーラップしないように配置すると共に、
インタクーラとオイルクーラとの間及びオイルクーラと
ラジエータとの間に冷却風の流れ方向に向けた隔壁を設
ける構成としたことをその特徴とするものである。

【００１１】さらに、望ましくはインタクーラとラジエ
ータとの通風部の合計面積をオイルクーラの通風部の面
積と実質的に同じになるようする。一方、隔壁の具体的
な構成としては、例えばインタクーラ及びラジエータに
取り付けたガーニッシュからなり、これら両ガーニッシ
ュの先端に設けた弾性部材をオイルクーラの通風部に当
接させる構成とすることができる。

【００１２】

【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に本発明の実施の一形
態を示す。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
り覆われた空間が形成され、この空間の内部にはエンジ
ン２が設けられている。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
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。

【００１３】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流体が冷却される。
そして、これら被冷却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１ａの内
面と熱交換器ユニット１０またはシュラウド４との間に
設けられる。

【００１４】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
交換させる通風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、通風部は被冷
却流体の種類等により実質的に差異はない。

【００１５】従って、熱交換器における通風部は、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が冷却される。こ
こで、放熱フィン２２としては、図２に示したように、
平板を水平方向に配列するようにした所謂プレートフィ
ンが用いられ、またこれ以外にもジグザグ状に曲成した
コルゲートフィン等としても良い。

【００１６】熱交換器を構成する通風部による熱交換効
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。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。従って、放熱フィン２２の面積を大きくし
たからといって、常に被冷却流体に対する熱交換効率が
向上するというものでもない。つまり、放熱フィン２２
には適正な放熱面積があり、それ以上の放熱面積を持た
せても、それほど熱交換効率を高めることはできる訳で
はない。また、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。

【００１７】既に説明したように、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、その分だけエンジン２の発熱量も抑制される
ことになる。その結果、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、ラジエータ１３による冷却能力の負担を軽減
させることができる。つまり、ラジエータ１３だけでな
く、インタクーラ１１もエンジン２を冷却する機能を発
揮するものであり、これらラジエータ１３とインタクー
ラ１１との共働作用に基づいてエンジン２のヒートバラ
ンスを取るように設定する。

【００１８】そこで、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所定の設定
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、エンジン２の
冷却については、ラジエータ１３とインタクーラ１１と
で分担させる。ただし、インタクーラ１１は基本的には
被冷却流体である過給空気を冷却するものであるから、
この過給空気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。そして、冷却された過給空気がエン
ジン２に供給されることによるエンジン２の発熱量の減
少を考慮した上で、ラジエータ１３の通風部の面積と放
熱面積とを設定する。

【００１９】まず、冷却風の流れ方向と直交する方向に
おいて、インタクーラ１１とラジエータ１３との通風部
がオーバーラップしないようにする。つまり、冷却風の
通路に３個の熱交換器が直列に配置されるが、冷却風が
これら３個の熱交換器の全てを通るようにはしない。し
かも、インタクーラ１１及びラジエータ１３の通風部の
合計面積をオイルクーラ１２の通風部の面積と一致させ
る。これにより、オイルクーラ１２の通風部の全体は実
質的にインタクーラ１１の通風部またはラジエータ１３
の通風部のいずれかとオーバーラップし、冷却風は必ず
２個の熱交換器を通るように設定する。これによって、
冷却風が大きく加熱されるのを防止し、かつ冷却風の流
れそのものの単純化を図る。

【００２０】以上のことから、ラジエータ１３の通風部
の面積も定まってしまう。しかしながら、各々の熱交換
器の放熱面積は、それぞれ個別に設定できるので、放熱
面積を調整することにより、つまり各々の熱交換器の放
熱フィンの幅寸法を個別に設定することによって、全体
としてエンジン２を設定温度にまで冷却することがで
き、かつ作動油の温度も設定温度に冷却できるように、
これら各熱交換器における冷却能力を個別的に設定でき
る。

【００２１】ところで、直列に配置される３個の熱交換
器において、冷却効率を高めるためには、冷却風はでき
るだけ整流状態で通過させるようにするのが望ましい。
３個直列に配列されている熱交換器は、それぞれサイズ
が異なっており、しかも各熱交換器１１，１２，１３の
通風部の清掃等の関係から、相互に所定の間隔が設けら
れている。具体的には、図１に示したものにあっては、
インタクーラ１１の下端部はオイルクーラ１２の通風部
の範囲内に臨み、またラジエータ１３の上端部もオイル
クーラ１２の通風部の範囲内に臨んでいる。このため
に、オイルクーラ１２の通風部には、境界部が２箇所生
じている。これら２箇所の境界部では冷却風に乱流等が
発生する。その結果、通風に対する抵抗が大きくなり、
冷却効率が低下すると共に騒音の発生原因ともなる。

【００２２】以上の点を考慮して、インタクーラ１１の
下端部及びラジエータ１３の上端部には、図３に示した
ように、それぞれ金属板３０の先端にゴム等の弾性部材
３１を装着したガーニッシュ３２をねじ止め等の手段で
固定して設け、このガーニッシュ３２の先端をオイルク
ーラ１２の表裏両面に当接させるように装着する。従っ
て、このガーニッシュ３２により熱交換器ユニット１０
における冷却風の流路は、上下２箇所にほぼ完全に区画
形成される。その結果、インタクーラ１１を通り、かつ
オイルクーラ１２の上部側領域を通る上部側の流路と、
オイルクーラ１２の下部領域からラジエータ１３を通る
下部側の流路とに完全に分割されることになる。従っ
て、熱交換器を通過した冷却風と熱交換器を通過した冷
却風とが混じり合うことがなくなり、全体として冷却風
の流れ方向が一定化して整流状態で流れることになり、
上下方向等に向くような流れが形成されず、乱流が生じ
ることがない。従って、熱交換効率を高めることがで
き、また騒音の発生を低減できる。

【００２３】ここで、ガーニッシュ３２は冷却風の流れ
を上下に区画するためのものであるから、インタクーラ
１１側及びラジエータ１３側から延びるガーニッシュ３
２の先端はオイルクーラ１２に密着させるのが望まし
い。ガーニッシュ３２の先端には弾性部材３１が装着さ
れていることから、たとえオイルクーラ１２における放
熱フィン２２にガーニッシュ３２を押し付けたとして
も、弾性部材３１が弾性変形することから、放熱フィン
２２が変形したり、損傷したりするおそれはない。そし
て、ガーニッシュ３２のオイルクーラ１２への密着性を
高めるには、少なくともオイルクーラ１２の放熱フィン
２２をプレートフィンで構成し、ガーニッシュ３２の弾
性部材３１を放熱フィン２２に押し付けるようにするの
が最も望ましい。ただし、上下の放熱フィンの間隔は比
較的短いことから、ガーニッシュ３２を上下の放熱フィ
ンの間に位置しても支障はなく、また放熱フィンはコル
ゲートフィン等で構成しても、実質的に冷却風の乱流が
発生することはない。

【００２４】このように、熱交換器ユニット１０を構成
する３個の熱交換器において、冷却風の流れが全ての範
囲にわたって必ず２個の熱交換器を通り、しかも２個の
熱交換器しか通らないことから、また冷却風の流れはガ
ーニッシュ３２で上下に区画形成されており、かつ整流
状態で流れることから、冷却能力は、各熱交換器の通風
部の面積、放熱面積及び冷却ファン３の回転数に基づい
てほぼ正確に計算できる。従って、熱交換器ユニット１
０を構成する各々の熱交換器のサイズを小型でコンパク
トなものとすることができ、またコストの低減が図られ
る。

【００２５】なお、前述した実施の形態においては、オ
イルクーラに対してインタクーラを上部に、ラジエータ
を下部に配置したが、その配置は逆であっても良く、ま
たインタクーラとラジエータとを左右に配置することも
できる。さらに、インタクーラとラジエータとの通風部
の合計の面積は必ずしもオイルクーラの通風部の面積と
一致させなければならないものではなく、要は冷却風の
流れが３個の熱交換器を通らないようになっておれば良
いものであり、インタクーラとラジエータとの通風部の
合計の面積をオイルクーラの通風部の面積より小さくす
ることもできる。この場合には、冷却風の一部はオイル
クーラのみを通過することになる。

【００２６】

【発明の効果】本発明は以上のように構成したので、熱
交換器を格別大型化することなく被冷却流体の冷却を行
うことができ、しかも冷却ファンによる冷却風を円滑に
流通させることによって効率的な冷却を行える等の効果
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】熱交換器ユニットを構成する前後の熱交換器間
に設けられる隔壁の一例を示す構成説明図である。

【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 熱交換器ユニット １１ インタクーラ １２ オイルクーラ １３ ラジエータ ２０ 支持枠体 ２１ 細管 ２２ 放熱フィン ３０ 金属板 ３１ 弾性部材 ３２ ガーニッシュ

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、前記インタクーラ及びラジエータの合
   計の通風部の面積が前記オイルクーラの通風部の面積を
   越えないようになし、かつこれらインタクーラとラジエ
   ータとの通風部が冷却風の流路断面と直交する方向にお
   いてオーバーラップしないように配置すると共に、イン
   タクーラとオイルクーラとの間及びオイルクーラとラジ
   エータとの間に冷却風の流れ方向に向けた隔壁を設ける
   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】 前記インタクーラ及び前記ラジエータの
   通風部の合計面積を前記オイルクーラの通風部の面積と
   実質的に同じにな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。
3. 【請求項３】 前記隔壁は、前記インタクーラ及び前記
   ラジエータに取り付けた先端に弾性部材を設けたガーニ
   ッシュからなり、これら両ガーニッシュの弾性部材を前
   記オイルクーラの通風部に当接させ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。