JP2009073469A - 冷却装置およびこれを備えた建設機械又は作業機械 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却ファンからの空気の流量を十分に多くできる冷却装置およびこれを備えた建設機械を提供する。
【解決手段】冷却装置は、冷却ファン２１と、冷却ファン２１の外周側に設けられたシュラウドと、シュラウドに設けられ、冷却ファン２１の外周部に、該冷却ファンを囲むように近接して配置された内周壁部５２と、内周壁部５２を囲むように設けられ、空気流れ方向下流側端が、内周壁部５２の空気流れ方向下流側端よりも、空気流れ方向下流側に位置する外周壁部５３とを備え、冷却ファン２１は、内周壁部５２の径方向内側の空間に回転可能に配置され、外周壁部５３の空気流れ方向下流側端は、冷却ファン２１の空気流れ方向下流側端より上流側にある。
【選択図】図８

Description

本発明は、冷却装置およびこれを備えた建設機械又は作業機械、特に、冷却ファンとそれを囲むシュラウドを有する冷却装置およびこれを備えた建設機械又は作業機械に関する。

従来より、建設機械に搭載されるエンジンの冷却システムは、主に、ラジエータおよび冷却ファンから構成されている。ラジエータは、エンジンとの間で冷却媒体を循環させて、冷却媒体を外気で冷却する。冷却ファンは、ラジエータの周りに空気の流れを形成して、ラジエータの熱交換を補助する。さらに、ラジエータと冷却ファンの間には、両者を囲んでラジエータから冷却ファンへの空気の流れを確保するためのシュラウドが設けられている（例えば、特許文献１を参照。）。

近年はエンジンの総熱量の増大により、ラジエータの水温が上昇することが大きな問題になっている。その問題を解決するためには、例えば冷却ファンの回転速度を高くすることで、冷却ファンによる空気の流量（つまり、ラジエータの周囲を通過する空気の流量）を多くすることが考えられる。しかし、冷却ファンの回転速度を高めると、騒音が大きくなるという問題が生じる。

そこで、エンジンの冷却システムの冷却能力を向上させるとしても、冷却ファンの回転速度を高めることなく、冷却ファンによる空気の流量を多くすることが必要である。そのため、シュラウドの形状や位置が様々に工夫された技術が開発されている。例えば、冷却ファンから流れ出た空気の逆流（エンジン側の空気が回転ファンを通ってラジエータ側に戻ること）を防ぐために、シュラウドの先端に２つの筒状部を設けた構造が知られている（例えば、特許文献２を参照。）。

特開平９−１１８１４１号公報（平成９年５月６日公開） 特開２００６−１３２３８０号公報（平成１８年５月２５日公開）

しかし、特許文献１に記載のエンジンの冷却システムの構成では、冷却ファンがシュラウド内に完全に収容されているため、冷却ファンから排出される空気の流量が十分に多くならない。
また、特許文献２に記載のエンジンの冷却システムの構成では、冷却ファン全体がシュラウド外に配置されているため、シュラウドの円筒部が冷却ファンによる空気の流量に影響を与えることが少ない。したがって、冷却ファンから排出される空気の流量が十分に多くならない。

本発明の課題は、冷却ファンの回転速度を高めることなく、冷却ファンからの空気の流量を十分に多くできる冷却装置およびこれを備えた建設機械又は作業機械を提供することにある。

第１の発明にかかる冷却装置は、
冷却ファンと、
前記冷却ファンの外周側に設けられたシュラウドと、
前記シュラウドに設けられ、前記冷却ファンの外周部に、該冷却ファンを囲むように近接して配置された内周壁部と、
前記内周壁部を囲むように設けられ、空気流れ方向下流側端が、前記内周壁部の空気流れ方向下流側端よりも、空気流れ方向下流側に位置する外周壁部とを備え、
前記冷却ファンは、前記内周壁部の径方向内側の空間に回転可能に配置され、
前記外周壁部の空気流れ方向下流側端は、前記冷却ファンの空気流れ方向下流側端より上流側にあることを特徴とする。
また、内周壁部及び外周壁部は、冷却ファンの回転軸回りに複数の部材を配置して形成してもよいが、内周壁部及び外周壁部の少なくともいずれかは、冷却ファンの回転軸回りに連続するリング部とするのが好ましい（第２の発明）。

この冷却装置では、冷却ファンが回転して空気が流れると、リング部の内周壁部と外周壁部との間に形成される空間に、負圧が発生して空気が吸い込まれたり、吸い込まれた空気が掻き出されたりすることで、冷却ファンからの空気の流量が増大する。したがって、冷却ファンの回転速度が従来と同じでも冷却能力が向上し、または冷却ファンの回転速度を下げても従来と同じ冷却能力を得ることができる。

第３の発明にかかる冷却装置では、第１又は第２の発明において、前記冷却ファンの空気流れ方向における、前記シュラウド及び前記外周壁部によって覆われた部分の空気流れ方向長さと、前記冷却ファンの空気流れ方向最大長さとの比を外側かぶせ率とすると、前記外側かぶせ率が５５％から９５％の範囲にあるのが好ましく、より好ましくは、７０％から９５％であり（第４の発明）、さらに好ましくは７０％から８０％である（第５の発明）。
この冷却装置では、外側かぶせ率が５５％から９５％の範囲に設定されているため、冷却ファンによる空気の流量が十分に多い。したがって、冷却ファンの回転速度が従来と同じでも冷却能力が向上し、または冷却ファンの回転速度を下げても従来と同じ冷却能力を得ることができる。尚、騒音低減の観点からは、外側かぶせ率を７０％から９５％とするのがより好ましく、風量増加による冷却能力の向上の観点からは、７０％から８０％とするのがより好ましい。

第６の発明にかかる冷却装置では、第１から第５の発明において、前記冷却ファンの空気流れ方向における、前記シュラウド及び前記内周壁部によって覆われた部分の空気流れ方向長さと、前記冷却ファンの空気流れ方向最大長さとの比を内側かぶせ率とすると、前記内側かぶせ率が４５％から８５％の範囲にあるのが好ましい。
この冷却装置では、内側かぶせ率が４５％から８５％の範囲に設定されているため、冷却ファンによる空気の流量が十分に多い。したがって、冷却ファンの回転速度が従来と同じでも冷却能力が向上し、または冷却ファンの回転速度を下げても従来と同じ冷却能力を得ることができる。

第７の発明にかかる冷却装置では、第１から第６の発明のいずれかにおいて、内周壁部及び外周壁部の少なくともいずれかをシュラウドと一体に形成してもよい。
ここで、シュラウドと内周壁部及び外周壁部の少なくともいずれかを一体形成する方法としては、シュラウド及び内周壁部及び外周壁部の少なくともいずれかを樹脂製とし、射出成形等により一体に形成してもよい。
この冷却装置では、シュラウド及び内周壁部及び外周壁部の少なくともいずれかが一体形成されることで、冷却装置の部品点数の軽減を図ることができ、冷却装置の組立作業の軽減を図ることができる。

第８の発明にかかる冷却装置では、第１から第６の発明のいずれかにおいて、内周壁部及び外周壁部の少なくともいずれかをシュラウドとは別の部材で形成してもよい。
この冷却装置では、内周壁部及び外周壁部の少なくともいずれかはシュラウドに対して装着可能であるため、シュラウドや冷却ファンの構造に合わせて適切な内周壁部及び外周壁部を選択可能である。

第９の発明にかかる冷却装置では、第８の発明において、内周壁部と外周壁部を連結する環状の底部を有するのが好ましい。
この冷却装置では、内周壁部と外周壁部と底部とからなる一体の部材で形成できるため、製造・管理が容易である。

第１０の発明にかかる冷却装置では、第１から第９の発明のいずれかにおいて、内周壁部及び外周壁部の少なくともいずれかは、空気流れ方向に平行に延びる筒部を有しているのが好ましい。
この冷却装置では、内周壁部及び外周壁部の少なくともいずれかが平行に延びる筒部を有しているため、内周壁部及び外周壁部を容易に製作できる。

第１１の発明にかかる冷却装置では、第１から第９の発明のいずれかにおいて、内周壁部及び外周壁部の少なくともいずれかは、空気流れ方向下流側にいくにしたがって内径が大きくなる拡径部を有しているのが好ましい。
この冷却装置では、内周壁部及び外周壁部の少なくともいずれかが拡径部を有しているため、冷却ファンによる空気の流量は十分に多くなる。

第１２の発明にかかる建設機械又は作業機械は、第１から第１１の発明いずれかの冷却装置を備えている。
この建設機械又は作業機械では、前述した冷却効率が向上した冷却装置を備えることにより、冷却ファンによる騒音を低減した静粛性の高い建設機械又は作業機械とすることができる。

本発明に係る冷却装置によれば、冷却ファンの回転速度を高めることなく、冷却ファンからの空気の流量を十分に多くできる。

本発明の一実施形態として、本発明の冷却装置となる冷却ユニット２０を搭載した油圧ショベル（建設機械）１について、図を用いて説明すれば以下の通りである。
［第１実施形態］
［油圧ショベル１全体の構成］
本実施形態に係る油圧ショベル１は、図１に示すように、下部走行体２と、旋回台３と、作業機４と、カウンタウェイト５と、エンジンルーム６と、機器室９と、キャブ１０と、冷却ユニット２０（図３等参照）と、を備えている。

下部走行体２は、進行方向における左右両端部分に巻き掛けられた履帯Ｐを回転させることで、油圧ショベル１を前進、後進させるとともに、上面側に旋回台３を旋回可能な状態で搭載している。
旋回台３は、下部走行体２上において、任意の方向に旋回可能であって、上面に作業機４と、カウンタウェイト５と、エンジンルーム６と、キャブ１０とを搭載している。

作業機４は、ブーム１１と、ブーム１１の先端に取り付けられたアーム１２と、アーム１２の先端に取り付けられたバケット１３とを含むように構成されている。そして、作業機４は、図示しない油圧回路に含まれる各油圧シリンダ１１ａ，１２ａ，１３ａ等によって、ブーム１１やアーム１２、バケット１３等を上下に移動させながら、土砂や砂礫等の掘削を行う土木工事の現場において作業を行う。

カウンタウェイト５は、例えば、鋼板を組み立てて形成した箱の中に屑鉄やコンクリート等を入れて固めたものであって、採掘時等において車体のバランスをとるために旋回台３上におけるエンジンルーム６の後方に設けられている。
エンジンルーム６は、図２および図３に示すように、カウンタウェイト５に隣接する位置に配置されており、取っ手１４ａを持って開閉可能なエンジンフード１４によって覆われた点検用の上部開口を有している。そして、エンジンルーム６は、下部走行体２や作業機４を駆動するための動力源であるエンジン６ａおよびクーリングコア３０等を含む冷却ユニット２０（図３参照）を内部に収容している。

機器室９は、作業機４の後方に配置されており、図示しない燃料タンク、作動油タンクおよび操作弁等を収容する。
キャブ１０は、油圧ショベル１のオペレータが乗降する運転室であって、作業機４の先端部を見通せるように、旋回台３上における作業機４の側方となる左側前部に配置されている。

冷却ユニット２０は、図４に示すように、エンジンルーム６内におけるエンジン６ａに隣接する位置に配置されており、エンジン６ａに流れる冷却水や作動油等を冷却する。なお、この冷却ユニット２０の構成については、後段にて詳述する。
［冷却ユニット２０］
冷却ユニット２０は、図３及び図４に示すように、冷却ファン２１と、クーリングコア３０と、を有している。また、冷却ユニット２０は、後述するシュラウド４０（図６等参照）を有しており、騒音を低減しつつ、クーリングコア３０に対して大量の空気を送り込みながら効率よく冷却を行う。

冷却ファン２１は、図６に示すように、エンジン６ａに直結されており、エンジン６ａによって直接的に羽根部材２１ａ（図６等参照）が回転駆動される。さらに、本実施形態では、冷却ファン２１を駆動すると、図４、図７及び図８の矢印Ｆに示すように、冷却ファン２１に対して吸引する方向への空気の流れが形成される。つまり、冷却ファン２１によって生成される空気の流れの中においては、クーリングコア３０の下流側に冷却ファン２１が配置される。なお、冷却ファン２１の構成については、さらに後段にて詳述する。なお、以下、図４、図７及び図８の矢印Ｆ方向を空気流れ方向として、図左側を上流側として、図右側を下流側とする。

クーリングコア３０は、空気との熱交換によって冷却媒体を冷却するユニットであって、図５に示すように、ラジエータ３１、オイルクーラ３２、アフタークーラ３３等を含むように構成されている。
ラジエータ３１は、エンジン６ａに流れる冷却水と、冷却ファン２１によって生成される空気との間において熱交換を行わせることで、冷却水の温度を低下させる。

オイルクーラ３２は、作動油タンクから油圧回路に供給されて温度が上昇したオイルと、冷却ファン２１によって生成される空気との間において熱交換を行わせることで、各油圧シリンダ１１ａ，１２ａ，１３ａ等へと送られるオイルの温度を低下させる。
アフタークーラ３３は、エンジン６ａのターボチャージャ（図示せず）がエアクリーナ３５から吸入して排出したエアと、冷却ファン２１によって生成される空気との間において熱交換を行わせて、温度が上昇したエアを冷却した後、エンジン６ａの吸気マニホールド（図示せず）へと送る。

（冷却ファン２１）
冷却ファン２１は、エンジン６ａを駆動源とする回転軸回りに回転自在に設けられる複数の羽根部材２１ａを有する軸流ファンである。羽根部材２１ａの枚数は、冷却ファン２１の送風量、大きさによって異なるが、一般的には、６枚から１１枚程度とされている。
羽根部材２１ａはエンジン６ａによって回転駆動される。そして、複数の羽根部材２１ａを回転駆動させることで、回転軸から径方向外側へと広がる空気の流れが生成される。

シュラウド４０は、図６乃至図８に示すように、冷却ファン２１の羽根部材２１ａの外周部分を覆うように取り付けられており、ケース部４１を有している。ケース部４１は、羽根部材２１ａの外周部分に沿って形成された円形の開口を有するプレート状の部材である。
ケース部４１の内周縁には、リング部５１が固定されている。リング部５１は、冷却ファン２１による空気の流量を多くするための部材であり、板金または樹脂製である。
リング部５１は、図８に示すように、内周壁部５２と、外周壁部５３と底部５４とを有している。
内周壁部５２は、ケース部４１の開口の縁に位置しており、冷却ファン２１（の羽根部材２１ａ）の外周縁に近接している。内周壁部５２の径は冷却ファン２１の外径より大きく、両者の間の隙間Ｇは例えば１５ｍｍである。
外周壁部５３は、内周壁部５２より半径方向外側に、内周壁部５２を囲むように配置されており、両者の間には環状の空間５５が確保されている。内周壁部５２と外周壁部５３は同心に配置された円筒状部材であり、それぞれが空気流れ方向に平行に延びている。
本実施形態では、内周壁部５２および外周壁部５３には穴が形成されていない。内周壁部５２の空気流れ方向長さｈ１は外周壁部５３の空気流れ方向長さｈ２より小さい。言い換えると、外周壁部５３の空気流れ方向下流側端は、内周壁部５２の空気流れ方向下流側端より、空気流れ方向下流側に位置している。
底部５４は環状の平坦な部材であり、外周壁部５３と内周壁部５２とを連結している。以上に述べたように、リング部５１は単独の部材であり、ケース部４１に装着可能である。リング部５１は、図示しない固定部を有していてもよい。例えば、固定部は円周方向複数箇所において底部から半径方向外側に延びる突起であってもよい。リング部５１をケース部４１に固定する手段は溶接や接着その他固定部材によるものでもよい。

なお、本実施形態では、内周壁部５２の空気流れ方向長さｈ１は２０ｍｍ、外周壁部５３の空気流れ方向長さｈ２は３０ｍｍ、底部５４の幅Ｗは３０ｍｍである。ただし、本発明はこれらの数値に限定されない。
次に、冷却ファン２１とリング部５１の位置関係について説明する。図８に示すように、冷却ファン２１の外周縁部は、リング部５１の内周壁部５２より空気流れ方向下流側に位置している。
より詳細に限定すれば、冷却ファン２１の外周縁部の空気流れ方向下流側端は、内周壁部５２の空気流れ方向下流側端より、空気流れ方向下流側に位置している。
冷却ファン２１の空気流れ方向長さをｈ３として、冷却ファン２１において内周壁部５２の先端より空気流れ方向上流側部分の空気流れ方向長さをｈ４とする。
そして、（ｈ４／ｈ３）の百分率を「内側かぶせ率（％）」と定義する。本実施形態では、例えば、内側かぶせ率は６２．５％である。

［冷却動作］
冷却ファン２１がエンジン６ａによって駆動されると、クーリングコア３０側の空気が冷却ファン２１に吸い込まれていく。この空気の流れによって、クーリングコア３０のラジエータ３１等が冷却される。
図９（Ａ）に示すように、空間５５内の位置Ｐ１（図９における観測点）を冷却ファン２１の羽根部材２１ａが通過する際には羽根部材２１ａからの空気流れがＰ１にある空気を掻き出し、Ｐ１に負圧を発生させる。次に、図９（Ｂ）に示すように、空間５５内のある位置Ｐ１（図９の観測点）が冷却ファン２１の羽根部材２１ａ同士の間に位置すると、前記位置Ｐ１に発生している負圧により、渦の発生を抑えるとともに空気を吸い込む。このような現象によって冷却ファン２１による空気の流量は従来に比べて大幅に多くなる。
この結果、クーリングコア３０に対して供給される空気の量を増やして冷却効率を向上させることができる。

なお、本発明の構造では、空間５５で発生する負圧によって、カルマン渦の発生や成長が抑えられるため、騒音のレベルも従来に比べて大幅に減っている。したがって、冷却ファン２１の回転速度を従来より上げても騒音は許容される範囲が十分に広いと考えられる。
特に、本実施形態では、冷却ファン２１の空気流れ方向下流側端がリング部５１の内周壁部５２より空気流れ方向下流側に位置しているため、前述の現象における空気の流量増大に貢献する。これは、前述の構造によって、羽根部材２１ａの通過時に空間５５内の空気を掻き出す効果が大きいためであると考えられる。

［かぶせ率と風量の関係］
まず、同一回転数の冷却ファン２１において、内周壁部５２の内側かぶせ率を変化させて、冷却ファン２１による空気の流量の変化を測定したところ、図１０に示されるように、内側かぶせ率１００％では、風量が少なかった。内側かぶせ率を下げていくと、風量は徐々に多くなっていった。内側かぶせ率が６０％から７０％程度でピークとなり、さらに内側かぶせ率を下げていくと、風量は少なくなっていき、４５％未満、８５％を超える内側かぶせ率では、内側かぶせ率１００％の場合とほとんど差が出なくなった。尚、図１０において、グラフの縦軸の目盛りのレンジは、１０ｍ^３／ｍｉｎである。
以上より、内側かぶせ率が４５％から８５％の範囲で十分な風量を得られることが分かった。

そこで、内周壁部５２と外周壁部５３の空気流れ方向長さｈ１、ｈ２を、０ｍｍ差、５ｍｍ差、１０ｍｍ差、１５ｍｍ差と変化させ、風量と騒音の関係を測定したところ、図１１に示されるように、内周壁部５２と外周壁部５３の空気流れ方向長さｈ１、ｈ２の差が無いときよりも差を設けた方が騒音が少なくなり風量が増大することがわかった。特にｈ１、ｈ２の差が５ｍｍ、１０ｍｍの場合に、同一風量で騒音が最も低減できることが確認された。尚、図１１において、グラフの縦軸の目盛りのレンジは、１ｄＢＡであり、横軸の目盛りのレンジは、１０ｍ^３／ｍｉｎである。

外周壁部５３の空気流れ方向長さが内周壁部５２の空気流れ方向長さより１０ｍｍ大きい状態を維持しつつ、冷却ファン２１の空気流れ方向下流側端に対する外周壁部５３のかぶせ率（以下外側かぶせ率）を変化させ、外側かぶせ率と風量、騒音の関係を測定した。
「外側かぶせ率」は、図８に示されるように、外周壁部５３の空気流れ方向下流側端からはみ出した冷却ファン２１の空気流れ方向下流側端の空気流れ方向長さをｈ７としたときに、冷却ファン２１の空気流れ方向最大長さｈ３からこの空気流れ方向長さｈ７を引いた寸法ｈ６を用いて、（ｈ６／ｈ３）の百分率（％）と定義される。
図１２に示すように、外側かぶせ率と風量の関係では、外側かぶせ率が５５％から９５％の範囲で風量が最も大きくなることが確認された。尚、図１２において、グラフの縦軸の目盛りのレンジは、１０ｍ^３／ｍｉｎである。
風量増加の観点からは、外側かぶせ率が５５％から９５％の範囲が好ましく、７０％から８０％の範囲が特に好ましい。
一方、騒音低減の観点からは、図１３に示すように、外側かぶせ率が７０％から９５％の範囲が特に好ましい。尚、図１３において、グラフの縦軸の目盛りのレンジは、０．５ｄＢＡである。

図１４（Ａ）に示すように、外周壁部５３の空気流れ方向下流側端が、冷却ファン２１の空気流れ方向下流側端よりも下流側にあると、冷却ファン２１から出るファン径方向の空気の流れを遮り、内周壁部５２と外周壁部５３との間に形成される空間５５を横切る空気の流れ速度が低下する。また、ファン径方向の空気の流れが、外周壁部５３と衝突し、空間５５に流入する空気の成分が発生する。これらにより、外側かぶせ率が１００％を超える場合には、空間５５内に負圧が発生しにくくなるものと推測される。
これに対して、図１４（Ｂ）に示されるように、少なくとも外周壁部５３の空気流れ方向下流側端が冷却ファン２１の空気流れ方向下流側端よりも上流側にあると、空間５５を横切る空気の流れがある程度の速度をもって生じ、これにより、空間５５内に負圧が発生するものと推測される。

以上のことから、内周壁部５２の内側かぶせ率、及び外周壁部５３の外側かぶせ率と、風量、騒音との関係では、次のような知見を得ることができた。
・同一風量で騒音を少なくするには、内周壁部５２の空気流れ方向長さｈ１と外周壁部５３の空気流れ方向長さｈ２との差を５ｍｍから１０ｍｍとするのがよい。
・外周壁部５３の外側かぶせ率を５５％から９５％とするのが風量向上の観点から好ましい。また、騒音低減の観点からは外側かぶせ率を７０％から９５％とするのがより好ましく、風量向上の観点からは、外側かぶせ率を７０％から８０％とするのがより好ましい。
・内周壁部５２の内側かぶせ率を４５％から８５％とするのが風量を向上させることができて好ましい。

［冷却ユニット２０の特徴］
（１）
建設機械用冷却ユニット２０は、油圧ショベル１に用いられる冷却装置であって、冷却ファン２１と、冷却ファン２１の外周側を覆うシュラウド４０と、シュラウド４０に設けられ冷却ファン２１の外周部に近接して配置された内周壁部５２を有する空間５５とを備えている。空間５５は、冷却ファン２１から排出される空気によって負圧を発生することで冷却ファン２１による空気の流量を増大させる。冷却ファン２１の外周縁の空気流れ方向下流側端は、内周壁部５２の空気流れ方向下流側端よりさらに空気流れ方向下流側に位置している。

この冷却ユニット２０では、冷却ファン２１が回転して空気が流れると、空間５５が負圧を発生させることで、冷却ファン２１による空気の流量が増大する。具体的には、空間５５内のある点が羽根部材２１ａ間に位置するとそこで発生した負圧によって空気が吸い込まれ、次にその空気が羽根部材２１ａによって掻き出されるような現象が生じていると考えられる。ここで、冷却ファン２１の外周縁の空気流れ方向下流側端が内周壁部５２の空気流れ方向下流側端よりさらに空気流れ方向下流側に位置しているため、十分な量の空気が空間５５側に供給され、その空気と空間５５での負圧との相乗効果によって冷却ファン２１による空気の流量が増大する。その結果、クーリングコア３０の周囲に流れる空気の流量が多くなって、クーリングコア３０のラジエータ３１等のエンジン冷却性能が向上する。
（２）
冷却ファン２１の外周縁においてシュラウド４０および内周壁部５２によって覆われた部分の空気流れ方向長さと冷却ファン２１の全体の空気流れ方向長さとの比（百分率）を内側かぶせ率とすると、内側かぶせ率が４５から８５％の範囲にある。内側かぶせ率が適切な範囲に設定されているため、冷却ファン２１による空気の流量が十分に多くなる。したがって、冷却ファン２１の回転速度が従来と同じでも冷却能力が向上し、または冷却ファン２１の回転速度を下げても従来と同じ冷却能力を得ることができる。
（３）
空間５５は、具体的には、リング部５１によって構成されている。リング部５１は、冷却ファン２１の外周部に近接して配置された内周壁部５２と、内周壁部５２より空気流れ方向下流側に長く延びる外周壁部５３とを有する。冷却ファン２１の外周縁の空気流れ方向下流側端は、内周壁部５２の空気流れ方向下流側端よりさらに空気流れ方向下流側に位置している。冷却ファン２１が回転して空気が流れると、リング部５１の内周壁部５２と外周壁部５３との間の空間５５に負圧が発生することで、上述したように、冷却ファン２１からの空気の流量が増大する。
（４）
リング部５１はシュラウド４０とは別の部材からなる。リング部５１はシュラウド４０に対して装着可能であるため、シュラウド４０や冷却ファン２１の構造に合わせて適切なリング部５１を選択可能である。
（５）
リング部５１は、内周壁部５２と外周壁部５３を連結する環状の底部５４を有する。リング部５１が内周壁部５２と外周壁部５３と底部５４とからなる一体の部材であるため、リング部５１の製造・管理が容易である。
（６）
内周壁部５２および外周壁部５３は、空気流れ方向に平行に延びる筒状部分である。そのため、リング部５１の製作が容易である。
（７）
油圧ショベル等の建設機械に搭載されているエンジン６ａによって、冷却ファン２１を回転駆動する。このようにエンジン６ａの回転を冷却ファン２１の回転駆動に用いることができるため、構成を簡素化することができる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について説明する。尚、以下の説明では、既に説明した部分と同一の部分については、同一符号を付してその説明を省略する。
前記実施形態では、内周壁部及び外周壁部を冷却ファン２１を囲む環状のリング部５１として構成していた。
これに対して第２実施形態に係る冷却装置では、図１５に示すように、前記連続するリング部５１に代えて複数の壁部構成部材１１２を設けた。具体的には、壁部構成部材１１２を冷却ファン２１の回転軸回りに、該冷却ファン２１を囲むように組み合わせている点が相違する。
各壁部構成部材１１２は、第１実施形態の図８と同様に、内周壁部５２及び外周壁部５３が形成されており、冷却ファン２１の空気流れ方向下流側端は、内周壁部５２の空気流れ方向下流側端よりも空気流れ方向下流側に位置している。
内側かぶせ率は、第１実施形態と同様に、４５％から８５％とされており、より好ましくは、６０％から７０％とするのがよい。

このような壁部構成部材１１２を、シュラウドのケース部４１の外面において、冷却ファン２１の回転軸回りにボルトや接着剤または溶接等により固定する。
尚、隣接する壁部構成部材１１２の間には、わずかな隙間が形成されるが、各壁部構成部材１１２の内周壁部５２及び外周壁部５３が冷却ファン２１の外周部の略全部を囲むこととなるため、冷却効率の向上、という第１実施形態で述べた効果が損なわれることは殆どない。また、より確実に効果を享受しようとするのであれば、壁部構成部材１１２のケース部４１の固定後、隣接する壁部構成部材１１２の間に形成された隙間をジョイント部材やパテ、溶接等で埋めてしまえばよい。
さらに、壁部構成部材の数も図１１の場合には、４つであったが、これに限らず、２つ乃至６つ程度でも良い。
このような第２実施形態によれば、大型の建設機械等で用いられる大型の冷却ファン２１を備えた冷却装置であっても、冷却ファン２１の周囲に略全周に亘って内周壁部５２及び外周壁部５３を形成することができる。

［他の実施形態］
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
（Ａ）
前記第１実施形態では、リング部５１は環状の単独の部材として構成されていたが、本発明はこれに限られるものではない。すなわち、複数の部材を組み合わせることにより、内周壁部と外周壁部とが環状に連続するリング部を形成してもよい。例えば、図１７に示すように、内周壁部５２と外周壁部５３とを有する２つの半環状部材１１３の端部同士を組み合わせることにより、連続するリング部を形成することもできる。
（Ｂ）
上記実施形態では、内周壁部と外周壁部は空気流れ方向に平行に延びる部分であるとして説明した。しかし、本発明はこれに限定されない。

例えば、図１７に示すリング部６１は、内周壁部６２と外周壁部６３と底部６４とを有している。内周壁部６２は、ケース部４１の開口の縁に位置している。外周壁部６３は内周壁部６２より半径方向外側に配置されており、両者の間には環状の空間６５が確保されている。内周壁部６２と外周壁部６３は同心に配置されており、それぞれが空気流れ方向下流側にいくにしたがって径が大きくなるラッパ形状（すそ広がり形状）を有している。なお、内周壁部および外周壁部の一方のみがラッパ形状であっても良い。

この実施形態でも、前記実施形態と同様の効果が得られる。さらに、本実施形態では乱流抑制による騒音低減効果が得られる。
（Ｃ）
例えば、図１８に示すリング部７１は、内周壁部７２と外周壁部７３と底部７４とを有している。内周壁部７２は、ケース部４１の開口の縁に位置している。外周壁部７３は内周壁部７２より半径方向外側に配置されており、両者の間には環状の空間７５が確保されている。内周壁部７２と外周壁部７３は同心に配置されており、それぞれが空気流れ方向に平行に延びている。より詳細には、内周壁部７２の先端には、テーパー部７２ａが形成されている。外周壁部７３の先端には、テーパー部７３ａが形成されている。テーパー部７２ａ，７３ａは空気流れ方向下流側にいくにしたがって径が大きくなっていく。なお、内周壁部および外周壁部の一方のみがテーパー部を有していても良い。

この実施形態でも、前記実施形態と同様の効果が得られる。さらに、本実施形態では乱流抑制による騒音低減効果が得られる。
（Ｄ）
上記実施形態では、内周側壁部と外周壁部は一体の部材であるとして説明した。
しかし、本発明はこれに限定されない。

例えば、図１９に示すリング部８１は、内周壁部８２と外周壁部８３との２つの部材から構成されている。内周壁部８２と外周壁部８３との間には、環状の空間８５が確保されている。内周壁部８２は、筒状部８２ａと固定部８２ｂとから構成されている。固定部８２ｂは、ボルトや溶接等の手段によってケース部４１に固定されている。外周壁部８３は、筒状部８３ａと固定部８３ｂとから構成されている。固定部８３ｂは、ボルトや溶接等の手段によってシュラウド４０のケース部４１に固定されている。

この実施形態でも、前記実施形態と同様の効果が得られる。
（Ｅ）
上記実施形態では、内周壁部と外周壁部はシュラウドとは別の部材であると説明した。しかし、本発明はこれに限定されない。
例えば、図２０に示すリング部９１は、ケース部４１の内周縁を折り曲げて形成した内周壁部９２と、外周壁部９３とから構成されている。内周壁部９２と外周壁部９３との間には、環状の空間９５が確保されている。外周壁部９３は、筒状部９３ａと固定部９３ｂとから構成されている。固定部９３ｂは、ボルトや溶接等の手段によってシュラウド４０のケース部４１に固定されている。

この実施形態でも、前記実施形態と同様の効果が得られる。
（Ｆ）
さらに、本発明では、リング部をシュラウドに一体形成することも可能である。すなわち、図２１に示すように、リング部１０１はシュラウドのケース部４１に一体形成されており、ケース部４１の内周縁には、内周壁部１０２が形成され、ケース部４１の外面には、外周壁部１０３が形成され、内周壁部１０２及び外周壁部１０３の間には、負圧を発生させる空間１０５が形成される。
このような実施形態は、シュラウドのケース部４１及びリング部１０１を樹脂製とし、射出成形等により形成することができる。このようなシュラウドは、ある程度の耐久性が確保できればよい、小型の建設機械に好適に採用することができる。
このような実施形態では、前記実施形態と同様の効果がある上、部品点数の低減による組立作業の負荷軽減、建設機械の軽量化を図ることができる。

（Ｇ）
上記実施形態では、図４に示すように、エンジン６ａ直結によって冷却ファン２１を回転駆動させる構成を例として挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。

例えば、ラジエータ等のクーリングコアの近傍に配置された油圧駆動モータによって冷却ファンが回転駆動される構成であってもよい。
この場合には、エンジン直結で回転駆動される冷却ファンと比較して、エンジンの振動による影響をほとんど無視して設計することができるため、冷却ファン２１とシュラウド４０に設けられたリング部５１の内周壁部５２との間の隙間Ｇを最小限とすることができる。この結果、シュラウド４０付近における空気の流れがよりスムーズになって、騒音の低減、クーリングコアの冷却効率の向上等の効果を得ることができる。

また、電動モータによって冷却ファンが回転駆動される構成であっても良い。
（Ｈ）
上記実施形態では、図４に示すように、空気の流れる方向において、クーリングコア３０の下流側に冷却ファン２１を配置した、いわゆる吸気型の冷却ユニット２０を例として挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。

例えば、図２２に示すように、ラジエータ等のクーリングコア３０に対して冷却ファン２１でエンジン６ａ側から空気を送り込む、いわゆる吹き出し型の冷却ユニット２０に対して、本発明を適用することも可能である。
すなわち、吹き出し型の冷却ユニット２０であっても、シュラウド４０の内部にリング部５１を形成することにより、前述した第１実施形態と同様の作用によって風量が増加し、クーリングコア３０を効率的に冷却することが可能となるとともに、騒音を低減することが可能となる。
（Ｉ）
上記実施形態では、図６等に示すように、冷却ファン２１として、軸流ファンを用いた例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。

例えば、シロッコファン、斜軸流ファン等の他種類の送風ファンを用いて冷却ユニットを構成してもよい。
（Ｊ）
上記実施形態では、クーリングコア３０を構成する熱交換器として、ラジエータ３１、オイルクーラ３２およびアフタークーラ３３を用いた例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。

例えば、本発明に係る冷却ファンに対向配置されるクーリングコアとしては、ラジエータだけであってもよいし、他の熱交換器やこれらの組み合わせであってもよい。
（Ｋ）
上記実施形態では、図１に示すように、本発明の冷却ファン２１のシュラウド４０が適用される建設機械として、油圧ショベル１を例として挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。

例えば、油圧ショベル以外にも、ホイルローダ等の他の建設機械や、フォークリフト等の作業機械に対しても同様に適用は可能である。
（Ｌ）
上述の実施形態は単独で採用しても良いし、組み合わせて採用しても良い。

本発明にかかる冷却装置およびこれを備えた建設機械又は作業機械は、冷却ファンの回転速度を高めることなく、冷却ファンからの空気の流量を十分に多くできるという効果を奏することから、冷却ファンを搭載した各種作業機械に対して広く適用可能である。

本発明の一実施形態に係る冷却ファンのシュラウド構造を搭載した油圧ショベルの構成を示す全体図。 図１の油圧ショベルの後方に搭載されたエンジンルームおよびカウンタウェイト周辺の構成を示す斜視図。 図２のエンジンルームの上面に取り付けられたエンジンフードを開けた状態を示す斜視図。 図３のエンジンフード内の構成を示す平面図。 図４の部分拡大図。 冷却ユニットの構造を示す斜視図。 エンジンと冷却ユニットの関係を示す模式図。 リング部と冷却ファン外周縁との位置関係を示す断面図。 リング部による風量増大効果を説明するための模式図。 内側かぶせ率と風量との関係を示すグラフ。 内周壁部及び外周壁部の空気流れ方向長さと、風量及び騒音の関係を示すグラフ。 外側かぶせ率と風量との関係を示すグラフ。 外側かぶせ率と騒音との関係を示すグラフ。 冷却ファンの空気流れ方向下流側端及び外周壁部の空気流れ方向下流側端の位置関係と、負圧発生の原理を説明するための模式図。 本発明の第２実施形態に係る冷却ファンの内周壁部及び外周壁部の構造を表す正面図。 他の実施形態におけるリング部の構造を示す正面図。 他の実施形態におけるリング部の構造を示す断面図。 他の実施形態におけるリング部の構造を示す断面図。 他の実施形態におけるリング部の構造を示す断面図。 他の実施形態におけるリング部の構造を示す断面図。 他の実施形態におけるリング部の構造を示す断面図。 吹き出し型の冷却ユニットに本発明を採用した場合のエンジンと冷却ユニットの関係を示す模式図。

符号の説明

１…油圧ショベル、２…下部走行体、３…旋回台、４…作業機、５…カウンタウェイト、６…エンジンルーム、６ａ…エンジン、９…機器室、１０…キャブ、１１…ブーム、１１ａ，１２ａ，１３ａ…油圧シリンダ、１２…アーム、１３…バケット、１４…エンジンフード、１４ａ…取っ手、２０…冷却ユニット、２１…冷却ファン、２１ａ…羽根部材、３０…クーリングコア、３１…ラジエータ、３２…オイルクーラ、３３…アフタークーラ、３５…エアクリーナ、４０…シュラウド、４１…ケース部、５１…リング部、５２…内周壁部、５３…外周壁部、５４…底部、５５…空間、６１…リング部、６２…内周壁部、６３…外周壁部、６４…底部、６５…空間、７１…リング部、７２ａ，７３ａ…テーパー部、７２…内周壁部、７３…外周壁部、７４…底部、７５…空間、８１…リング部、８２…内周壁部、８２ａ…筒状部、８２ｂ…固定部、８３…外周壁部、８３ａ…筒状部、８３ｂ…固定部、８５…空間、９１…リング部、９２…内周壁部、９３…外周壁部、９３ａ…筒状部、９３ｂ…固定部、９５…空間、１０１…リング部、１０２…内周壁部、１０３…外周壁部、１０５…空間、Ｐ…履帯、１１２…壁部構成部材、１１３…半環状部材

Claims (12)

1. 冷却ファンと、
   前記冷却ファンの外周側に設けられたシュラウドと、
   前記シュラウドに設けられ、前記冷却ファンの外周部に、該冷却ファンを囲むように近接して配置された内周壁部と、
   前記内周壁部を囲むように設けられ、空気流れ方向下流側端が、前記内周壁部の空気流れ方向下流側端よりも、空気流れ方向下流側に位置する外周壁部とを備え、
   前記冷却ファンは、前記内周壁部の径方向内側の空間に回転可能に配置され、
   前記外周壁部の空気流れ方向下流側端は、前記冷却ファンの空気流れ方向下流側端より上流側にあることを特徴とする冷却装置。
2. 前記内周壁部及び前記外周壁部の少なくともいずれかは、前記冷却ファンの回転軸回りに連続するリング部である、請求項１に記載の冷却装置。
3. 前記冷却ファンの空気流れ方向における、前記シュラウド及び前記外周壁部によって覆われた部分の空気流れ方向長さと、前記冷却ファンの空気流れ方向最大長さとの比を外側かぶせ率とすると、前記外側かぶせ率が５５％から９５％の範囲にある、請求項１又は請求項２に記載の冷却装置。
4. 前記外側かぶせ率が７０％から９５％の範囲にある、請求項３に記載の冷却装置。
5. 前記外側かぶせ率が７０％から８０％の範囲にある、請求項４に記載の冷却装置。
6. 前記冷却ファンの空気流れ方向における、前記シュラウド及び前記内周壁部によって覆われた部分の空気流れ方向長さと、前記冷却ファンの空気流れ方向最大長さとの比を内側かぶせ率とすると、前記内側かぶせ率が４５％から８５％の範囲にある、請求項１乃至５のいずれかに記載の冷却装置。
7. 前記内周壁部及び前記外周壁部の少なくともいずれかは、前記シュラウドと一体に形成される、請求項１乃至６のいずれかに記載の冷却装置。
8. 前記内周壁部及び前記外周壁部の少なくともいずれかは、前記シュラウドとは別の部材からなる、請求項１乃至６のいずれかに記載の冷却装置。
9. 前記内周壁部と前記外周壁部を連結する環状の底部を有する、請求項８に記載の冷却装置。
10. 前記内周壁部及び前記外周壁部の少なくともいずれかは、空気流れ方向に平行に延びる筒部を有している、請求項１乃至９のいずれかに記載の冷却装置。
11. 前記内周壁部及び前記外周壁部の少なくともいずれかは、空気流れ方向下流側にいくにしたがって内径が大きくなる拡径部を有している、請求項１乃至９のいずれかに記載の冷却装置。
12. 請求項１乃至１１のいずれかに記載の冷却装置を備えた、建設機械又は作業機械。

Images