JP2009139034A - 熱交換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 複数の熱交換器を直列配置した熱交換装置において、各熱交換器間の冷却バランスを簡単に調整できるようにする。
【解決手段】 ラジエータ１とオイルクーラ２，３は、並列配置され、冷却ファンに面して放熱面が位置するように配設される。そして、ラジエータ１とオイルクーラ２，３の上流側にインタークーラ８が直列配置される。そのような熱交換装置において、インタークーラ８は、底板から柱状に立設された第１の支持部材１１の先端部に一端が固定され、他端が底板に固定されて傾斜して設けられた第２の支持部材１２の上面に沿わせて固定する。インタークーラ８の設置角度に応じて、冷却空気の流路中でインタークーラ８がオイルクーラ２，３に重なる面積を変え、各熱交換器間の冷却バランスを最適なものに調整する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、エンジン駆動作業機などのエンジンのラジエータ，オイルクーラ，インタークーラ等の熱交換装置に関するものである。

エンジン駆動作業機としては、エンジンで駆動される発電機，溶接機，圧縮機等があるが、その内、例えば圧縮機においては、エンジン冷却水を冷却するためのラジエータ、圧縮機の潤滑油を冷却するためのオイルクーラ、さらに、エンジン出力向上と排ガス浄化のため吸気を冷却するインタークーラ等の熱交換器を備えている。それらの熱交換器は、例えば、特許文献１に示されるように、エンジンで駆動されるファンにより外部から空気を吸い込み、それを各熱交換器に通して効率よく熱交換させるようにしている。

図９は、第１従来例を示す図で、図９（イ）は、エンジン側から熱交換装置を見た図であり、図９（ロ）は、その側面図である。図９において、１はラジエータ、２，３はオイルクーラ、３０はシュラウド、３１はファン、３２はエンジンである。

この熱交換装置では、オイルクーラを二つに分割してオイルクーラ２，３とし、それらをラジエータ１の左右に並列配置して、ファン３１により点線矢印で示すように送られる空気流が、ラジエータ１とオイルクーラ２，３に対してバランスよく通るようにしている。

図１０は、第２従来例を示す図である。図１０において、符号３〜３２は、図９のものに対応しており、３３はインタークーラである。なお、ラジエータ１とオイルクーラ２，３の配置は、図９のものと同様である。この熱交換装置では、ラジエータ１とオイルクーラ２，３に対して、空気流の上流側にインタークーラ３３を直列配置して、それらの熱交換器を限られた面積内に収納可能とし、かつ、インタークーラ３３とラジエータ１，オイルクーラ２，３とに冷却空気が均一に供給されるようにしている。

ところで、エンジン駆動作業機は、建設現場等の屋外で使用されることが多いため、冷却空気には塵埃が混入していることが多い。そのため、ラジエータやオイルクーラのコア部に塵埃が付着しやすくなり、その状態を放置しておくと、エンジンのオーバーヒートや潤滑油の早期劣化の原因となることから、適宜、塵埃を除去する必要がある。ところが、複数の熱交換器を直列配置した熱交換装置では、前後の熱交換器で挟まれた部分は非常に清掃しにくい。

そこで、特許文献２に示されるように、複数の熱交換器を直列配置した熱交換装置において、前後の熱交換器の間、図１０の場合では、ラジエータ１，オイルクーラ２，３とインタークーラ３３との間に大きな空間を設け、その空間内にエアーブロー装置等を容易に挿入できるようにした熱交換装置が提案されている。

また、特許文献３に示されるように、複数の熱交換器を直列配置した熱交換装置において、上流側の熱交換器を、下流側の熱交換器の前面で平行移動可能な構造にして、下流側の熱交換器の清掃が容易にできるようにした熱交換装置が提案されている。
特開２００５−６１２７６号公報 特開２００４−６０９３３号公報 特開２００６−３８４１２号公報

しかしながら、上記従来の熱交換装置の内、特許文献２に示されるような熱交換装置には、前後の熱交換器の間に大きな空間を設けるため、熱交換装置の長さが長くなり機械全体が大きくなってしまうという問題点があった。また、特許文献３に示されるような熱交換装置には、上流側の熱交換器の前側に、上流側の熱交換器を平行移動させるための作業スペースが必要になるという問題点があった。

さらに、下流側の熱交換器には、上流側の熱交換器を冷却した後の、温度の高い空気が流れたり、上流側の熱交換器の一部やその支持部材等により空気流が遮られたりして、上流側の熱交換器は、下流側の熱交換器の熱交換性能に影響を与えるが、上記従来の熱交換装置は、上流側の熱交換器の取付位置や取付角度が固定されているため、各熱交換器間の冷却バランスを調整できず、効果的な冷却バランスを得るためには、既存の各熱交換器の組み合わせを変更したり、新規の熱交換器を製作したりする必要があるという問題点があった。

本発明は、そのような問題点に鑑み、各熱交換器間の冷却バランスを簡単に調整できるようにし、さらに、前後の熱交換器の間に大きな空間を設けたり、上流側の熱交換器の前側に作業スペースを設けたりすることなく、各熱交換器の清掃や着脱ができるようにすることを目的とするものである。

前記課題を解決するため、本願の請求項１にかかる発明は、冷却ファンと、該冷却ファンに面して放熱面が位置するように配設される第１の熱交換器と、該第１の熱交換器に対して並列配置される１台又は複数台の第２の熱交換器と、前記第１の熱交換器と第２の熱交換器の上流側に直列配置される第３の熱交換器とを備えた熱交換装置において、底板から柱状に立設された第１の支持部材と、第１の支持部材の先端部に一端が固定され、他端が前記底板に固定され、前記第１及び第２の熱交換器の放熱面と平行な面内で、傾斜して設けられた第２の支持部材とを備え、前記第３の熱交換器は、前記第２の支持部材の上面に沿わせた状態で固定したことを特徴とする。

また、本願の請求項２にかかる発明は、請求項１にかかる発明において、前記第２の支持部材の傾斜角度を可変にしたことを特徴とする。

また、本願の請求項３にかかる発明は、請求項１又は２にかかる発明において、前記第１の支持部材の下端部と底板、及び、第１の支持部材の先端部と第２の支持部材の一端とを、前記第１及び第２の熱交換器の放熱面と平行な方向に回動自在に固定し、第２の支持部材の他端を前記底板に対して取り外し可能な状態で固定したことを特徴とする。

本発明の熱交換装置は、次のような効果を奏する。

すなわち、請求項１にかかる発明においては、第１の熱交換器と１台又は複数台の第２の熱交換器の上流側に、第３の熱交換器を直列配置した熱交換装置において、第３の熱交換器は、底板から柱状に立設された第１の支持部材の先端部に一端を固定し、他端を前記底板に固定して、傾斜状に設けられた第２の支持部材の上面に沿わせた状態で固定するようにした。その結果、第３の熱交換器の支持部材によって、第３の熱交換器の取付角度を調整することにより、各熱交換器間の冷却バランスを簡単に調整できる。

また、請求項２にかかる発明においては、請求項１にかかる熱交換装置において、第２の支持部材の傾斜角度を可変にしたので、第３の熱交換器の取付角度の調節がより簡単になる。

また、請求項３にかかる発明においては、請求項１又は２にかかる熱交換装置において、第１の支持部材の下端部と底板、及び、第１の支持部材の先端部と第２の支持部材の一端とを、前記第１及び第２の熱交換器の放熱面と平行な方向に回動自在に固定し、第２の支持部材の他端を前記底板に対して取り外し可能な状態で固定するようにした。その結果、第３の熱交換器を上方と、横方向に引き出しながら下方に移動させることが簡単にでき、前後の熱交換器の間に大きな空間を設けたり、上流側の熱交換器の前側に作業スペースを設けたりすることなく、各熱交換器の清掃や着脱が容易にできる。

上でも述べたように、複数の熱交換器を直列配置した熱交換装置では、下流側の熱交換器には、上流側の熱交換器を冷却した後の、温度の高い空気が流れたり、上流側の熱交換器の一部やその支持部材等により空気流が遮られたりして、上流側の熱交換器は、下流側の熱交換器の熱交換性能に影響を与える。そして、上流側の熱交換器が下流側の熱交換器に影響を与えることにより、各熱交換器の冷却バランスが変化する。

例えば、図２（イ）に示すように、ラジエータ１，オイルクーラ２，３の上流側に、インタークーラ８を水平に配置した場合は、オイルクーラ２，３に対してインタークーラ８が図の斜線部分で重なって、その部分でオイルクーラ２，３の冷却効果に影響を与える。一方、図２（ロ）に示すように、インタークーラ８を斜めに配置した場合は、図中斜線で示す、オイルクーラ２，３に対してインタークーラ８が重なる部分の面積は小さくなる。そして、そのような重なる部分の面積は、インタークーラ８を傾斜させる角度を変えれば調節でき、下流側のオイルクーラ２，３に対して上流側のインタークーラ８を冷却した後の熱い空気と冷却していない空気との割合を変えられ、オイルクーラ２，３の冷却効果に与える影響の度合いを調整できる。本発明は、それを利用して、上流側の熱交換器の取付角度を最適な角度にすることにより、各熱交換器の冷却バランスの最適化を図るものである。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明の第１実施例を示す図で、図１（イ）は正面図、図１（ロ）は側面図である。図１において、符号１〜３は、図２及び図９のものと対応しており、４〜７はオイルパイプ接続口、８はインタークーラ、９は空気入口、１０は空気出口、１１，１２は支持部材、１３はシュラウドの底板、１４，１５，１７，１９はボルト、１６は上部支持金具、１８はシュラウドの天板である。

ここでは省略しているが、ラジエータ１，オイルクーラ２，３及びインタークーラ８は、図９に示したようなシュラウドで囲われており、その正面中央に開けられた円形の開口部に配置されたファンにより、図１（イ）の前から後、図１（ロ）の左側から右側に向かって、冷却用の空気が送られるようになっている。

ラジエータ１は、薄型の矩形板状に形成されていて、ファンの下流側にファンに対向して設けられ、その左右方向における略中心線上に、ファンの回転軸の中心が位置するように配設されている。オイルクーラ２，３は、二つに分割されてラジエータ１の左右両側に配設され、それらの放熱面は、ラジエータ１の放熱面とほぼ同一平面となるように配置されている。

そして、一方のオイルクーラ２のオイルパイプ接続口４と他方のオイルクーラ３のオイルパイプ接続口６とが、オイルパイプ（図示せず）で相互に連結される構造となっており、オイルは、オイルパイプ接続口５からオイルクーラ２を通り、上記オイルパイプを介して、他方のオイルクーラ３に流れ、オイルパイプ接続口７から流れ出るようになっている。

そのように配置されたラジエータ１，オイルクーラ２，３の上流側に、エンジンの吸気を冷却するためのインタークーラ８を、支持部材１１，１２により傾斜させて取り付けている。

図３は、支持部材１１，１２を示す図であり、図４（イ）は、そのＡ−Ａ部分の断面図、図４（ロ）は、Ｂ−Ｂ部分の断面図である。支持部材１１，１２は、図４に示すように、断面がコの字状をした金属製板材により形成されており、第１の支持部材１１は、コの字状の溝側を外側に向けて底板１３から垂直に立設され、下端部を底板１３に溶接により固定されている。第２の支持部材１２は、インタークーラ８を固定するためのボルト孔２０を側面と底面に有し、コの字状の溝側を上側に向けて、一端を第１の支持部材１１の上端部に溶接により固定し、他端を底板１３に溶接により固定することにより、ラジエータ１，オイルクーラ２，３の放熱面と平行な面内で、傾斜して設けられている。

インタークーラ８は、第２の支持部材１２のコの字状の溝内に収納する形で配置し、前記第１及び第２の熱交換器の放熱面と左右の両端部が重なる状態で載置し、固定用のボルト１４，１５により第２の支持部材１２に固定されている。さらに、インタークーラ８の上端肩部を、上部支持金具１６及びボルト１７，１９により、シュラウドの天板１８に固定している。そのようにしてインタークーラ８を固定するに当たり、インタークーラ８の中心がファンの回転軸の中心に位置するように配設する。

このようなインタークーラ８の支持部材１１，１２において、ラジエータ１，オイルクーラ２，３及びインタークーラ８の冷却バランスを最適化するために、インタークーラ８の取付角度を最適な角度にするに当たって、予め、ラジエータ１，オイルクーラ２，３の冷却バランスを考慮しながらインタークーラ８の取付角度を試験的に決め、支持部材１１，１２の寸法を決定する。

このようにすれば、支持部材１１，１２の寸法を調整するという簡単な作業を行うだけで、ラジエータ１，オイルクーラ２，３及びインタークーラ８等、各熱交換器の最適な冷却バランスを得ることができるようになる。

図５は、本発明の第２実施例を示す図である。符号は、図１のものに対応している。この実施例では、第２の支持部材１２の傾斜角度を可変にして、その増減により、インタークーラ８の設置角度を変化させ、ラジエータ１，オイルクーラ２，３及びインタークーラ８の冷却バランスを調整できるようにしている。

すなわち、第２の支持部材１２の傾斜角度を可変にするため、第１の支持部材１１の先端と第２の支持部材１２の一端との連結部を、回動軸となるピン２１で回動自在に連結し、第２の支持部材１２の他端の固定位置に角度調整固定具２２を設けて、第２の支持部材１２の傾斜角度が異なる複数位置で固定できるようにしている。角度調整固定具２２は、ピン２１から等距離な複数位置にボルト孔２３が設けられており、その内の一つのボルト孔２３に第２の支持部材１２の他端のボルト孔を合わせて、それらにボルト２４を通して固定する。

このようにすれば、インタークーラ８の設置角度を簡単に変えることができて、ラジエータ１，オイルクーラ２，３及びインタークーラ８の冷却バランスが簡単に調整できるようになる。

図６は、本発明の第３実施例を示す図である。符号は、図１，５のものに対応している。この実施例では、円で囲ったＣの部分を拡大して下に示すように、底板１３に対する第１の支持部材１１の固定部にヒンジ２５を設け、そのヒンジ２５を底板１３にボルト２６で固定するとともに、第１の支持部材１１の下端部を底板１３に、上記ボルト２６とは図の前後方向にずらした位置においてボルト２７で固定するようにし、第１の支持部材１１の先端と第２の支持部材１２の一端との連結部をピン２１で回動自在に連結し、さらに、第２の支持部材１２の他端は、Ｄの部分を拡大して下に示すように、ボルト２８により底板１３に固定するようにしている。このようにすれば、各熱交換器の清掃や着脱が容易になる。

すなわち、図７に示すように、上部支持金具１６を天板１８に止めているボルト１９を外し、第２の支持部材１２の他端を止めているボルト２８を外して、第２の支持部材１２の他端を上に持ち上げれば、ラジエータ１，オイルクーラ２，３の放熱面の下部が開放されて、その部分の清掃が容易になる。さらに、図８に示すように、第１の支持部材１１の下端部を底板１３に固定しているボルト２７を外せば、第１の支持部材１１を横方向に倒すことができ、その結果、インタークーラ８を横方向に引き出しながら下部に移動させることができる。そのようにすれば、ラジエータ１，オイルクーラ２，３の放熱面の上部及び図８の右側部分全体が開放されてその部分の清掃が容易になる。結局、ラジエータ１とオイルクーラ２，３全体の清掃が容易になる。

また、インタークーラ８を横方向に引き出した状態にすれば、ボルト１４，１５の取り外しが容易になって、第２の支持部材１２からインタークーラ８の取り外しも容易になる。そして、取り外したインタークーラ８を第２の支持部材１２に再び取り付けるのも容易である。

本発明の第１実施例を示す図である。 インタークーラ取付角度に応じてオイルクーラと重なる部分の面積が変化する状態を示す図である。 第１実施例のインタークーラの支持部材を示す図である。 支持部材の断面図である。 本発明の第２実施例を示す図である。 本発明の第３実施例を示す図である。 第３実施例においてインタークーラを上に移動させた状態を示す図である。 第３実施例においてインタークーラを下に移動させた状態を示す図である。 第１従来例を示す図である。 第２従来例を示す図である。

符号の説明

１…ラジエータ
２，３…オイルクーラ
４〜７…オイルパイプ接続口
８…インタークーラ
９…空気入口
１０…空気出口
１１，１２…支持部材
１３…底板
１４，１５，１７，１９，２４，２６，２７，２８…ボルト
１６…上部支持金具
１８…天板
２０，２３…ボルト孔
２１…ピン
２２…角度調整固定具
２５…ヒンジ
３０…シュラウド
３１…ファン
３２…エンジン
３３…インタークーラ

Claims (3)

1. 冷却ファンと、該冷却ファンに面して放熱面が位置するように配設される第１の熱交換器と、該第１の熱交換器に対して並列配置される１台又は複数台の第２の熱交換器と、前記第１の熱交換器と第２の熱交換器の上流側に直列配置される第３の熱交換器とを備えた熱交換装置において、
   底板から柱状に立設された第１の支持部材と、第１の支持部材の先端部に一端が固定され、他端が前記底板に固定され、前記第１及び第２の熱交換器の放熱面と平行な面内で、傾斜して設けられた第２の支持部材とを備え、前記第３の熱交換器は、前記第２の支持部材の上面に沿わせた状態で固定したことを特徴とする熱交換装置。
2. 前記第２の支持部材の傾斜角度を可変にしたことを特徴とする請求項１に記載の熱交換装置。
3. 前記第１の支持部材の下端部と底板、及び、第１の支持部材の先端部と第２の支持部材の一端とを、前記第１及び第２の熱交換器の放熱面と平行な方向に回動自在に固定し、第２の支持部材の他端を前記底板に対して取り外し可能な状態で固定したことを特徴とする請求項１又は２に記載の熱交換装置。

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