JP2014173296A

JP2014173296A - 建設機械

Info

Publication number: JP2014173296A
Application number: JP2013045550A
Authority: JP
Inventors: Shunichi Suda; 峻一須田
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2013-03-07
Filing date: 2013-03-07
Publication date: 2014-09-22

Abstract

【課題】動力室内の熱交換器の部位による冷却風量の分布の偏りを抑制し熱交換器の効率向上に寄与することができる建設機械を提供する。
【解決手段】吸気口２及び排気口６を有する動力室１と、この動力室１に配置した駆動源５と、この駆動源５により駆動して動力室１内に吸気口２から排気口６に向かう冷却風の流れを誘起するファン４と、このファン４により誘起される冷却風の流れに対向して配置された熱交換器３と、この熱交換器３の中央部に向かう冷却風の一部を熱交換器３の外周部に導く整風器１０とを備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、ラジエータ等の熱交換器の冷却機構を持つ建設機械に関する。

建設機械の動力室（エンジンルーム等）には一般的にファンが設置され、ファンで誘起した冷却風でラジエータ等の熱交換器を冷却している（特許文献１等参照）。

特開２００１−３４１５３３号公報

ファンにより誘起される動力室内の気流に着目すると、流路すなわち動力室の断面で見た場合、ファンに対向する領域では風速が速いが、動力室の壁面に近付くほど空気の粘性によって風速が落ちる。動力室の断面内で風速の勾配が大きければ熱交換器の部位によって冷却風量の分布の偏りも大きくなり、これが熱交換器の熱交換効率を低下させる要因となり得る。

本発明の目的は、動力室内の熱交換器の部位による冷却風量の分布の偏りを抑制し熱交換器の効率向上に寄与することができる建設機械を提供することにある。

上記目的を達成するために、第１の発明は、吸気口及び排気口を有する動力室と、この動力室に配置した駆動源と、この駆動源により駆動して前記動力室内に吸気口から前記排気口に向かう冷却風の流れを誘起するファンと、このファンにより誘起される冷却風の流れに対向して配置された熱交換器と、この熱交換器の中央部に向かう冷却風の一部を当該熱交換器の外周部に導く整風器とを備えたことを特徴とする。

第２の発明は、第１の発明において、前記整風器が、前記吸気口と前記熱交換器との間に位置するように前記動力室の壁面に取り付けた枠型のフレームと、冷却風の流れ方向の下流側に向かって前記熱交換器の外周部に傾斜した姿勢で前記フレームに取り付けた導風板とを備えていることを特徴とする。

第３の発明は、第２の発明において、前記導風板が複数枚備わっていて、各導風板が冷却風の流れ方向の下流側に向かって角型の前記フレームの各コーナー部側にそれぞれ傾斜していることを特徴とする。

第４の発明は、第１の発明において、前記整風器が、前記吸気口と前記熱交換器との間に位置するように前記動力室の壁面に取り付けられ、中央部に設けた中央開口、及びこの中央開口を挟んで設けた少なくとも一対の側部開口を有するフレームと、前記中央開口に張った第１ネットと、前記側部開口に張られ前記第１ネットよりも目が粗い第２ネットとを備えていることを特徴とする。

第５の発明は、第１の発明において、前記整風器が、前記熱交換器と前記ファンとの間に位置する抵抗体であって、前記動力室の壁面との間に間隙が介在するように流路中央に配置されていることを特徴とする。

第６の発明は、第５の発明において、前記抵抗体がネットであることを特徴とする。

本発明によれば、動力室内の熱交換器の部位による冷却風量の分布の偏りを抑制し熱交換器の効率向上に寄与することができる。

本発明の適用する建設機械の一例である油圧ショベルの全体構成を示す側面図である。図１の油圧ショベルの動力室内の要部を抜き出して一部断面で模式的に示した平面図である。本発明の第１の実施の形態に係る整風器を上流側から見た正面図である。図３のIV―IV線断面を含む動力室の部分断面図である。本発明の第２の実施の形態に係る整風器を上流側から見た正面図である。図５のVI―VI線断面を含む動力室の部分断面図である。本発明の第３の実施の形態に係る整風器を上流側から見た正面図である。図７のVIII―VIII線断面を含む動力室の部分断面図である。

以下に図面を用いて具体的な実施の形態を説明する。

〔第１の実施の形態〕
１．建設機械
図１は本発明の適用する建設機械の一例である油圧ショベルの全体構成を示す側面図である。

この油圧ショベル１５は、走行体１６と、走行体１６の上に旋回可能に設けた旋回体１７とを備えている。旋回体１７の前部（同図中の左側部分）には、作業装置１８と、運転席を備えたキャビン１９とが配置され、キャビン１９の後部（同図中の右側部分）には、本発明の適用対象となる動力室（エンジンルーム）１が配置してある。動力室１の後部にはカウンタウェイト７が配置してある。

２．動力室
図２は動力室１内の要部を抜き出して一部断面で模式的に示した平面図である。

同図に示すように、動力室１には、熱交換器３及び駆動源（エンジン）５が収容されている。駆動源５は作業装置１８等の油圧アクチュエータを動力源となる油圧ポンプ（図示せず）の駆動させるものである。熱交換器３と駆動源５との間にはファン４が配置されている。ファン４は、駆動源５の出力軸に連結されていて駆動源５により回転駆動する。以降、本願明細書で単に「上流側」「下流側」といった場合には、ファン４により誘起される冷却風の流れ方向（矢印参照）を基準とすることとする。例えば、この例においては、熱交換器３、ファン４及び駆動源５は、上流側からこの順で並んでいる。動力室１は、上流側を吸気口２、下流側を排気口６とする冷却風の流路を構成する。吸気口２及び排気口６にはそれぞれ金網２ａ，６ａが設けられている。

熱交換器３は、駆動源５の冷却水を冷却風との熱交換により冷却するラジエータを含み、冷却風の流れ方向から見て、動力室１の幅すなわち冷却風の流路幅と同程度の幅を持つ。すなわち、熱交換器３の幅は動力室１の幅の大部分を占めている。なお、ここでいう幅とは、水平方向に採った幅寸法のことをいう。なお、熱交換器３には、駆動源５のターボチャージャ（図示せず）からの過給空気を冷却するインタークーラ、油圧アクチュエータの作動油を冷却するオイルクーラ等も含まれ得る。

上記構成の動力室１においては、ファン４が駆動することによって吸気口２を介して冷却風が流入する。吸気口２から動力室１に流入した冷却風は排気口６に向かって流れ、排気口６を介して動力室１から流出する。熱交換器３はこうして誘起される冷却風の流れに対向して臨んでいる。そして、本実施の形態では、熱交換器３に対する冷却風の流れを整える整風器１０が熱交換器３の上流側に設けてある。

３．整風器
図３は本発明の第１の実施の形態に係る整風器を上流側から見た正面図、図４は図３のIV―IV線断面を含む動力室１の部分断面図である。

これら図３及び図４に示したように、整風器１０は、フレーム８と導風板９とを備えている。フレーム８は、四角形の枠型をした部材であり、動力室１の吸気口２と熱交換器３との間に位置するように動力室１の壁面１ａに固定されて取り付けられている。フレーム８の各辺は動力室１の内壁面１ａに沿っている。導風板９はフラットバー状の部材であって本例においては４枚備わっていて、フレーム８におけるコーナー部を挟む２辺に斜めに掛け渡すようにして四隅それぞれに配置してある。各導風板９はそれぞれガイド面を冷却風の流れ方向の下流側に向かって熱交換器３の外周部に傾斜させた姿勢でフレーム８に取り付けられている。ガイド面とは、冷却風を受けて流れ方向を変更する面である。特に本実施の形態では、４枚の導風板９はそれぞれ下流側に向かってフレーム８の対応するコーナー部側にそれぞれガイド面を傾斜させている。すなわち、下流に向かって、上流側から見て右上の導風板９は右上に、右下の導風板９は右下に、左上の導風板９は左上に、左下の導風板９は左下に、それぞれガイド面を傾斜させている。このような構成により、熱交換器３の中央部（ファン４との対向部分）に向かう冷却風の一部を図３及び図４に矢印で示したように熱交換器３の外周部、特に本実施の形態では四隅に導くようになっている。

４．効果
仮に整風器１０を設けない場合、動力室１内でファン４を駆動して冷却風を誘起したとき、動力室１を冷却風の流路とすると、流路中央に比べて壁面１ａに近いほど空気の粘性によって風速が落ちる。その結果、流路断面方向の風速分布に偏りが生じ、熱交換器３の縁部付近を通る冷却風量は中央部を通る冷却風量に比べて少なくなり、これにより熱交換効率が低下し得る。理由は次の通りである。

まず、空冷式の熱交換器では、風速及び風量が大きな部分ほど熱伝達係数が大きくなるが、風量の増大率に比して熱伝達係数の増大率は低い。そのため、風量の大きな部分では、熱交換器の管内流体の温度低下の程度は風量の割に低く、冷却風の出口温度が上昇し難い。また、風速が遅く風量が少ないほど熱伝達係数は低下するが、風量が少ないので冷却風の出口温度の上昇率が高い。そのため、冷却風と管内流体の温度差が小さくなって交換伝熱量が低下する。その結果、総風量が同じでも風速分布に偏りがある場合は分布が均一な場合に比べて熱交換効率が悪くなり、熱交換器の出口で得られる管内流体の全体平均温度も上がってしまう。

それに対し、本実施の形態では、導風板９によって流路中央を流れる冷却風の一部の流れを動力室１の壁面１ａ側に寄せることで流路の断面方向の速度勾配を緩やかにすることができ、特に本実施の形態の場合は流路の四隅における冷却風量を増やすことができる。このように熱交換器３の縁部、特に四隅の通気量を増やすことができるので、熱交換器３の部位による冷却風量の分布の偏りを抑制し熱交換器３の効率向上に寄与することができる。その結果、必要な冷却性能を確保する上では熱交換器３を小型化することができ、低コスト化、省スペース化等の効果も併せて期待できる。また、冷却風の均一化による冷却効率の向上の効果により、冷却風量を少なくすることができるので、ファン４の小型化及び低廉化の他、動力室１の吸気口２及び排気口６の面積縮小やファン４の低速化が可能となることから騒音抑制の効果も期待できる。

また、例えば４枚の導風板９で囲われた部分（整風器１０における冷却風の主流を通す中央開口部分）にネットを張った場合には、流路中央の通風抵抗が増して四隅に流れる冷却風量をより効率的に増やすことができる。また、導風板９の外側の四隅の流路にもネットを張る構成も考えられる。この場合、四隅の流路に張るネットに比べて中央の流路に張るネットの目を細かくして通風抵抗に差を付けることで、四隅の流路の冷却風の流通割合を上げることができる。このように通風抵抗の調整を組み合わせることにより、風量分布を均一化するに当たってより柔軟に冷却風の流れを制御することができる。

なお、本実施の形態では、４枚の導風板９をそれぞれ整風器１０の四隅に向かって傾斜させて冷却風を熱交換器３の四隅に積極的に導く構成としたが、例えば流路中央部を挟んでフレーム８の上下の辺に２枚の導風板を縦方向に架け渡し、これら導風板をそれぞれ下流に向かって流路の水平方向の外側に傾斜させる構成としても良い。この場合でも、熱交換器３の水平方向の両側の縁部に積極的に冷却風が導かれ、風量分布の偏りの抑制に寄与する。

〔第２の実施の形態〕
図５は本発明の第２の実施の形態に係る整風器を上流側から見た正面図、図６は図５のVI―VI線断面を含む動力室１の部分断面図である。これらの図において既に説明した部材には既出図面と同符号を付して説明を省略する。

図５及び図６に示したように、本実施の形態は、整風器１０Ａがフレーム１１と防塵ネット１２ａ，１２ｂを備えていて、導風板が省略されている点で第１の実施の形態と相違する。

整風器１０Ａのフレーム１１には、中央開口１１ａ、及び中央開口１１ａを挟んで水平方向の両側に設けた２つの側部開口１１ｂが開けられている。これら開口１１ａ，１１ｂの形状等は特に限定されないが、本実施の形態ではそれぞれ四角形状に形成してある。中央開口１１ａは冷却風の流れ方向においてファン４に対応する位置にあり、側部開口１１ｂはそれよりも水平方向両側の壁面１ａ側に位置している。すなわち、側部開口１１ｂは熱交換器３の水平方向両側の縁部に側部開口１１ｂはそれぞれ対向している。

防塵ネット１２ａは中央開口１１ａを、防塵ネット１２ｂは各側部開口１１ｂをそれぞれ覆うようにフレーム１１に取り付けられている。また、中央の防塵ネット１２ａには比較的目の細かいものが、両側の防塵ネット１２ｂには比較的目の粗いものが選択してある。すなわち、防塵ネット１２ｂよりも防塵ネット１２ａは目が細かくなっている。

フレーム１１の位置や取り付け態様を含め、他の構成については第１の実施の形態と同様である。

本実施の形態によれば、中央開口１１ａと側部開口１１ｂとの間に防塵ネット１２ａ，１２ｂの目によって通風抵抗に差をつけたことで、通風抵抗が低い防塵ネット１２ｂを張った側部開口１１ｂに冷却風が流れ易くなる。これによって下流側に配置した熱交換器３の縁部に流れる冷却風の流量割合が増えるので、第１の実施の形態と同様、熱交換器３の部位による冷却風量の分布の偏りを抑制し熱交換器３の効率向上に寄与することができる。

また、油圧ショベル１５が塵埃の多い環境で稼働する場合、動力室１に吸い込まれる空気には多くの塵埃が伴われる。本実施の形態においては、整風器１０Ａの開口１１ａ，１１ｂに防塵ネット１２ａ，１２ｂが張られているので、冷却風に同伴する塵埃を防塵ネット１２ａ，１２ｂで捕捉することができる。そのため、熱交換器３における塵埃の詰まりを抑制することができ、熱交換器３の冷却性能の低下を抑制する効果も併せて期待できる。

なお、本実施の形態では中央開口１１ａの水平方向の両側に側部開口１１ｂを設けた場合を例に挙げて説明したが、側部開口１１ｂは中央開口１１ａを挟んで一対設けられていれば良く、例えば中央開口１１ａを挟んで上下両側に設けても良い。勿論、中央開口１１ａの上下左右、又はフレーム１１の四隅に設けても良い。

また、本実施の形態では中央開口１１ａと側部開口１１ｂの双方に防塵ネット１２ａ，１２ｂを張る構成を例に挙げて説明したが、側部開口１１ｂの防塵ネット１２ｂは省略しても良い。このような構成であっても、中央開口１１ａの通風抵抗は防塵ネット１２ａによって側部開口１１ｂよりも高くなるので冷却風の整流効果が期待できる。

〔第３の実施の形態〕
図７は本発明の第３の実施の形態に係る整風器を上流側から見た正面図、図８は図７のVIII―VIII線断面を含む動力室１の部分断面図である。これらの図において既に説明した部材には既出図面と同符号を付して説明を省略する。

図７及び図８に示したように、本実施の形態が第１及び第２の実施の形態と相違する点は、整風器１０Ｂが熱交換器３とファン４との間に位置すること等である。整風器１０Ｂは冷却風の通風抵抗となる抵抗体であり、本実施の形態ではフレーム１４とこのフレーム１４に張ったネット１３とで構成してある。フレーム１４は４本設けられており、各フレーム１４は動力室１の４つの壁面１ａのうち隣り合う２つの壁面１ａに斜めに架け渡すようにして固定されている。つまり、４本のフレーム１４は、それぞれ動力室１の断面内で対応するコーナー部に対向している。ネット１３は４本のフレーム１４と動力室１の壁面１ａとで囲われた流路中央の領域（４本のフレーム１４の内法空間）を覆っている。このような構成により、整風器１０Ｂは動力室１の壁面１ａの各コーナー部との間に間隙が介在するようにして流路中央に配置されている。

本実施の形態では、通気量の多い流路中央にネット１３を配置してその通風抵抗を高くしたことで、塞がれていない流路の四隅に冷却風が流れ易くなる。つまり、整風器１０Ｂの上流側において流路中央から四隅に流れる冷却風の流れを生じさせることができるので、上流側に配置した熱交換器３の四隅を通過する冷却風の流量割合を増やすことができ、前述した各実施の形態のように熱交換器３の部位による冷却風量の分布の偏りを抑制し熱交換器３の効率向上に寄与することができる。

なお、本実施の形態では抵抗体としてネット１３を配置する場合を例に挙げて説明したが、要は冷却風の流れの抵抗になれば良いので、抵抗体は板等で代用することもできる。また、本実施の形態では、動力室１の壁面１ａと整風器１０Ｂとの間の間隙流路を流路の四隅（動力室１の断面のコーナー部）に確保した場合を例に挙げて説明したが、要するに流路中央の冷却風の一部を壁面１ａに寄せる流れを形成できれば良いので、例えば動力室１の断面内において整風器１０Ｂを挟んで水平方向の両側、又は上下両側に間隙流路を確保する構成としても良い。また、間隙流路にネット１３よりも目の粗いネットを張る構成とすることもできる。

〔その他〕
また、上記実施の形態では、油圧ショベル１５に本発明を適用した場合を例に挙げて説明したが、本発明は、例えばホイールローダを含む他の種類の作業機械にも適用可能であり、同様の効果を奏することができる。また、駆動源５としてエンジンを備えた建設機械に本発明を適用した場合を例に挙げて説明したが、電動モータで油圧ポンプを駆動する建設機械であってもオイルクーラ等を冷却風による冷却対象として持つものには本発明が適用できる。

１動力室
１ａ動力室の壁面
２吸気口
３熱交換器
４ファン
５駆動源
６排気口
８フレーム
９導風板
１０，１０Ａ，１０Ｂ整風器
１１フレーム
１１ａ中央開口
１１ｂ側部開口
１２ａ防塵ネット（第１ネット）
１２ｂ防塵ネット（第２ネット）
１３ネット
１５油圧ショベル（建設機械）

Claims

吸気口及び排気口を有する動力室と、
この動力室に配置した駆動源と、
この駆動源により駆動して前記動力室内に吸気口から前記排気口に向かう冷却風の流れを誘起するファンと、
このファンにより誘起される冷却風の流れに対向して配置された熱交換器と、
この熱交換器の中央部に向かう冷却風の一部を当該熱交換器の外周部に導く整風器と
を備えたことを特徴とする建設機械。
前記整風器が、
前記吸気口と前記熱交換器との間に位置するように前記動力室の壁面に取り付けた枠型のフレームと、
冷却風の流れ方向の下流側に向かって前記熱交換器の外周部に傾斜した姿勢で前記フレームに取り付けた導風板と
を備えていることを特徴とする請求項１の建設機械。
前記導風板が複数枚備わっていて、各導風板が冷却風の流れ方向の下流側に向かって角型の前記フレームの各コーナー部側にそれぞれ傾斜していることを特徴とする請求項２の建設機械。
前記整風器が、
前記吸気口と前記熱交換器との間に位置するように前記動力室の壁面に取り付けられ、中央部に設けた中央開口、及びこの中央開口を挟んで設けた少なくとも一対の側部開口を有するフレームと、
前記中央開口に張った第１ネットと、
前記側部開口に張られ前記第１ネットよりも目が粗い第２ネットと
を備えていることを特徴とする請求項１の建設機械。
前記整風器が、前記熱交換器と前記ファンとの間に位置する抵抗体であって、前記動力室の壁面との間に間隙が介在するように流路中央に配置されていることを特徴とする請求項１の建設機械。
前記抵抗体がネットであることを特徴とする請求項５の建設機械。