JP3885415B2

JP3885415B2 - 熱交換器設置部のサーキュレーション防止装置

Info

Publication number: JP3885415B2
Application number: JP16315099A
Authority: JP
Inventors: 和則中村; 淳園田; 浩二川崎; 晃司多原; 靖此村
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 1999-06-10
Filing date: 1999-06-10
Publication date: 2007-02-21
Anticipated expiration: 2019-06-10
Also published as: JP2000352315A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建設機械のエンジンルーム内に熱交換器として、インタクーラを含む複数のものを設置したものにおいて、熱交換器で熱交換した後の熱気がインタクーラの入口側に還流しないようにするために設けられる熱交換器設置部のサーキュレーション防止装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
建設機械に設けられる熱交換装置としては、例えば特開平８−３０３２４１号公報に示したものが知られている。そこで、図５にこの従来技術による熱交換装置の構成を示す。
【０００３】
図中において、１はエンジンルームであって、このエンジンルーム１はフレーム１ａと、側部カバー１ｂ及び上部カバー１ｃとにより区画形成された空間から構成される。エンジンルーム１内にはエンジン２が設置されており、またエンジン２以外にも、図示は省略するが、油圧ポンプその他の機器が配置される。３は熱交換装置であり、この熱交換装置３は、ラジエータ４，オイルクーラ５及びインタクーラ６からなる３種類の熱交換器で構成される。ラジエータ４はエンジン２の冷却水を冷却するためのものであり、またオイルクーラ５は油圧ポンプから油圧アクチュエータを経て作動油タンクに還流する作動油を冷却するためのものである。さらに、インタクーラ６は、エンジン２に燃焼用の空気を過給するためにコンプレッサ等で圧縮した空気を冷却するためのものである。以上のように、３種類設けられる熱交換器は、それぞれエンジン冷却水，作動油，過給用空気というように、被冷却流体が異なっているものの、放熱フィンを取り付けた細管内に被冷却流体を流す間に冷却風と接触させて熱交換する点は全て共通である。
【０００４】
前述した各熱交換器に冷却風を流通させるために、エンジン２には冷却ファン７が連結されており、この冷却ファン７はシュラウド８内に配置されている。そして、冷却ファン７はエンジン２により回転駆動されて、冷却風を流通させるようになっており、この冷却風の通路に３個の熱交換器が配列される。これら各熱交換器の配列は、通常直列となっており、エンジン２に近い側にラジエータ４を配置し、また冷却風の最上流側にインタクーラ６を位置させ、オイルクーラ５はこれらラジエータ４とインタクーラ６との間に配置される。ただし、必ずしもこの配列としなければならないものではなく、例えばオイルクーラ５とラジエータ４との位置を交換したり、またラジエータ４とオイルクーラ５とを並列状態に配置することも可能である。ただし、インタクーラ６は、被冷却流体である過給用の空気をエンジン冷却水や作動油より低い温度にまで冷却する必要があるので、冷却風の最上流側に配置する。
【０００５】
エンジンルーム１を構成する上部カバー１ｃ等には、外気の取り入れ口９ａと排気口９ｂとが設けられる。従って、冷却ファン７が回転すると、外気の取り入れ口９ａから取り込んだ空気が、順次インタクーラ６，オイルクーラ５及びラジエータ４に供給されて、それぞれの熱交換器で熱交換される。そして、熱交換されて加熱状態となった空気は排気口９ｂから外部に放出される。エンジンルーム１における外気取り入れ口９ａ，排気口９ｂ以外は実質的に閉鎖状態となっているので、少なくとも一部の熱気がエンジンルーム１内でインタクーラ６側に回り込む可能性がある。インタクーラ６はラジエータ４及びオイルクーラ６より低い温度を必要とするが、一度熱交換器を通過した空気はインタクーラ６で必要な被冷却流体の目標冷却温度より高くなり、これがインタクーラ６に吸い込まれると、過給用空気を必要な温度に冷却できなくなるおそれがある。
【０００６】
そこで、エンジンルーム１内で空気が循環するのを防止するために、また大きな発熱源であるエンジン２と熱的に隔離するために、サーキュレーション防止壁１０を設けてエンジンルーム１内を実質的に２つのチャンバに区画形成し、エンジン２側の熱がインタクーラ６の前面側に回り込むのを防止する。このサーキュレーション防止壁１０はシュラウド８に取り付けられている。なお、これ以外にもラジエータ４またはオイルクーラ５の周囲装着することもできる。また、このサーキュレーション防止壁１０の材質としては、密閉性及び断熱性等を考慮し、さらに価格等の観点から、発泡ポリウレタンで形成するのが一般的である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、３個並べた熱交換器のうち、最も冷却風の上流に位置するインタクーラには、被冷却流体の流入側及び流出側の配管が接続されるが、これら両配管はエンジンに接続されるので、インタクーラからの配管はオイルクーラ及びラジエータの配設位置を経てエンジンの位置にまで延在される。従って、配管はサーキュレーション防止壁の位置を必ず通過することになるが、このためにサーキュレーション防止壁にはこれらの配管を通す透孔等の開口部が設けられる。流出側の配管は冷却後の過給用空気を通すものであるから、この配管自体はあまり高い温度とはならない。これに対して、流入側の配管は高温状態の被冷却流体が流れることから、配管自体も加熱されることになる。このように、配管が高い温度、具体的には１５０℃乃至その近傍の温度になるものであり、サーキュレーション防止壁として、発泡ポリウレタン等のように、耐熱性があまり良好でない材質のものを使用すると、この流入側配管の挿通部が熱による劣化を生じて、シール性が低下してしまうという問題点がある。
【０００８】
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、サーキュレーション防止壁におけるインタクーラへの流入側配管の挿通部が熱により劣化するのを抑制できるようにすることにある。
【０００９】
【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、建設機械のエンジンルーム内に、冷却ファンによる冷却風の流れの最上流側にインタクーラを、また下流側に他の熱交換器を設置し、この他の熱交換器とエンジンルームの上部カバーとの間にサーキュレーション防止壁を設け、前記インタクーラに接続した配管をこのサーキュレーション防止壁を貫通してエンジンと接続する構成としたものであって、前記サーキュレーション防止壁は前記上部カバーに固着して設けられ、この上部カバーは上方に向けて開放可能なものであり、前記サーキュレーション防止壁には、その下端側に前記インタクーラの流入側及び流出側の各配管を通過させる２箇所の凹部からなる開口部が形成され、前記他の熱交換器の上面には前記流入側配管及び流出側配管と前記各開口部との間に形成される隙間を密閉するための遮蔽壁が設けられ、前記流入側配管に設けられる遮蔽壁は、前記流入側配管を挿通しその全周に密着した状態で前記他の熱交換器の上面に設けられる弾性部材からなる耐熱シール材と、前記耐熱シール材を前記他の熱交換器の所定の位置に固定的に保持すると共に、前記耐熱シール材の外周を覆って前記耐熱シール材が前記サーキュレーション防止壁と直接接触しないようにするための金属保持板とからなることをその特徴とするものである。
【００１０】
また、インタクーラには前述した流入側配管だけでなく、流出側配管も設けられている。従って、サーキュレーション防止壁には、この流出側配管を通過させるための開口部も形成され、この開口部の位置に遮蔽壁を配置し、流出側配管はこの遮蔽壁に挿通させるようにする。ただし、流出側配管はあまり高熱とはならないので、この遮蔽壁はサーキュレーション防止壁と同じ材質のもので構成することができる。而して、サーキュレーション防止壁の材質としては発泡ポリウレタンを用いるのが断熱性や価格の面から有利である。これに対して、耐熱シール部材は、耐熱性を有し、かつ弾性部材であるシリコンゴムまたはＥＰＤＭで形成するのが望ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図１乃至図３に基づいて本発明の実施の形態について説明する。而して、図１はエンジンルームの内部構造を示す図であり、また図２は図１のＡ−Ａ断面図、図３は上部カバーを取り除いた平面図、図４は耐熱シール部材の取り付け構造を示す図である。
【００１２】
これらの図から明らかなように、エンジンルーム１１は、フレーム１１ａと側部カバー１１ｂ及び上部カバー１１ｃ等で仕切られた空間から構成される。このエンジンルーム１１の内部には、エンジン１２が設置されると共に、熱交換装置１３が設けられる。この熱交換装置１３は、ラジエータ１４，オイルクーラ１５及びインタクーラ１６から構成される。これら各熱交換器は、エンジン１１により駆動される冷却ファン１７による冷却風の流れにおいて、上流側からインタクーラ１６，オイルクーラ１５，ラジエータ１４の順に配列されている。また、図１において、１８は外気の取り入れ口であり、エンジン１１の配設位置より左側の位置に排気口が設けられるが、この排気口の図示は省略する。なお、図中において、１９は冷却ファン１７による送風をより効率的に行うために、この冷却ファン１７の周囲を覆うシュラウドである。さらに、図２において、２０，２０はエンジンルーム１１における側壁である。これらの側壁としては、エンジンルーム１１と他の空間を仕切る仕切り壁等であるが、カウンタウエイトもエンジンルーム１１の側壁として機能するように構成したものもある。
【００１３】
エンジンルーム１１には、エンジン１２及び冷却ファン１７等が配置された高熱側のチャンバを、インタクーラ１６が配置され、低い温度状態に保たなければならないチャンバとに区画形成し、一度熱交換装置１３を通ることにより加熱された空気がインタクーラ１６側に回り込まないようにするためのサーキュレーション防止壁２１が設けられる。このサーキュレーション防止壁２１は、オイルクーラ１５の設置部に設けられており、従ってオイルクーラ１５を挟んで、ラジエータ１４側とインタクーラ１６側とは遮断された空間を構成している。なお、サーキュレーション防止壁はラジエータ１４やシュラウド１９等に設けるようにしても良い。
【００１４】
ここで、エンジンルーム１１内には、様々な機器等が設置されていることから、定期的または随時に修理・点検等といったメンテナンスを行う必要がある。このために、図２に示したように、上部カバー１１ｃの少なくとも一部、特に熱交換装置１３の上部を開閉可能な構成とする。従って、サーキュレーション防止壁２１のうち、オイルクーラ１５の側部側に設けられる壁部２２（またフレーム１１ａとオイルクーラ１５との間に空間が存在する場合には、この空間を埋める壁部を含む）はともかくとして、上部壁部２３はラジエータ１４の上面または上部カバー１１ｃの内面に貼り付けることにより固定しなければならない。そして、前述したメンテナンスの容易性という観点からは、上部壁部は上部カバー１１ｃの内面に貼り付けて、この上部カバー１１ｃが開放されると、ラジエータ１４の上部に邪魔な突起物が存在しないようにする。
【００１５】
ところで、ラジエータ１４及びオイルクーラ１５では、それぞれ被冷却流体はエンジン冷却水及び作動油という液体であり、従って熱交換領域ではこれら被冷却流体は重力方向である上部側から下部側に流すようにすれば良く、熱交換効率をより高めるには、上下方向の寸法を大きくする。これに対して、インタクーラ１６の被冷却流体は空気であるので、重力の方向に向けて被冷却流体を自然に流すことはできない。しかしながら、インタクーラ１６の流入側配管２４はコンプレッサに通じるものであり、また流出側配管２５はエンジンの吸気室に通じるものであるから、これら流入側配管２４と流出側配管２５との間には差圧が生じる。そこで、この差圧を利用してインタクーラ１６内での被冷却流体の流れを形成する。
【００１６】
また、インタクーラ１６で冷却される過給用空気の量は、ラジエータ１４及びオイルクーラ１５の被冷却流体であるエンジン冷却水や作動油の量と比較して、かなり少なくて良い。従って、インタクーラ１６における熱交換領域は、ラジエータ１４及びオイルクーラ１５より小さくすることができ、実質的にそれらの半分程度で良い。そして、インタクーラ１６に接続される流入側配管２４及び流出側配管２５はエンジン１２に直結される関係から、これらの配管２４，２５はオイルクーラ１５及びラジエータ１４の配置部を通り越さなければならない。
【００１７】
以上のことから、インタクーラ１６を横長となし、その内部には被冷却流体を水平方向において一方向に向けて流すようになし、かつ冷却風の通路における上方位置に配置する。そして、インタクーラ１６の左右の一方の端部近傍に流入側配管２４を接続し、また他方の端部近傍に流出側配管２５を接続するのが合理的である。さらに、これら流入側及び流出側配管２４，２５のエンジン１２への引き回しは、他の熱交換器の上部を通過させるのがエンジンルーム１１内にコンパクトに収納する等の点から望ましい。
【００１８】
従って、インタクーラ１６に接続した流入側配管２４及び流出側配管２５は、サーキュレーション防止壁２１のうち、オイルクーラ１５の上部に設けられる上部壁部２３を貫通するように引き回される。しかも、上部壁部２３は上部カバー１１ｃ側に固着され、この上部カバー１１ｃは上方に開放されることから、上部壁部２３の下部側には、配管２４，２５に対応する部位に下端側に開口した凹部２３ａ，２３ｂを形成して、これら配管２４，２５を通すための開口部とする。そこで、サーキュレーション防止という機能を十分発揮させるために、これらの凹部２３ａ，２３ｂにおける配管２４，２５を挿通した部位の周囲を完全に密閉しなければならない。
【００１９】
ここで、サーキュレーション防止壁２１の材質としては、断熱性，価格等の点を考慮して、発泡ポリウレタンを用いるのが一般的である。この発泡ポリウレタンは１００℃程度までの温度には耐えられるが、それ以上の温度に曝されていると早期に劣化する。ラジエータ１４及びオイルクーラ１５の被冷却流体であるエンジン冷却水及び作動油の目標冷却温度は概略１００℃であるので、サーキュレーション防止壁２１を設けた部位の周辺温度はこの温度を実質的に越えることはない。従って、サーキュレーション防止壁２１を発泡ポリウレタンで形成しても、格別の支障を来すことはない。しかしながら、インタクーラ１６に接続した配管２４，２５のうち、流入側配管２４はコンプレッサで圧縮された空気であり、この過給用空気の温度は、例えば１５０℃程度というように、極めて高い温度状態となっており、その影響で流入側配管２４も加熱されることになる。
【００２０】
既に説明したように、配管２４，２５を挿通した部位には、サーキュレーション防止壁２１における上部壁部２３には凹部２３ａ，２３ｂが設けられているので、これら凹部２３ａ，２３ｂと配管２４，２５との間の隙間を密閉する。そこで、これらの隙間を遮蔽する部材を設けるが、凹部２３ａ側を遮蔽する部材と、凹部２３ｂを遮蔽する部材とを異ならせる。凹部２３ｂには流出側配管２４が挿通されるが、この流出側配管２５はインタクーラ１６で冷却された流体が流通するので、この流出側配管２５はあまり高温にはならない。従って、この凹部２３ｂと流出側配管２５との間を、上部壁部２３と同じ材質、つまり発泡ポリウレタン等で遮蔽壁２６を形成する。この遮蔽壁２６は直接オイルクーラ１５の上面に接着等の手段で固着するか、または適宜の固定具を用いてオイルクーラ１５の上面に固定する。
【００２１】
一方、コンプレッサで圧縮された高温の空気が流れる流入側配管２４と凹部２３ａとの間の隙間を遮蔽するためのものとして、サーキュレーション防止壁２１と同様の発泡ポリウレタンを装着したのでは、熱の影響で劣化して早期に気密保持機能が失われてしまう。そこで、サーキュレーション防止壁２１の上部壁部２３における凹部２３ａと流入側配管２４との間の隙間を埋める遮蔽壁としては、例えばシリコンゴム，ＥＰＤＭ等のように耐熱性が良好で、しかも弾性を有する部材で構成した弾性シール部材２７を用いる。そして、この弾性シール部材２７は、好ましくは、ある程度圧縮させた状態にして流入側配管２４の全周を囲繞するように装着する。これにより、流入側配管２４が熱膨張したり収縮したりしても、弾性シール部材２７は流入側配管２４の外周面に密着した状態に保持される。そして、この弾性シール部材２７を所定の位置に保持し、かつそれが直接上部壁部２３に接触しないようにするために、金属保持板２８内に設ける。また、この金属保持板２８は図４に示した形状となし、これをねじ２９等を用いてオイルクーラ１５の上面に固定する。
【００２２】
従って、サーキュレーション防止壁２１と、流出側配管２５の周囲を覆う遮蔽壁２６及び流入側配管２４の周囲を覆う弾性シール部材２７と、それを固定するための金属保持板２８とによってサーキュレーション防止装置が構成される。
【００２３】
以上のように構成することによって、サーキュレーション防止壁２１と、インタクーラ１６に接続した流入側，流出側の配管２４，２５の挿通部を遮蔽する弾性シール部材２７及び遮蔽壁２６によって、エンジンルーム１１内におけるインタクーラ１６を配置した空間は、熱交換装置１３を通過した熱風が流れ、また大きな発熱源でもあるエンジン１２が配置されている高熱の空間から確実に隔離される。しかも、このサーキュレーション防止壁２１は発泡ポリウレタン等の断熱性の高い部材で形成されていることから、インタクーラ１６における冷却風の吸い込み側に熱が回り込むのを確実に防止できる。また、流入側配管２４の周囲における極めて限定された範囲だけは、耐熱性の高い弾性シール部材２７が装着されているので、内部に流通する高温の過給用空気により、この流入側配管２４が加熱されても、この熱の影響で弾性シール部材２７が劣化するのを抑制できるので、極めて長い期間にわたって安定した遮蔽機能を発揮する。
【００２４】
また、上部カバー１１ｃは、メンテナンス等の関係から頻繁に開閉されるが、凹部２３ａ内において、サーキュレーション防止壁２１の壁面が、弾性部材からなり、しかも流入側配管２４の熱である程度高温状態になる弾性シール部材２７とは直接接触せず、その外周に設けた金属保持板２８と接触するので、上部カバー１１ｃの開放時に、サーキュレーション防止壁２１の壁面は円滑かつ容易に金属保持板２８から分離することになり、従って上部カバー１１ｃを繰り返し開閉してもサーキュレーション防止壁２１がダメージを受けることもない。
【００２５】
以上のことから、サーキュレーション防止装置の寿命が極めて長く、長期間にわたって安定したサーキュレーション防止機能を発揮する。しかも、弾性シール部材２７は、流入側配管２７を囲繞する僅かなもので良いから、全体としてのサーキュレーション防止装置を安価に製造できる。
【００２６】
【発明の効果】
本発明は以上のように構成したので、サーキュレーション防止壁におけるインタクーラへの流入配管の挿通部が熱により劣化するのを抑制できる等の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態を示すものであって、エンジンルームの内部構造を示す説明図である。
【図２】図１のＡ−Ａ位置での断面図である。
【図３】図１の上部カバーを取り除いた平面図である。
【図４】耐熱シール部材の取り付け構造を示す構成説明図である。
【図５】従来技術によるエンジンルームの内部構成を示す説明図である。
【符号の説明】
１１エンジンルーム１１ａフレーム
１１ｂ側部カバー１１ｃ上部カバー
１２エンジン１３熱交換装置
１４ラジエータ１５オイルクーラ
１６インタクーラ１７冷却ファン
２１サーキュレーション防止壁２３上部壁部
２３ａ，２３ｂ凹部２４流入側配管
２５流出側配管２６遮蔽壁
２７弾性シール部材２８金属保持板

Claims

建設機械のエンジンルーム内に、冷却ファンによる冷却風の流れの最上流側にインタクーラを、また下流側に他の熱交換器を設置し、この他の熱交換器とエンジンルームの上部カバーとの間にサーキュレーション防止壁を設け、前記インタクーラに接続した配管をこのサーキュレーション防止壁を貫通してエンジンと接続する構成としたものにおいて、
前記サーキュレーション防止壁は前記上部カバーに固着して設けられ、この上部カバーは上方に向けて開放可能なものであり、
前記サーキュレーション防止壁には、その下端側に前記インタクーラの流入側及び流出側の各配管を通過させる２箇所の凹部からなる開口部が形成され、
前記他の熱交換器の上面には前記流入側配管及び流出側配管と前記各開口部との間に形成される隙間を密閉するための遮蔽壁が設けられ、
前記流入側配管に設けられる遮蔽壁は、前記流入側配管を挿通しその全周に密着した状態で前記他の熱交換器の上面に設けられる弾性部材からなる耐熱シール材と、前記耐熱シール材を前記他の熱交換器の所定の位置に固定的に保持すると共に、前記耐熱シール材の外周を覆って前記耐熱シール材が前記サーキュレーション防止壁と直接接触しないようにするための金属保持板とからなることを特徴とする熱交換器設置部のサーキュレーション防止装置。
前記サーキュレーション防止壁には前記インタクーラからの流出配管を挿通させる開口部を形成して、この開口部内に前記流出配管を囲繞する遮蔽壁を前記他の熱交換器に固定し、この遮蔽壁は前記サーキュレーション防止壁と同じ材質のもので構成したことを特徴とする請求項１記載の熱交換器設置部のサーキュレーション防止装置。
前記サーキュレーション防止壁は発泡ポリウレタンで形成され、また前記耐熱シール部材は、耐熱性を有し、かつ弾性部材であるシリコンゴムまたはＥＰＤＭで形成する構成としたことを特徴とする請求項１記載の熱交換器設置部のサーキュレーション防止装置。