JP4399398B2 - Cooling device and cooling device for work machine - Google Patents
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Description
本発明は、軸流ファンを用いた冷却装置及び作業機械の冷却装置に関する。 The present invention relates to a cooling device using an axial fan and a cooling device for a work machine.
今日、油圧ショベル,ホイールローダ等の走行式の作業機械やクレーン等の定置式の作業機械等、種々の作業機械が、建設現場,港湾,工場内等の様々な分野において用いられている。作業機械は、ダム,トンネル,河川,道路等における岩石の掘削やビル,建築物の取り壊し等、一般に厳しい環境下で使用されるが、このような環境下ではエンジンや油圧ポンプ等の機器類に加わる負荷が高く、エンジン温度の上昇や作動油の油温の上昇を招きやすい。 Today, various work machines such as traveling work machines such as hydraulic excavators and wheel loaders and stationary work machines such as cranes are used in various fields such as construction sites, harbors, factories, and the like. Work machines are generally used in harsh environments such as excavation of rocks in dams, tunnels, rivers, roads, etc., and demolition of buildings and buildings, but in such environments they are used for equipment such as engines and hydraulic pumps. The applied load is high, and the engine temperature and hydraulic oil temperature are likely to rise.
このため、これらの作業機械には、ラジエータやオイルクーラなどの熱交換器及び軸流ファン等からなる冷却装置が備えられており、軸流ファンの作動により取り込まれた冷却風によって、ラジエータを流れるエンジン冷却水やオイルクーラを流れる作動油が冷却される。
例えば、特許文献1には、エンジンルーム内に軸流ファンと熱交換器とを設け、軸流ファンによってエンジンルームの外部から吸い込まれる冷却風の流れを熱交換器の内部に流通させることによって熱交換を行う熱交換装置が記載されている。
For this reason, these work machines are equipped with a cooling device including a heat exchanger such as a radiator or an oil cooler and an axial fan, and the cooling air taken in by the operation of the axial fan flows through the radiator. The hydraulic fluid flowing through the engine coolant and oil cooler is cooled.
For example, in
この熱交換装置では、エンジンルーム内において、軸流ファンよりも上流側に熱交換器を配置して、軸流ファンへ吸い込まれる冷却風により熱交換器を冷却するとともに、軸流ファンがその冷却風をエンジンルーム外へ排出する。このような構成により、エンジンルーム内において効率よく熱交換が行われるようになっている。
なお、上記のような軸流ファンでは、冷却風が、上流側の正面から略垂直に、軸流ファンの回転軸方向に沿って吸い込まれるとともに、軸流ファンの旋回方向への旋回を伴った軸流として下流側へ吹き出される。つまり、軸流ファンから吹き出される冷却風には、軸流ファンの回転面に対し垂直に下流方向へ流れる速度成分と遠心・旋回方向へ流れる速度成分とが含まれている。
In this heat exchange device, a heat exchanger is disposed upstream of the axial fan in the engine room, and the heat exchanger is cooled by cooling air sucked into the axial fan, and the axial fan is cooled by the cooling air. The wind is discharged out of the engine room. With such a configuration, heat exchange is efficiently performed in the engine room.
In the axial fan as described above, the cooling air is sucked along the rotation axis direction of the axial fan substantially vertically from the upstream side front face, and accompanied by the turning of the axial fan in the turning direction. It is blown out downstream as an axial flow. That is, the cooling air blown out from the axial fan includes a velocity component flowing in the downstream direction perpendicular to the rotational surface of the axial fan and a velocity component flowing in the centrifugal / swirl direction.
ところで、軸流ファンの送風性能は、一般に、図9に示すような性能曲線で示され、軸流ファンの上流側の圧力損失が小さい場合には冷却風の下流方向へ直進する風量が増大し、圧力損失が増大するに連れてこの風量が減少することが知られている。つまり、圧力損失が小さい状態では、軸流ファンから吹き出される軸流のうち、遠心・旋回方向への速度成分よりも下流方向への速度成分が相対的に大きくなり、図11(a)に示すように、軸流ファンの回転面に対し垂直に吸い込まれた冷却風〔図11(a)中矢印X〕は、側面視において略直線的に下流方向〔図11(a)中矢印Y〕へ吹き出される。 By the way, the blowing performance of the axial fan is generally shown by a performance curve as shown in FIG. 9, and when the pressure loss on the upstream side of the axial fan is small, the amount of air that goes straight in the downstream direction of the cooling air increases. It is known that this air volume decreases as the pressure loss increases. That is, in the state where the pressure loss is small, the velocity component in the downstream direction is relatively larger than the velocity component in the centrifugal / swirl direction in the axial flow blown out from the axial fan, as shown in FIG. As shown, the cooling air sucked perpendicularly to the rotational surface of the axial fan [arrow X in FIG. 11A] is substantially linearly downstream in the side view [arrow Y in FIG. 11A]. Blown out.
一方、エンジンルームの通気開口や熱交換器の内部,フィルタ等にゴミや粉塵が付着して冷却風の流路が部分的に塞がれてしまったような場合には、ファン上,下流の圧力差が増大し、軸流ファンの翼面においてストール現象が発生することがある。
ストール現象とは、翼面から空気流が剥離して乱れを生じる現象である。この現象が軸流ファンの翼面で発生すると、図11(b)に示すように、翼面から剥離した空気流が軸流ファンの旋回方向へ旋回しながら遠心・旋回方向〔図11(b)中矢印Z1〕へ吹き出され、軸流ファンの回転中心部付近に負圧が生じて、上流側へ旋回しながら吸い込まれる逆流(同図矢印Z2)が発生する。このような吸い込み逆流は、圧力損失が増大するほど顕著に見られ、軸流ファンの送風量が減少するに連れて軸流ファン内側からの吸い込み量が増加して、軸流ファンの吸気性能を大きく低下させる原因となる。
On the other hand, if dust or dust adheres to the ventilation openings in the engine room, heat exchangers, filters, etc., and the cooling air flow path is partially blocked, The pressure difference increases and a stall phenomenon may occur on the blade surface of the axial fan.
The stall phenomenon is a phenomenon in which the air flow is separated from the blade surface to cause turbulence. When this phenomenon occurs on the blade surface of the axial fan, as shown in FIG. 11 (b), the air flow separated from the blade surface swirls in the swirling direction of the axial fan, while the centrifugal / swirling direction [FIG. ) Blown out to the middle arrow Z 1 ], negative pressure is generated in the vicinity of the rotational center of the axial fan, and a reverse flow (arrow Z 2 in the figure) is generated while swirling upstream. Such suction backflow becomes more prominent as the pressure loss increases.As the airflow of the axial fan decreases, the amount of suction from the inside of the axial fan increases and the intake performance of the axial fan is reduced. It will cause a significant decrease.
上記の課題に対し、特許文献1に記載の技術には、軸流ファンの下流側の回転中心部付近において、円錐台形状の逆流防止部材を、その小径面を軸流ファン側に配向して設ける構成が記載されている。すなわち、軸流ファンから吹き出された旋回状態の空気の流れを、逆流防止部材の外周面に沿わせて径方向へ導きながらその流速を低下させている。これにより、軸流ファンの下流回転中心部における負圧を発生を抑制して、吸い込み逆流を防止できるようになっている。
しかし、上述の特許文献1に記載の技術では、例えば図11(a)に示すように、軸流ファンの上流側の圧力損失が小さい通常運転時、すなわち、遠心・旋回速度成分の小さい冷却風が軸流ファンから下流方向へ直進するように吹き出された場合であっても、逆流防止部材によって冷却風が軸流ファンの径方向外側へ配向されてしまい、逆流防止部材が流路抵抗として働くことになる。
However, in the technique described in
したがって、通常運転時においては、逆流防止部材がない場合と比較すると、軸流ファンの吸気性能が低下して熱交換器における冷却効果が低下する。このことから、軸流ファンの下流回転中心部付近の吸い込み逆流が生じない運転状態にあるときには、通常の冷却風の流通を妨げないような逆流防止部材が望まれる。
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、簡素な構成で軸流ファンの下流回転中心部付近の吸い込み逆流を効果的に防止しながら、通常運転時にも冷却性能を向上できるようにした、冷却装置及び作業機械の冷却装置を提供することを目的とする。
Therefore, during normal operation, the intake performance of the axial fan is reduced and the cooling effect in the heat exchanger is reduced as compared with the case where there is no backflow prevention member. For this reason, a backflow prevention member that does not hinder the flow of normal cooling air is desired when the operation state is such that no suction backflow occurs in the vicinity of the downstream rotational center of the axial fan.
The present invention has been made in view of such problems, and can effectively improve the cooling performance even during normal operation while effectively preventing the suction backflow near the downstream rotation center of the axial fan with a simple configuration. An object of the present invention is to provide a cooling device and a cooling device for a work machine.
上記目的を達成するため、本発明の冷却装置(請求項1)は、回転駆動源により駆動される翼固定部と該翼固定部の外周面から外方向へ略放射状に延設される翼とを有し、冷却風を流通させる軸流ファンと、該冷却風によって冷却される冷却対象と、該軸流ファンよりも該冷却風の下流側における該翼固定部の外周面近傍に配設される整流部材とを備え、該整流部材は、該軸流ファンから吹き出される冷却風に沿った向きであって、且つ、該軸流ファンの下流回転中心部付近において該軸流ファンのストール時に生じる逆流を阻止する向きに配設されることを特徴としている。 In order to achieve the above object, a cooling device of the present invention (Claim 1) includes a blade fixing portion driven by a rotational drive source, and a blade extending radially outwardly from the outer peripheral surface of the blade fixing portion. An axial fan that circulates cooling air, an object to be cooled by the cooling air, and an outer peripheral surface of the blade fixing portion on the downstream side of the cooling air from the axial fan. A straightening member, and the straightening member is oriented along the cooling air blown from the axial fan, and in the vicinity of the rotational center of the downstream of the axial fan, when the axial fan is stalled. It is characterized by being arranged in a direction to prevent the generated backflow.
なお、ここでいう冷却対象は、エンジン冷却水や作動油を冷却するラジエータ,オイルクーラ、エアコン室外機の凝縮器等の熱交換器を含み、又は、これらから構成されたクーリングパッケージを含む。また、軸流ファンのストール時に生じる逆流、すなわち、該軸流ファンの下流回転中心部付近における吸い込み逆流には、該軸流ファンの旋回方向と同一旋回方向の速度成分が含まれる。 The object to be cooled here includes a heat exchanger such as a radiator, an oil cooler, and a condenser of an air conditioner outdoor unit that cools engine coolant or hydraulic oil, or includes a cooling package constituted by these. Further, the reverse flow generated when the axial flow fan is stalled, that is, the suction reverse flow in the vicinity of the rotation center of the downstream side of the axial flow fan, includes a velocity component in the same turning direction as that of the axial flow fan.
また、該整流部材は、板面を該軸流ファンの回転面に垂直に配向した状態から該軸流ファンの旋回方向且つ下流方向へ傾斜させるとともに、該回転軸から略放射状に固設されることが好ましい(請求項2)。
また、該軸流ファン及び該冷却対象間の空間を覆って該冷却対象における冷却効率を向上させるシュラウドと、該整流部材と該シュラウドとを連結して固定する固定部材とを備えることが好ましい(請求項3)。
The straightening member is inclined from the state in which the plate surface is oriented perpendicularly to the rotational surface of the axial fan to the swirling direction and the downstream direction of the axial fan, and is fixed substantially radially from the rotational shaft. (Claim 2).
Further, it is preferable to include a shroud that covers the space between the axial fan and the object to be cooled to improve the cooling efficiency of the object to be cooled, and a fixing member that connects and fixes the rectifying member and the shroud ( Claim 3).
また、該整流部材は、該ボスと略同径の中空円筒形状に形成され該ボスと同軸に配置された環状部と、該板面として該環状部の外周面から外方へ延設された整流翼部と、を有することが好ましい(請求項4)。
なお、該軸流ファンの翼端部外方に配設された整流板とを備え、該整流板は、該冷却風の流通方向に沿った向きであって、且つ、該軸流ファンのストール時に生じる該翼端部外方の逆流を阻止する向きに配設されることが好ましい(請求項5)。
The straightening member is formed in a hollow cylindrical shape having substantially the same diameter as the boss and is arranged coaxially with the boss, and extends outward from the outer peripheral surface of the annular portion as the plate surface. It is preferable to have a rectifying blade part (claim 4).
A rectifying plate disposed outside the wing tip of the axial fan, the rectifying plate is oriented along the flow direction of the cooling air, and the stall of the axial fan It is preferably arranged in a direction to prevent backflow outside the blade tip portion that sometimes occurs.
また、該整流板は、板面を該冷却風の流通方向と略平行に配向して該軸流ファンの翼端部外方において該回転軸から略放射状に固設されることが好ましい(請求項6)。
この場合、該整流板は、該軸流ファンの回転軸を含む任意の平面上に該板面を配置されることが好ましく(請求項7)、又は、該整流板は、該回転軸を含む任意の平面に対して所定傾斜角をなすように該板面を配向して、該軸流ファンの旋回方向に向かって該回転軸へ収束するような渦状に形成されることが好ましく(請求項8)、或いは、該整流板は、該板面を、該冷却風の流通方向と平行に配向した状態から該回転軸に垂直に交わる軸に関して該軸流ファンの旋回方向且つ該軸流ファンの下流方向へ傾斜させることが好ましい(請求項9)。
The rectifying plate is preferably fixed substantially radially from the rotating shaft on the outer side of the blade end portion of the axial fan with the plate surface oriented substantially parallel to the flow direction of the cooling air. Item 6).
In this case, it is preferable that the current plate is disposed on an arbitrary plane including the rotation axis of the axial fan (Claim 7), or the current plate includes the rotation axis. Preferably, the plate surface is oriented so as to form a predetermined inclination angle with respect to an arbitrary plane, and is formed in a vortex shape so as to converge on the rotation axis in the swirling direction of the axial fan. 8) Alternatively, the flow straightening plate has a swirling direction of the axial fan and an axis of the axial fan with respect to an axis perpendicular to the rotation axis from a state in which the plate surface is oriented parallel to the flow direction of the cooling air. It is preferable to incline in the downstream direction (claim 9).
また、該軸流ファンは、該冷却対象よりも該冷却風の下流側に設けられるとともに該整流板が、該シュラウド内に固設されることが好ましい(請求項10)。
また、本発明の作業機械の冷却装置(請求項11)は、作業機械に搭載された回転駆動源により駆動されるボスと該ボスの外周面から外方向へ略放射状に延設される翼とを有し、エンジンルーム内に配設されて該作業機械の外部から該エンジンルーム内へ冷却風を流通させる軸流ファンと、該エンジンルーム内に搭載され該冷却風によって冷却される冷却対象と、該軸流ファンよりも該冷却風の下流側における該ボスの外周面近傍に配設される整流部材とを備え、該整流部材は、該軸流ファンから吹き出される冷却風に沿った向きであって、且つ、該軸流ファンの下流回転中心部付近において該軸流ファンのストール時に生じる逆流を阻止する向きに配設されることを特徴としている。
Preferably, the axial fan is provided on the downstream side of the cooling air with respect to the object to be cooled, and the rectifying plate is fixed in the shroud.
The work machine cooling device according to the present invention (Claim 11) includes a boss driven by a rotational drive source mounted on the work machine, and blades extending radially outward from the outer peripheral surface of the boss. An axial fan that is disposed in the engine room and distributes the cooling air from the outside of the work machine to the engine room, and a cooling target that is mounted in the engine room and is cooled by the cooling air. A rectifying member disposed near the outer peripheral surface of the boss on the downstream side of the cooling air from the axial fan, and the rectifying member is oriented along the cooling air blown from the axial fan In addition, it is characterized in that it is arranged in the direction of preventing the reverse flow generated when the axial fan is stalled in the vicinity of the downstream rotation center portion of the axial fan.
本発明の冷却装置(請求項1)によれば、ストール時に該軸流ファンの下流回転中心部付近で発生する吸い込み逆流を防止でき、軸流ファンの送風効果を高められる。また、吸い込み逆流が生じていない状態では、通常の冷却風の流通が妨げられず軸流ファンの送風効果を保てる。これらにより、冷却対象における冷却効率を上昇させることができる。
また、本発明の冷却装置(請求項2)によれば、整流部材の板面が軸流ファンの回転面に垂直に配向した状態から軸流ファンの旋回方向且つ下流方向へ傾斜して回転軸から略放射状に固設されるため、軸流ファンから吹き出す冷却風を妨げることなく吸い込み逆流を防止でき、軸流ファンの送風効果及び冷却対象の冷却効果を高めることができる。
According to the cooling device of the present invention (Claim 1), it is possible to prevent the suction and reverse flow generated in the vicinity of the rotation center of the downstream side of the axial fan at the time of stall, and the blowing effect of the axial fan can be enhanced. Moreover, in the state where the suction back flow does not occur, the flow of the normal cooling air is not hindered and the air blowing effect of the axial flow fan can be maintained. As a result, the cooling efficiency of the object to be cooled can be increased.
Further, according to the cooling device of the present invention (Claim 2), the rotating shaft is inclined from the state in which the plate surface of the rectifying member is oriented perpendicularly to the rotating surface of the axial fan, in the swirling direction and downstream of the axial fan. Therefore, it is possible to prevent the suction and backflow without interfering with the cooling air blown from the axial fan, and to enhance the blowing effect of the axial fan and the cooling effect of the cooling target.
また、本発明の冷却装置(請求項3)によれば、シュラウドを利用して、整流部材を容易に軸流ファンの下流回転中心部付近に固定できる。
また、本発明の冷却装置(請求項4)によれば、軸流ファンの下流回転中心部付近に生じうる吸い込み逆流の流通位置に対応した位置に整流部材を配置することが容易となる。また、構成が簡素であり整流部材の形成が容易となる。
Further, according to the cooling device of the present invention (Claim 3), the rectifying member can be easily fixed near the downstream rotation center portion of the axial fan by using the shroud.
Further, according to the cooling device of the present invention (Claim 4), it is easy to dispose the rectifying member at a position corresponding to the flow position of the suction backflow that can occur in the vicinity of the downstream rotation center portion of the axial fan. Further, the configuration is simple and the formation of the flow regulating member is facilitated.
また、本発明の冷却装置(請求項5)によれば、軸流ファンによって流通させられる冷却風の流れを妨げることなく、ストール時に翼端部で生じる旋回逆流を防止でき、軸流ファンの送風効果及び冷却対象の冷却効果を高めることができる。
また、本発明の冷却装置(請求項6)によれば、整流板が冷却風の流通方向に略平行且つ略放射状に固設されるため、軸流ファン上流からの冷却風の流れを阻止することなく旋回逆流を防止でき、軸流ファンの送風効果及び冷却対象の冷却効率を上昇させることができる。
Further, according to the cooling device of the present invention (Claim 5), it is possible to prevent the swirl reverse flow generated at the blade tip portion at the time of stall without disturbing the flow of the cooling air circulated by the axial flow fan, and to blow the axial flow fan. The effect and the cooling effect of the object to be cooled can be enhanced.
Further, according to the cooling device of the present invention (Claim 6), since the rectifying plate is fixed substantially parallel and substantially radially to the flow direction of the cooling air, the flow of the cooling air from the upstream side of the axial fan is prevented. Therefore, it is possible to prevent the swirling back flow without increasing the air blowing effect of the axial fan and the cooling efficiency of the cooling target.
また、本発明の冷却装置(請求項7)によれば、構成が簡素であり、整流板の配置が容易となる。
また、本発明の冷却装置(請求項8)によれば、軸流ファンの正面視において、旋回方向外側へ吹き出す旋回逆流に対して板面を略鉛直に配向でき、旋回逆流の阻止効果を高めることができる。
Moreover, according to the cooling device of the present invention (Claim 7), the configuration is simple and the arrangement of the current plate is facilitated.
Further, according to the cooling device of the present invention (Claim 8), in the front view of the axial fan, the plate surface can be oriented substantially vertically with respect to the swirling backflow that blows outward in the swirling direction, and the effect of preventing swirling backflow is enhanced. be able to.
また、本発明の冷却装置(請求項9)によれば、軸流ファンの側面視において、上流側へ吹き出す旋回逆流に対して板面を略鉛直に配向でき、旋回逆流の阻止効果をさらに高めることができる。
また、本発明の冷却装置(請求項10)によれば、整流板を容易に配置でき、確実に固定できる。シュラウドを利用することによって、ファン翼端部への整流板の配置が容易となる。また、シュラウドによって整流板を保護できる。
Further, according to the cooling device of the present invention (Claim 9), in the side view of the axial flow fan, the plate surface can be oriented substantially vertically with respect to the swirling backflow blown upstream, and the effect of preventing swirling backflow is further enhanced. be able to.
Moreover, according to the cooling device of the present invention (Claim 10), the current plate can be easily arranged and can be fixed securely. Use of the shroud facilitates the arrangement of the current plate at the fan blade end. Further, the current plate can be protected by the shroud.
また、本発明の作業機械の冷却装置(請求項11)によれば、ストール時に該軸流ファンの下流回転中心部付近で発生する吸い込み逆流を防止でき、軸流ファンの送風効果を高められる。また、吸い込み逆流が生じていない状態では、軸流ファンによって機体外部からエンジンルーム内へ導入される冷却風の流れを妨げることなく、通常の冷却風の流通が妨げられず軸流ファンの送風効果を保てる。これらにより、冷却対象としてのクーリングパッケージにおける冷却効果を上昇させることができる。 Moreover, according to the cooling device for a working machine of the present invention (claim 11), the suction backflow that occurs near the downstream rotation center of the axial fan during a stall can be prevented, and the blowing effect of the axial fan can be enhanced. Moreover, in the state where the suction backflow does not occur, the axial flow fan does not disturb the flow of the cooling air introduced from the outside of the machine body into the engine room, and the normal cooling air flow is not obstructed. Can be kept. As a result, the cooling effect in the cooling package as the cooling target can be increased.
以下、図面により、本発明の実施形態について説明する。
図1〜図5及び図10は本発明の一実施形態としての作業機械の冷却装置を説明する図であり、図1は本装置の分解斜視図、図2は本装置の正面図であって図1のA矢視図、図3は気流を示す斜視図であり、(a)は本装置の通常運転時の気流、(b)はストール時の気流を示し、図4は図1の本装置を組み立てた状態のB−B断面図、図5は整流部材の勾配を説明する模式図、図10は本装置を搭載した作業機械の斜視図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
1 to 5 and 10 are diagrams for explaining a cooling device for a working machine as one embodiment of the present invention, FIG. 1 is an exploded perspective view of the apparatus, and FIG. 2 is a front view of the apparatus. 1 is a perspective view showing an air flow, (a) is an air flow during normal operation of the apparatus, (b) is an air flow during a stall, and FIG. 4 is a book of FIG. FIG. 5 is a schematic view for explaining the gradient of the rectifying member, and FIG. 10 is a perspective view of a work machine on which the apparatus is mounted.
[構成]
図10に示すように、本発明が適用された作業機械9は、無限軌道の走行装置を有する下部走行体7と、下部走行体7の上部に旋回可能に載せられた上部旋回体8とを備えて構成される。上部旋回体8における機体前方部分には、油圧駆動の作業装置及びキャブが設けられ、機体後方部分には、機体の重量バランスをとるカウンタウェイト及びエンジンルーム11が設けられる。エンジンルーム11の内部には、エンジン11a及び本発明にかかる冷却装置10が設置される。
[Constitution]
As shown in FIG. 10, a work machine 9 to which the present invention is applied includes a lower traveling body 7 having a traveling device with an endless track, and an upper revolving
この冷却装置10は、図1に示すように、軸流ファン1,冷却対象としての熱交換器2,シュラウド4及び整流部材5を備えて構成されている。
軸流ファン1は、エンジン11aによって駆動されるファンモータ(図示せず)により回転駆動されるボス(翼固定部)1aと、その周囲の翼1bとから構成される。翼1bは、ボス1aの外周面から外方向へ略放射状に延設されており、ボス1aと共に回転駆動されて作業機械9の外部から外気を吸い込み、それを冷却風としてエンジンルーム11内へ流通させる。なお、本実施形態では、ボス1aの周囲に翼1bが固定される軸流ファン1を用いて以下説明を行うが、このボス1aとは、翼1bとファンモータ等の回転軸との締結部材一般の一例として挙げたものである。
As shown in FIG. 1, the
The
また、冷却風は、回転軸Cと略平行に軸流ファン1へ吸い込まれるとともに、軸流ファン1の旋回方向への旋回を伴った軸流として下流側へ吹き出される。また、この軸流ファン1の送風性能は、前述の図9に示す性能曲線で示される。
熱交換器2は、冷却風と熱媒(例えば、エンジン冷却水や作動油等)との熱交換を行う装置であり、軸流ファン1よりも冷却風の上流側に配置される。以下、冷却風の上流側,下流側のことを、単に上流側,下流側という。なお、熱交換器2はエンジン冷却水を冷却するラジエータや、作業機械の作動油を冷却するオイルクーラ等からなるクーリングパッケージである。
Further, the cooling air is sucked into the
The
シュラウド4は、熱交換器2と軸流ファン1との間の空間を覆っており、図1,図4に示すように、熱交換器2の外周端部から軸流ファン1の翼端部外方へかけて延設されて、軸流ファン1の上流側の空間全体を覆うように形成される。これにより、シュラウド4の内部、すなわち、熱交換器2の内部を通過した空気のみが冷却風として軸流ファン1の上流側から吸い込まれることになり、シュラウド4の外部から空気が吸い込まれることがない。したがって、軸流ファン1の吸気効率が上昇する。
The shroud 4 covers the space between the
整流部材5は、図1に示すように、環状部5aとその周囲に整流翼部5bとを備えている。環状部5aは、ボス1aと略同径の中空円筒形状に形成されており、その中心軸を軸流ファン1の回転軸Cと一致させて、軸流ファン1よりも下流側に固設される。また、整流翼部5bは、環状部5aの外周面から外方へ延設された複数の板から構成されている。
この整流翼部5bは、各板面を軸流ファン1の回転面に垂直な配向状態から軸流ファン1の旋回方向且つ下流方向へ傾斜させている。図5に示すように、一般に軸流ファン1からの冷却風の吹き出し方向は、軸流ファン1の回転面に垂直な下流方向への速度成分V1と、軸流ファン1の回転に伴う遠心方向への速度成分V2と、旋回方向への速度成分V3とを合成した速度ベクトルの方向VAで表現される。そこで本実施形態では、整流翼部5bの傾斜勾配をベクトルV1とベクトルV3とを合成したベクトルの方向に一致させている。これにより、整流翼部5bの板面は、軸流ファン1から吹き出される冷却風の吹出し方向VAに対して略平行となる。
As shown in FIG. 1, the rectifying
The
なお、各ベクトルV1,V2及びV3は、軸流ファン1の送風性能や上流側の圧力損失等により変化するため、ここでは、実験や試験によって得られた、通常運転時における各ベクトルV1,V2及びV3の大きさに基づき、整流翼部5bの傾斜勾配が設定されている。
また、整流翼部5bはこのような板面を複数備えており、図1,図2に示すように、軸流ファン1よりも冷却風の下流側におけるボス1aの外周面近傍で、環状部5aの周方向に略等間隔、且つ、回転軸Cから略放射状に固設されている。なお、軸流ファン1は回転軸Cを中心として回転駆動されるが、図2,図4に示すように、整流部材5は固定部材6によってシュラウド4に連結されて固定されているため、回転しない。
Each vector V 1 , V 2, and V 3 varies depending on the ventilation performance of the
The
[作用・効果]
以上のような構成により、本実施形態の作業機械の冷却装置は、以下のような作用・効果を奏する。
まず、軸流ファン1の上流側の圧力損失が小さい状態(通常運転の状態)時には、図11(a)に示すように、軸流ファン1の上流側においては、冷却風が回転軸Cと略平行に吸い込まれる。熱交換器2を通過して熱媒との熱交換を行った冷却風は、軸流ファン1の旋回方向への旋回を伴った軸流として下流側へ吹き出される。ここで、図4に示すように、整流翼部5bの板面は、軸流ファン1から吹き出される冷却風の吹出し方向に対して略平行となっているため、冷却風は整流翼部5bの板面に沿って抵抗なく流通する。したがって、図3(a)に示すように、冷却風の流通が妨げられることがない。
[Action / Effect]
With the configuration as described above, the work machine cooling device of the present embodiment has the following operations and effects.
First, when the pressure loss on the upstream side of the
またこの状態では、軸流ファン1の下流側の冷却風について、遠心・旋回方向への速度成分よりも下流方向への速度成分が相対的に大きくなるため、ストール現象が発生することなく冷却風の流通状態が保たれる。
一方、エンジンルーム6の通気開口や熱交換器2の内部,フィルタ等にゴミや粉塵が付着して冷却風の流路が狭くなり、軸流ファン1の上流側の圧力損失が大きい状態となると、軸流ファン1の下流側の冷却風について下流方向への速度成分が減少し、冷却風が遠心・旋回方向へ広がるように吹き出されるようになる。ここで、ストール現象が発生し、図11(b)に示すように、回転中心部付近の吸い込み逆流が生じたとしても、図4に示すように、吸い込み逆流が整流翼板5bの板面によって遮られる。
Also, in this state, the cooling air on the downstream side of the
On the other hand, when dust or dust adheres to the ventilation opening of the engine room 6, the inside of the
つまり、整流翼板5bの板面は、図5に示すように、下流方向への速度成分V1と旋回方向への速度成分V3とを合成した速度ベクトルの方向に平行に形成されており、一方、軸流ファン1の回転中心部付近の吸い込み逆流は、上流方向への速度成分−V1(V1の逆方向)と軸流ファン1の旋回方向への速度成分V3とを有しているため、整流翼板5bの板面が吸い込み逆流を阻止するように働くことになる。したがって、図3(b)に破線枠の矢印で示すように、吸い込み逆流を整流翼板5bよりも上流側へ流通し難くすることができる。
In other words, the plate surface of the rectifying
なお、整流翼部5bの傾斜勾配がベクトルV1とベクトルV3とを合成したベクトルの方向に一致するように整流部材5が配置されているため、図3(b)に示すストール時においても、軸流ファン1から吹き出される冷却風の流れが整流翼板5によって阻止されることがない。
Since the rectifying
また、整流部材5は、固定部材6によってシュラウド4に連結固定されるため、容易に軸流ファン1の下流側の回転中心部付近に固定させておくことができる。
このように、本冷却装置によれば、簡素な構成で吸い込み逆流を防止でき、冷却風の送風効果を向上させて熱交換器2での熱交換効率を高めることができる。
Further, since the rectifying
As described above, according to the present cooling device, it is possible to prevent the suction and backflow with a simple configuration, improve the air blowing effect of the cooling air, and increase the heat exchange efficiency in the
[変形例]
次に、図6を用いて本発明の第1変形例を説明する。本第1変形例では、上述の実施形態の構成に加えて、シュラウド4内に固定される整流板3が設けられる。なお以下、上記実施形態と同一の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
[Modification]
Next, a first modification of the present invention will be described with reference to FIG. In this 1st modification, in addition to the structure of the above-mentioned embodiment, the baffle plate 3 fixed in the shroud 4 is provided. Hereinafter, the same components as those in the above embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
整流板3は、冷却風を整流する複数の翼板から構成されており、図6に示すように、各板面を冷却風の流通方向と平行に配向されて、翼1bの端部外方における上流側に設けられる。また整流板3は、軸流ファン1の回転軸Cを含む任意の平面上において、軸流ファン1の周方向に略等間隔に各板面が配置されて、軸流ファン1に対し放射状に配置される。つまり、整流板3の各板面の延長面が全て回転軸Cを共有するように交差する配置となっている。また、整流板3は、軸流ファン1の翼端部外方からシュラウド端面4aにかけて延設されている。
The rectifying plate 3 is composed of a plurality of vanes that rectify the cooling air, and as shown in FIG. At the upstream side. Further, the current plate 3 is arranged on the arbitrary plane including the rotational axis C of the
整流板3がこのように配置されるのは以下の理由による。すなわち、ストール現象が軸流ファン1の翼面で発生すると、図11(b)に示す通り、前述の吸い込み逆流が生じるだけでなく、翼端部外方においては上流側への旋回逆流〔図11(b)中矢印Z3〕が発生する。このような旋回逆流は圧力損失が増大するほど顕著に見られ、軸流ファン1の送風量が減少するに連れて翼端部からの逆流量が増加する。
The reason why the current plate 3 is arranged in this way is as follows. That is, when the stall phenomenon occurs on the blade surface of the
ここで逆流した空気流は、軸流ファン1の上流側へ再び吸い込まれるため、これにより軸流ファン1の上流側から略垂直に吸い込まれる吸気量、すなわち、吸入される外気が減少することになる。したがって、軸流ファンの吸気能力がさらに低下し、熱交換器の冷却効率も低下してしまう。そこで本変形例では、翼端部からの旋回逆流をも防止するべく、整流板3を設けているのである。
Since the airflow that has flowed back here is sucked again to the upstream side of the
この場合、ストール現象が発生し、翼面から剥離して乱れた空気流が軸流ファン1の旋回方向へ旋回しながら、翼端部外方において逆流しようとしても、翼端部外方に配置された整流板3がこの旋回逆流を阻止するように働く。
つまり、整流板3の板面が軸流ファン1に対し放射状に配置されているため、軸流ファン1の旋回方向と同方向への旋回成分を含んだ翼端部外方の旋回逆流は、板面に衝突することになる。したがって、旋回逆流は板面で遮られ、軸流ファン1の上流側へ再び吸い込まれることがない。
In this case, even if a stall phenomenon occurs and the turbulent air flow separated from the blade surface swirls in the swirling direction of the
That is, since the plate surface of the rectifying plate 3 is arranged radially with respect to the
なお、整流板3は軸流ファン1の翼端部外方に配置されているため、ストール状態においても、軸流ファン1の上流側の正面から略垂直に吸い込まれる冷却風の流れは、シュラウド4内に固定された整流板3によって阻止されることがない。また、整流板3はシュラウド4の内部に固設されているため、翼端部外方に整流板3を固定することが容易である。また、シュラウド4によって整流板3を保護できるとともに、確実に整流板3を固定しておける。
Since the rectifying plate 3 is disposed outside the blade end portion of the
このように、本第1変形例によれば、簡素な構成で翼端部からの旋回逆流を防止でき、冷却風の流通効率を向上させて熱交換器2での熱交換効率を高めることができる。
次に、図7を用いて本発明の第2変形例を説明する。ここでは、第1変形例の整流板3の代わりに、異なる配置構成の第2整流板3aが設けられる。
図7に示すように、第2整流板3aは、軸流ファン1の旋回方向(図7中黒矢印)に向かって回転軸Cへ収束するような渦状(すなわち、軸流ファン1の回転軸を中心として、軸流ファン1の旋回方向とは逆の旋回方向へ拡散する渦状)に配置されている。つまり、上述の実施形態における整流板3の内側端部を軸流ファン1の旋回方向へ傾斜させた配置となっており、第2整流板3aの各板面は、軸流ファン1の回転軸を含む任意の平面に対して所定傾斜角θをなす配向角度に設定されている。
As described above, according to the first modification, it is possible to prevent the swirl backflow from the blade tip portion with a simple configuration, improve the circulation efficiency of the cooling air, and increase the heat exchange efficiency in the
Next, a second modification of the present invention will be described with reference to FIG. Here, instead of the rectifying plate 3 of the first modification, a
As shown in FIG. 7, the
このような構成によれば、図7に示すように、ストール現象により軸流ファン1の翼端部外方における旋回逆流(図7中白矢印)が生じた場合に、軸流ファン1の正面視において、第2整流板3aの板面が旋回逆流に対して略垂直に配置されることになる。つまり、旋回逆流が板面に略垂直に衝突するため、上記実施形態と比較してより効果的に旋回逆流を遮ることができる。
According to such a configuration, as shown in FIG. 7, when a swirl reverse flow (white arrow in FIG. 7) occurs outside the blade tip portion of the
このように、本変形例によれば、簡素な構成で旋回逆流の阻止効果を高めることができる。
なお、図7に示すように、軸流ファン1の翼端部近傍から吹き出される冷却風の速度成分に着目すると、旋回方向への速度成分と遠心方向への速度成分とを合成した方向に対して、第2整流板3aの板面が垂直となるように、所定傾斜角θを設定することが好ましい。
Thus, according to this modification, the effect of preventing the swirl backflow can be enhanced with a simple configuration.
Note that, as shown in FIG. 7, focusing on the speed component of the cooling air blown from the vicinity of the blade tip of the
[その他]
以上、本発明の実施形態及びその変形例について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
例えば、上述の第1変形例では、整流板3が軸流ファン1の翼端部外方からシュラウド端面4aにかけて延設されているが、整流板3の延設長さを短くしてもよい。つまり、ストール現象に伴って生じる旋回逆流は、軸流ファン1の翼端部のごく近傍の外方に生じるため、整流板3はこの旋回逆流を遮る板面の長さがあればよい。具体的には、図8に示すように、整流板3bが、軸流ファン1の回転軸から所定距離R(ただし、R>軸流ファン1の半径)の範囲内において放射状に配置される構成とすることが考えられる。所定距離Rを適宜設定することにより、上述の実施形態と略同等の作用効果を得ることが可能である。
[Others]
As mentioned above, although embodiment of this invention and its modification were demonstrated, this invention is not limited to these embodiment, Various deformation | transformation can be implemented in the range which does not deviate from the meaning of this invention.
For example, in the first modified example described above, the rectifying plate 3 extends from the outside of the blade end portion of the
また、上述の第1,第2変形例では、整流板3が冷却風の流通方向と平行に配向されているが、板面を冷却風の流通方向に対してやや傾斜させてもよい。例えば、整流板3を、軸流ファン1の回転軸Cと平行に配向した状態から、回転軸Cに垂直に交わる任意の軸に関して軸流ファン1の旋回方向且つ軸流ファンの下流方向へ傾斜させることが考えられる。
In the first and second modifications described above, the rectifying plate 3 is oriented parallel to the cooling air flow direction, but the plate surface may be slightly inclined with respect to the cooling air flow direction. For example, the rectifying plate 3 is inclined in the swiveling direction of the
つまり、ストール現象に伴って生じる旋回逆流は、上流側へ逆流しながら軸流ファン1の旋回方向へ旋回する三次元的な配向特性を持っているため、軸流ファン1の正面視及び側面視において整流板3が旋回逆流に対して略垂直に配向させる(つまり、旋回逆流に対して三次元的に垂直に形成する)ことで、旋回逆流の阻止効果をさらに高めることができる。
That is, the swirl reverse flow generated in association with the stall phenomenon has a three-dimensional orientation characteristic of swirling in the swirl direction of the
なお、上述の第1変形例では、整流板3の板面が略平面形状に形成されているが、旋回逆流の配向特性に応じて曲面に形成してもよいし、平面と曲面とを組み合わせた板面としてもよい。
また、上述の実施形態では、熱交換器2が軸流ファン1の上流側に配置されたものを示したが、熱交換器2を軸流ファン1の下流側へ配設してもよい。本発明の冷却装置はこれらの配置順序に関わらず軸流ファン1の送風効果を向上させることができ、熱交換器2における熱交換効率を高めることができる。
In the first modification described above, the plate surface of the rectifying plate 3 is formed in a substantially flat shape, but may be formed in a curved surface according to the orientation characteristics of the swirling back flow, or a combination of the flat surface and the curved surface. It may be a flat plate surface.
In the above-described embodiment, the
また、上述の実施形態では、シュラウド4の内部に整流板3が固定されているが、整流板3は軸流ファン1の翼端部外方に設けられていればよい。
また、上述の第1変形例では、整流板3が翼端部1aの外方に固設されているが、この整流板3は、冷却風の流通方向に沿った向きであって、且つ、旋回逆流を阻止する向きに配設されていれば、固設されなくてもよい。つまり、整流板3は可動板として設けられてもよく、例えば、旋回逆流の配向特性は軸流ファン1の回転速度や送風量等の諸条件によって変動するため、整流板3の配向角度をこれらの諸条件に応じた角度に制御する構成とすることで、それぞれの条件に応じて旋回逆流の阻止効果を高めることができるようになる。
In the above-described embodiment, the rectifying plate 3 is fixed inside the shroud 4. However, the rectifying plate 3 may be provided outside the blade end portion of the
Further, in the above-described first modification, the rectifying plate 3 is fixed to the outside of the
同様に、上述の実施形態では、整流部材5が軸流ファン1の下流側に固設されているが、この整流部材5は、軸流ファン1から吹き出される冷却風に沿った向きであって、且つ、軸流ファン1の下流回転中心部付近においてストール時に生じる吸い込み逆流を阻止する向きに配設されていれば、固設されていなくてもよい。つまり、整流部材5を可動部材として設けてもよい。例えば、軸流ファン1から吹き出される冷却風の流れのうち、下流方向への速度ベクトルV1と旋回方向への速度ベクトルV3とを算出し、これらの値に応じて整流部材5の配向角度を制御する構成にすることが考えられる。
Similarly, in the above-described embodiment, the rectifying
なお、上述の実施形態は、本発明を作業機械のエンジンルーム内に設けられる冷却装置に適用したものであるが、本発明の適用対象はこれに限定されない。例えば、住宅用のエアコン装置に対して本発明を適用する場合、コンプレッサによって凝縮した冷媒から熱を奪うための軸流ファンを備えて室外に設置されたエアコン室外機等にも適用することができる。 In addition, although the above-mentioned embodiment applies this invention to the cooling device provided in the engine room of a working machine, the application object of this invention is not limited to this. For example, when the present invention is applied to a residential air conditioner, it can also be applied to an air conditioner outdoor unit or the like installed outside with an axial fan for taking heat away from the refrigerant condensed by the compressor. .
1 軸流ファン
1a ボス(翼固定部)
1b 翼
2 熱交換器
3,3b 整流板
3a 第2整流板
4 シュラウド
4a シュラウド端面
5 整流部材
5a 環状部
5b 整流翼部
6 固定部材
7 下部走行体
8 上部旋回体
9 作業機械
10 冷却装置
11 エンジンルーム
11a エンジン
1
DESCRIPTION OF
Claims (11)
該冷却風によって冷却される冷却対象と、
該軸流ファンよりも該冷却風の下流側における該翼固定部の外周面近傍に配設される整流部材とを備え、
該整流部材は、該軸流ファンから吹き出される冷却風に沿った向きであって、且つ、該軸流ファンの下流回転中心部付近において該軸流ファンのストール時に生じる逆流を阻止する向きに配設される
ことを特徴とする、冷却装置。 An axial fan having a blade fixing portion driven by a rotational drive source and blades extending radially outward from the outer peripheral surface of the blade fixing portion, and for circulating cooling air;
A cooling object cooled by the cooling air;
A rectifying member disposed near the outer peripheral surface of the blade fixing portion on the downstream side of the cooling air from the axial fan,
The rectifying member is oriented along the cooling air blown out from the axial fan, and in the direction of preventing a reverse flow generated when the axial fan is stalled in the vicinity of the downstream rotational center of the axial fan. A cooling device, which is arranged.
ことを特徴とする、請求項1記載の作業機械の冷却装置。 The straightening member is inclined from the state in which the plate surface is oriented perpendicularly to the rotational surface of the axial fan to the swirl direction and the downstream direction of the axial fan, and is fixed substantially radially from the rotational shaft. The cooling device for a work machine according to claim 1, wherein
該整流部材と該シュラウドとを連結して固定する固定部材と
を備えたことを特徴とする、請求項1又は2記載の作業機械の冷却装置。 A shroud that covers the space between the axial fan and the object to be cooled to improve the cooling efficiency of the object to be cooled;
The work machine cooling device according to claim 1, further comprising a fixing member that connects and fixes the flow regulating member and the shroud.
該翼固定部と略同径の中空円筒形状に形成され該翼固定部と同軸に配置された環状部と、
該板面として該環状部の外周面から外方へ延設された整流翼部と、を有する
ことを特徴とする、請求項1〜3の何れか1項に記載の作業機械の冷却装置。 The rectifying member is
An annular portion formed in a hollow cylindrical shape having substantially the same diameter as the blade fixing portion and disposed coaxially with the blade fixing portion;
The cooling device for a working machine according to any one of claims 1 to 3, further comprising a rectifying blade portion extending outward from an outer peripheral surface of the annular portion as the plate surface.
該整流板は、該冷却風の流通方向に沿った向きであって、且つ、該軸流ファンのストール時に生じる該翼端部外方の逆流を阻止する向きに配設される
ことを特徴とする、1〜4の何れか1項に記載の冷却装置。 A rectifying plate disposed outside the tip end of the axial flow fan,
The rectifying plate is disposed in a direction along the flow direction of the cooling air and in a direction that prevents a reverse flow outside the blade end portion that occurs when the axial fan is stalled. The cooling device according to any one of 1 to 4.
ことを特徴とする、請求項5記載の冷却装置。 The rectifying plate is fixed substantially radially from the rotating shaft outside the blade end of the axial flow fan with the plate surface oriented substantially parallel to the flow direction of the cooling air. Item 6. The cooling device according to Item 5.
ことを特徴とする、請求項5記載の冷却装置。 The cooling device according to claim 5, wherein the current plate is disposed on an arbitrary plane including a rotation axis of the axial fan.
ことを特徴とする、請求項5記載の冷却装置。 The rectifying plate has a spiral shape in which the plate surface is oriented so as to form a predetermined inclination angle with respect to an arbitrary plane including the rotating shaft, and converges on the rotating shaft in the turning direction of the axial fan. The cooling device according to claim 5, wherein the cooling device is formed as follows.
ことを特徴とする、請求項5記載の冷却装置。 The rectifying plate inclines the plate surface from a state of being oriented in parallel with the flow direction of the cooling air in a swirling direction of the axial fan and a downstream direction of the axial fan with respect to an axis perpendicular to the rotation axis. 6. The cooling device according to claim 5, wherein the cooling device is provided.
該整流板が、該シュラウド内に固設される
ことを特徴とする、請求項5〜9の何れか1項に記載の冷却装置。 The axial flow fan is provided on the downstream side of the cooling air from the object to be cooled, and the rectifying plate is fixedly installed in the shroud. The cooling device according to 1.
該エンジンルーム内に搭載され該冷却風によって冷却される冷却対象と、
該軸流ファンよりも該冷却風の下流側における該翼固定部の外周面近傍に配設される整流部材とを備え、
該整流部材は、該軸流ファンから吹き出される冷却風に沿った向きであって、且つ、該軸流ファンの下流回転中心部付近において該軸流ファンのストール時に生じる逆流を阻止する向きに配設される
ことを特徴とする、作業機械の冷却装置。 A blade fixing portion driven by a rotary drive source mounted on the work machine, and a blade extending radially outward from the outer peripheral surface of the blade fixing portion, and disposed in an engine room An axial fan that circulates cooling air from the outside of the work machine into the engine room;
A cooling object mounted in the engine room and cooled by the cooling air;
A rectifying member disposed near the outer peripheral surface of the blade fixing portion on the downstream side of the cooling air from the axial fan,
The rectifying member has a direction along the cooling air blown from the axial fan, and a direction to prevent a reverse flow generated when the axial fan is stalled in the vicinity of the downstream rotation center of the axial fan. A cooling device for a work machine, wherein the cooling device is disposed.
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