JP4562726B2

JP4562726B2 - 冷却装置

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Publication number: JP4562726B2
Application number: JP2006512049A
Authority: JP
Inventors: 晴弘坪田
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 2004-04-05
Filing date: 2005-03-31
Publication date: 2010-10-13
Anticipated expiration: 2025-03-31
Also published as: GB0619613D0; CN1938502A; GB2427899B; US20070160468A1; WO2005098213A1; KR100824660B1; CN1938502B; KR20070007123A; GB2427899A; JPWO2005098213A1

Description

本発明は、軸流ファンを用いて被冷却物体を冷却する冷却装置に関するものである。

従来、軸流ファンを用いて被冷却物体を冷却する冷却装置として、例えば特許文献１に開示されたようなエンジン冷却装置（以下、「第１従来装置」という。）が知られている。

図１０には、第１従来装置の側面断面図が示されている。この第１従来装置において、エンジン１０１の図１０中左側面には、先端に軸流ファン１０２が装着された回転軸１０３が回転自在に取着されている。この軸流ファン１０２は、エンジン１０１の出力軸１０４からの動力によってベルト１０５を介して回転駆動され、対向位置にあるラジエータ１０６に冷却風を送ってそのラジエータ１０６を冷却する。なお、以下の説明において、軸流ファン１０２の回転軸１０３の長手方向を軸方向と称することとする。

前記軸流ファン１０２の翼１０７の外周端には、ファンリング１０８と呼ばれる筒状の部材が取着されている。このファンリング１０８は、軸方向両端部に、全周にわたって外周側に向けて突出する突出部１０８Ａ，１０８Ｂを備えており、これにより断面形状が外周側に向けて開いた略Ｕの字状とされている。

一方、ラジエータ１０６には、軸流ファン１０２とラジエータ１０６との間の冷却風を導くシュラウド１０９が、図示されないボルトにより固定されている。このシュラウド１０９は、軸流ファン１０２側の端部がファンリング１０８の外周部に向けて折曲され、その端縁に円形開口部１１０を有している。

前記円形開口部１１０の縁部は、ファンリング１０８の突出部１０８Ａ，１０８Ｂ間に入り込んでおり、これによってその縁部とファンリング１０８の突出部１０８Ａ，１０８Ｂとがラビリンス構造を形成している。こうして、軸流ファン１０２の外側を冷却風が軸方向に逆流するのを防ぎ、冷却風の風量を増加させている。

一方、他の従来技術として特許文献２に開示された冷却装置（以下、「第２従来装置」という。）がある。

図１１には、この第２従来装置の側面断面図が示されている。この第２従来装置において、軸流ファン１０２の翼１０７の外周部には、図１０に示される第１従来装置と同様の、断面がＵの字状のファンリング１０８が取着されている。なお、図１１において図１０と共通する部分には同一符号が付されている。

また、軸流ファン１０２とラジエータ１０６との間にはシュラウド１０９が取着されており、シュラウド１０９の軸流ファン１０２側の端部には筒状体１１１がボルト結合されている。この筒状体１１１の内側には逆絞り片１１２が突設されており、この逆絞り片１１２の縁部とファンリング１０８の突出部１０８Ａ，１０８Ｂとがラビリンス構造を形成し、これによって軸流ファン１０２の外側を冷却風が逆流するのを防ぐようにされている。

特開２００２−５４４４１号公報特開２００２−１０６４８９号公報

しかしながら、前記従来技術には、次に述べるような問題点がある。まず、第１従来装置においては、シュラウド１０９の軸流ファン１０２側の端部が、ファンリング１０８の突出部１０８Ａ，１０８Ｂの間に入り込んでいるため、組み立て時には、まず、軸流ファン１０２をラジエータ１０６に対して位置決めし、その後、分割式のシュラウド１０９を、図示されないボルトによってラジエータ１０６に固定し、シュラウド１０９の軸流ファン１０２側の端部とファンリング１０８との間の距離を調整することになる。

このとき、軸流ファン１０２の風量分布を均一化するためには、シュラウド１０９の軸流ファン１０２側の端部とファンリング１０８との間の距離を、ファンリング１０８の外周部１１３に沿う方向（以下、「円周方向」という。）に略均一にする必要がある。ここで、軸流ファン１０２の位置を動かすためには、この軸流ファン１０２を支持しているエンジン１０１を動かさなければならないが、エンジン１０１が大きくて重いために、シュラウド１０９の円形開口部１１０の中心と軸流ファン１０２の中心とを合わせることが極めて困難であるという問題点がある。このことは、大きなエンジンを有する建設機械等において特に顕著である。

一方、前記第２従来装置においては、筒状体１１１の逆絞り片１１２がファンリング１０８の突出部１０８Ａ，１０８Ｂ間に入り込んでいるために、特許文献２に記載されているとおり組み立て作業が極めて困難である。この点に鑑み、特許文献２に係る発明では、ファンリング１０８の突出部１０８Ａ，１０８Ｂの突出高さを変えて組み立てを容易にしているが、その結果として、冷却風の逆流を防止するという効果が薄れるという問題点が生じている。

本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたもので、簡単に組み立てができ、しかも冷却風の逆流を確実に防止して冷却効率を向上させることのできる冷却装置を提供することを目的とするものである。

前記目的を達成するために、第１発明による冷却装置は、
（ａ）複数の翼を有する軸流ファンと、
（ｂ）この軸流ファンを駆動する動力源と、
（ｃ）前記翼の外縁部に設けられる筒状のファンリングと、
（ｄ）このファンリングの略全周にわたって外周方向に突き出す少なくとも２つの突出部と、
（ｅ）前記軸流ファンと被冷却物体との間に配置されるシュラウドと、
（ｆ）調整プレートの円周方向に複数に分割されるとともに、その分割された円弧状の各部分ごとに前記ファンリングの外周面との距離を可変にして前記シュラウドに固定される前記調整プレートとを備え、
前記軸流ファンの側面視で、前記調整プレートの分割された各部分の内周部が、前記ファンリングの突出部のうちのいずれか２つの間に位置し、
前記軸流ファンの正面視で、前記調整プレートの分割された各部分の内周部が、前記ファンリングの突出部に重なるように配され、
かつ、前記調整プレートの分割された各部分が前記シュラウドに対して独立して着脱自在に構成されていることを特徴とするものである。

本発明において、前記調整プレートの断面形状はＬの字状（第２発明）またはＴの字状（第３発明）にすることができる。

また、第４発明による冷却装置は、
（ａ）複数の翼を有する軸流ファンと、
（ｂ）この軸流ファンを駆動する動力源と、
（ｃ）前記翼の外縁部に設けられる筒状のファンリングと、
（ｄ）このファンリングの略全周にわたって外周方向に突き出す突出部と、
（ｅ）前記軸流ファンと被冷却物体との間に配置されるシュラウドと、
（ｆ）調整プレートの円周方向に複数に分割されるとともに、その分割された円弧状の各部分ごとに前記ファンリングの外周面との距離を可変にして前記シュラウドに固定される前記調整プレートとを備え、
前記軸流ファンの側面視で、前記調整プレートの分割された各部分の内周部が二股状に形成され、この二股部分の中間部に前記ファンリングの突出部が位置するように配され、
前記軸流ファンの正面視で、前記調整プレートの分割された各部分の内周部が、前記ファンリングの突出部に重なるように配され、
かつ、前記調整プレートの分割された各部分が前記シュラウドに対して独立して着脱自在に構成されていることを特徴とするものである。

前記第１発明および第４発明によれば、円周方向に複数に分割された調整プレートがシュラウドに固定されているので、シュラウドとファンリングとの隙間を調整する際に微調整ができ、調整を容易に行うことができる。また、調整プレートが分割されているので、組み立てが容易であり、しかも分割された調整プレートごとにファンリングとの隙間を調整できるので、隙間調整も容易に行うことができる。また、調整プレートがファンリングの突出部と重なるように配されているので、調整プレートとファンリングとの間を、冷却風の逆流がより発生しにくくなる。

前記第１発明において、調整プレートの断面形状をＬの字状（第２発明）もしくはＴの字状（第３発明）とすることで、この調整プレートを充分な強度のものとすることができる。さらに、調整プレートのファンリングに面する部位が平面になるので、逆流を防止する効果が増大する。また、Ｌの字状のものでは、平坦なプレートを折り曲げることによってＬ字形状を達成できるので、溶接を必要とせず、構成が簡単である。

本発明の第１実施形態に係る冷却装置の側面断面図図１のＡ−Ａ断面図第１実施形態の冷却装置におけるファンリング近傍の詳細断面図本発明の第２実施形態に係る冷却装置の側面断面図第２実施形態の冷却装置におけるファンリング近傍の詳細断面図本発明の第３実施形態に係る冷却装置におけるファンリング近傍の詳細断面図本発明の第４実施形態に係る冷却装置におけるファンリング近傍の詳細断面図本発明の第５実施形態に係る冷却装置におけるファンリング近傍の詳細断面図本発明の第６実施形態に係る冷却装置におけるファンリング近傍の詳細断面図第１従来装置の側面断面図第２従来装置の側面断面図

符号の説明

１１エンジン
１２軸流ファン
１３ラジエータ
１４Ａ，１４Ｂプーリ
１５ファンリング
１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ突出部
１７シュラウド
１８ベルト
１９回転軸
２０筒状体
２２翼
２３調整プレート
２４取付ボルト
２５出力軸
２６円形開口部
２７内周部
２８大孔
２９ネジ孔
３０ワッシャ
３１空間
３２外周部
３３矩形開口部

次に、本発明による冷却装置の具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

＜第１実施形態＞
図１には、本発明の第１実施形態に係る冷却装置の側面断面図が示され、図２には、図１のＡ−Ａ断面図が示されている。また、図３には、第１実施形態の冷却装置におけるファンリング近傍の詳細断面図が示されている。

本実施形態の冷却装置１０において、エンジン１１の図１中左側面には、複数の翼２２を有する軸流ファン１２を先端に装着した回転軸１９の一端部が回転自在に取着されている。回転軸１９の略中央部にはプーリ１４Ｂが取着され、このプーリ１４Ｂと、エンジン１１の出力軸２５の先端部に取着されたプーリ１４Ａとの間にはベルト１８が掛け渡されている。こうして、エンジン１１を動力源としてその出力軸２５からの動力によって軸流ファン１２が回転駆動され、図１中右向きに冷却風を発生する。なお、以下の説明において、軸流ファン１２の回転軸１９の長手方向（図１における左右方向）を軸方向と称し、軸流ファン１２の直径に沿う方向を径方向と称することとする。

前記軸流ファン１２の翼２２の外周端には、この翼２２を全周にわたって囲むように、ファンリング１５と称される筒状の部材が取着されている。このファンリング１５は、軸方向両端部に、全周にわたって外周側に向けて突出する突出部１６Ａ，１６Ｂを備えており、これにより断面形状が外周側に向けて開いた略Ｕの字状とされている。

ここで、軸流ファン１２の材質としては、例えばプラスチックが好適であり、射出成形等によって、翼２２およびファンリング１５と共に一体に製造するのが好ましい。あるいは、アルミニウムやその合金等を用いることもできる。

軸流ファン１２を挟んでエンジン１１と対向する位置には、被冷却物体としてのラジエータ１３が、エンジン１１とは別の図示されないマウントに設置されている。このラジエータ１３には、軸流ファン１２側に、冷却風を導くシュラウド１７が固定されている。

図１、図２に示されるように、前記シュラウド１７は、ラジエータ１３側に、ラジエータ１３の形状に合わせた例えば四角形の矩形開口部３３を有している。また、前記シュラウド１７は、軸流ファン１２側の端部がファンリング１５の外周部に向けて折曲され、その端縁に円形開口部２６を有している。

また、前記シュラウド１７の軸流ファン１２側の端部には、円弧状の調整プレート２３が、取付ボルト２４およびワッシャ３０によって固定されている。後述するように、調整プレート２３の内周部（内周縁）２７の直径は、円形開口部２６の直径よりも小さくされている。また、前記調整プレート２３は、図２に示されるように、円周方向に２分割構造となっており、シュラウド１７に対して、互いに独立して着脱自在となっている。

図２、図３に示されるように、前記調整プレート２３には、大孔（長孔）２８が円周方向に略等間隔に設けられている。一方、シュラウド１７の軸流ファン１２側の端部には、円周方向において大孔２８に対応する位置に、ネジ孔２９（図３参照）が設けられている。こうして、ワッシャ３０に通した取付ボルト２４を、大孔２８を通してネジ孔２９にねじ込むことにより、調整プレート２３がシュラウド１７に固定される。

このように調整プレート２３が固定された際、この調整プレート２３は、図３に示されるように、軸方向において、軸流ファン１２の翼２２の外周部に装着されたファンリング１５の突出部１６Ａ，１６Ｂの間にまで達する状態となる。

また、図３において、調整プレート２３の内周部２７の直径をφＤ１、シュラウド１７の円形開口部２６の直径をφＤ２とすると、前述したようにφＤ１＜φＤ２である。そして、ファンリング１５のラジエータ１３側の突出部１６Ａの外径をφｄ１、ファンリング１５のエンジン１１側の突出部１６Ｂの外径をφｄ２とすると、φＤ１＜φｄ１，φｄ２＜φＤ２となる。なお、φｄ１＝φｄ２であることが多いが、Ｄ１＜φｄ１，φｄ２＜φＤ２でありさえすれば、φｄ１≠φｄ２であっても良い。

本実施形態の冷却装置１０は以上のように構成されており、軸流ファン１２を取り外す際には、まず円周方向に２分割構造となっている調整プレート２３をシュラウド１７から外す。これにより、軸流ファン１２とシュラウド１７との間に大きな隙間が生じるため、軸流ファン１２を容易に取り外すことができる。一方、取り付ける場合も同様であり、軸流ファン１２とシュラウド１７との間に大きな隙間がある状態で、軸流ファン１２を取り付け、その後で、上下の調整プレート２３をそれぞれシュラウド１７に取り付けるようにする。また、シュラウド１７を取り付け／取り外しする場合についても同様であり、調整プレート２３をシュラウド１７から外した状態で、シュラウド１７を取り付け／取り外しする。

以上説明したように第１実施形態によれば、翼２２の外周部に、２つの突出部１６Ａ，１６Ｂを有するファンリング１５を設けた軸流ファン１２において、シュラウド１７の円形開口部２６に、内周部２７が円弧状の調整プレート２３を取り付けるように構成されているので、調整プレート２３を取り外すことにより、軸流ファン１２とシュラウド１７との間の隙間が大きくなり、軸流ファン１２の脱着が容易になるという利点がある。

また、軸流ファン１２とシュラウド１７とを組み付けた後に、調整プレート２３を取り付けることにより、ファンリング１５の突出部１６Ａ，１６Ｂが、調整プレート２３の内周部２７よりも外周側となるように配置することが可能となる。これにより、調整プレート２３と軸流ファン１２のファンリング１５とが、正面視で重なった状態となり、軸流ファン１２の翼２２の外周部を逆流しようとする風に対する通風抵抗（以下、「逆流方向の通風抵抗」という。）が増加する。従って、冷却風が逆流するのを低減することができ、冷却風の風量が増加して冷却能力が向上するという効果がある。

また、調整プレート２３に大孔２８を設けているので、調整プレート２３とファンリング１５の外周部３２との間の径方向の距離を容易に調整することができ、この距離を所望の距離にすることができて円周方向に対して略均一にすることができる。この結果、逆流方向の通風抵抗として所望の値を得ることができ、かつ通風抵抗が円周方向に対して略均一になるので、冷却風の風量が増え、かつ円周方向に対して略均一になる。

また、図３に示されるように、シュラウド１７としてボックスタイプのシュラウド１７が用いられているので、ラジエータ１３と軸流ファン１２との間の距離を大きくとることができ、ラジエータ１３を通過する冷却風の分布が均一化するという効果もある。

本実施形態においては、ファンリング１５が、軸方向両端部に突出部１６Ａ，１６Ｂを２つ有している場合について説明した。このような構成にすることにより、製造が容易で、しかも充分な強度のファンリング１５を得ることができる。しかしながら、突出部の形態としては、これに限られるものではない。即ち、突出部１６Ａ，１６Ｂの軸方向位置は、ファンリング１５の両端部以外の部位でも良い。また、突出部は２つと限られるものではなく、１つであっても、あるいは３つ以上であっても良い。

＜第２実施形態＞
図４には、本発明の第２実施形態に係る冷却装置の側面断面図が示され、図５には、第２実施形態の冷却装置におけるファンリング近傍の詳細断面図が示されている。

本実施形態の冷却装置１０Ａにおいて、第１実施形態と共通もしくは対応する部分には図に同一符号を付すに留め、その詳細な説明を省略することとし、以下に、本実施形態に特有の点のみについて説明することとする（以下の各実施形態についても同様）。

本実施形態において、調整プレート２３は、シュラウド１７に取着される取付部位２３Ａと、この取付部位２３Ａに対して垂直な逆流防止部位２３Ｂとからなり、断面がＬの字状に構成されている。そして、逆流防止部位２３Ｂの内周部２７が、ファンリング１５の外周部３２と略平行になるようにされている。以下、本実施形態の調整プレート２３を、Ｌ型調整プレート２３という。

このＬ型調整プレート２３は、第１実施形態に示されるような平板状の調整プレート２３（以下、「Ｉ型調整プレート２３」という。）に比べてその強度が増加する。この結果、軸流ファン１２またはエンジン１１が振動しても、調整プレート２３がブレにくくなるので、調整プレート２３の振動による騒音が小さくなる。

また、Ｌ型調整プレート２３においては、逆流防止部位２３Ｂの内周部２７とファンリング１５の外周部３２との間の空間３１が、軸方向において、流体が急収縮した後、しばらく後に急拡大するというチョーク形状となる。

これに対して、第１実施形態におけるＩ型調整プレート２３では、流体が急収縮した直後に急拡大するオリフィス形状になっている。このオリフィス形状に比べてチョーク形状は通風抵抗が大きいので、逆流方向の通風抵抗が増える。したがって、Ｌ型調整プレート２３においてはＩ型調整プレート２３よりもさらに冷却風の風量が増加することになる。

また、Ｌ型調整プレート２３によれば、逆流防止部位２３Ｂの軸方向の両端部と、ファンリング１５の突出部１６Ａ，１６Ｂとの間の軸方向の距離も小さくすることができるので、やはり逆流方向の通風抵抗が増え、冷却風の風量を増加させることができる。

さらに、ファンリング１５の外周部３２が、逆流防止部位２３Ｂの内周部２７に対して平行に回転することにより、空間３１の空気がファンリング１５の動きに引きずられ、円周方向の空気の流れが生じる。この円周方向の空気の流れが、軸流ファン１２の翼２２の外周部を逆流しようとする風の流れを、エアカーテンのように妨げ、逆流方向の通風抵抗がより増加する。また、Ｌ型調整プレート２３は、平板を折り曲げて取付部位２３Ａと逆流防止部位２３Ｂとを形成することができるので、安価に製作できるという利点もある。

＜第３実施形態＞
図６には、本発明の第３実施形態に係る冷却装置におけるファンリング近傍の詳細断面図が示されている。

本実施形態の冷却装置１０Ｂにおいては、第２実施形態と同様のＬ字型の調整プレート２３が採用されている。ただし、この実施形態のものでは、Ｌ字の向きを第２実施形態のものと反対の向きになるようにされている。

＜第４実施形態＞
図７には、本発明の第４実施形態に係る冷却装置におけるファンリング近傍の詳細断面図が示されている。

本実施形態の冷却装置１０Ｃにおいては、第２実施形態におけるＬ型調整プレートの先端を外周側に向けてもう一度折り曲げて、コの字状の調整プレート２３としたものである。勿論、第３実施形態の調整プレートの先端を折り曲げてコの字状にしても良い。

＜第５実施形態＞
図８には、本発明の第５実施形態に係る冷却装置におけるファンリング近傍の詳細断面図が示されている。

本実施形態の冷却装置１０Ｄにおいては、調整プレート２３を断面Ｔの字状に形成したものである。本実施形態の調整プレート２３は、取付部位のプレート２３Ｃと逆流防止部位のプレート２３Ｄとを溶接によって固着して製作される。あるいは、図５に示される第１実施形態のＬ型調整プレート２３を、互いに反対の向きに２枚共締めして製作しても良い。

＜第６実施形態＞
図９には、本発明の第６実施形態に係る冷却装置におけるファンリング近傍の詳細断面図が示されている。

本実施形態の冷却装置１０Ｅにおいては、平板状のプレート２３Ｅと、クランク状に折り曲げられたプレート２３Ｆとを取付ボルト２４で共締めして、断面がｈの字状（二股状）の調整プレート２３を構成するようにしたものである。このとき、ファンリング１５は、その突出部１６Ｃを１個のみを有し、断面が凸の字状にされ、この突出部１６Ｃが調整プレート２３の二股部分の中間部に位置するようにされている。なお、このファンリング１５の形状としては、本実施形態の形状に限られるものではなく、例えば図９で二点鎖線にて示されるように、突出部１６Ｃに加えて軸方向両端部に突出部１６Ａ，１６Ｂを備えた山の字状としても良い。

前記各実施形態においては、調整プレート２３が円周方向に２等分割されるものについて説明したが、これに限られるものではなく、３分割や４分割等であってもよく、また等分割に限られるものではない。

また、前記各実施形態において、ファンリング１５の形状を、両端部に突出部１６Ａ，１６Ｂを有するＵの字状のものについて説明したが、これに限られるものではなく、図９に示されるように、両端部の突出部１６Ａ，１６Ｂの間に、１本又は複数本の突出部を設けるようにしても良い。

前記各実施形態では、エンジン１１に軸流ファン１２が、ラジエータ１３にシュラウド１７が、それぞれ固定されているものについて説明したが、これに限られるものではなく、例えばラジエータ１３にシュラウド１７および軸流ファン１２が固定されていても良い。この場合には、軸流ファン１２を、例えば油圧モータによって駆動することもできる。

また、前記各実施形態では、軸流ファン１２がラジエータ１３から冷却風を吸い込む、吸込タイプの冷却装置について説明したが、これに限られるものではなく、この軸流ファン１２は吐き出しタイプのものであっても良い。

建設機械のような大型車両等におけるエンジンの冷却装置に適用することができる。

Claims

（ａ）複数の翼を有する軸流ファンと、
（ｂ）この軸流ファンを駆動する動力源と、
（ｃ）前記翼の外縁部に設けられる筒状のファンリングと、
（ｄ）このファンリングの略全周にわたって外周方向に突き出す少なくとも２つの突出部と、
（ｅ）前記軸流ファンと被冷却物体との間に配置されるシュラウドと、
（ｆ）調整プレートの円周方向に複数に分割されるとともに、その分割された円弧状の各部分ごとに前記ファンリングの外周面との距離を可変にして前記シュラウドに固定される前記調整プレートとを備え、
前記軸流ファンの側面視で、前記調整プレートの分割された各部分の内周部が、前記ファンリングの突出部のうちのいずれか２つの間に位置し、
前記軸流ファンの正面視で、前記調整プレートの分割された各部分の内周部が、前記ファンリングの突出部に重なるように配され、
かつ、前記調整プレートの分割された各部分が前記シュラウドに対して独立して着脱自在に構成されていることを特徴とする冷却装置。
前記調整プレートの断面形状がＬの字状である請求項１に記載の冷却装置。
前記調整プレートの断面形状がＴの字状である請求項１に記載の冷却装置。
（ａ）複数の翼を有する軸流ファンと、
（ｂ）この軸流ファンを駆動する動力源と、
（ｃ）前記翼の外縁部に設けられる筒状のファンリングと、
（ｄ）このファンリングの略全周にわたって外周方向に突き出す突出部と、
（ｅ）前記軸流ファンと被冷却物体との間に配置されるシュラウドと、
（ｆ）調整プレートの円周方向に複数に分割されるとともに、その分割された円弧状の各部分ごとに前記ファンリングの外周面との距離を可変にして前記シュラウドに固定される前記調整プレートとを備え、
前記軸流ファンの側面視で、前記調整プレートの分割された各部分の内周部が二股状に形成され、この二股部分の中間部に前記ファンリングの突出部が位置するように配され、
前記軸流ファンの正面視で、前記調整プレートの分割された各部分の内周部が、前記ファンリングの突出部に重なるように配され、
かつ、前記調整プレートの分割された各部分が前記シュラウドに対して独立して着脱自在に構成されていることを特徴とする冷却装置。