JPH07189684A

JPH07189684A - 熱交換装置

Info

Publication number: JPH07189684A
Application number: JP34909493A
Authority: JP
Inventors: Yuichi Sakamoto; 祐一坂本; Ichiro Hirami; 一郎平見; Yoshimi Iwase; 善美岩瀬
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 1993-12-28
Filing date: 1993-12-28
Publication date: 1995-07-28

Abstract

(57)【要約】【目的】放熱フィンの配設密度をファンによる冷却風
の流速分布に応じて変化させることによって、最小限の
放熱フィンを用いて熱交換効率を向上させる。【構成】冷却器１０は、内部に冷却液を流通させる細
径のパイプ１１を多数本上下方向に配列し、相隣接する
パイプ１１，１１間には放熱フィン１２を掛け渡すよう
に設けることにより構成されるが、この冷却器１０に対
しては、ファンによる冷却風が供給されるが、冷却器１
０における高速風領域Ｈには放熱フィン１２のピッチ間
隔を狭くなし、また低速風領域Ｌには放熱フィン１２の
ピッチ間隔を広くする。これによって、冷却器１０全体
の通過風量がほぼ均一化することになり、熱交換効率を
最大限に発揮させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ラジエータ等のよう
に、放熱フィンを取り付けた冷却通路に冷却風を供給す
ることによって、冷却通路内を流れる流体を冷却する熱
交換装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば油圧ショベル等の建設機械には、
エンジンが搭載されるが、このエンジンには熱交換器と
してラジエータが付設される。ラジエータは、一般に図
４に示した構造となっている。即ち、図中において、１
はエンジン、２はファン、３はラジエータをそれぞれ示
す。ラジエータ３は、冷却器４と、この冷却器４とエン
ジン１内の冷却液流路と、その間を接続するための配管
５ａ，５ｂと、循環ポンプ６とを有し、冷却器４から供
給される冷却液は、循環ポンプ６の作用によって、配管
５ａからエンジン１内の冷却液流路に供給されて、この
エンジン１の冷却が行われる。そして、エンジン１と熱
交換することによって高温となった冷却液は配管５ｂを
介して冷却器４に還流させて、ファン２からの冷却風に
より温度を低下させるようにしている。

【０００３】ラジエータ３によるエンジン１との熱交換
効率を良好に保つためには、沸騰気泡を発生させないよ
うにする必要があり、このためにリザーバタンク７が付
設されている。従って、エンジン１を冷却することによ
って、冷却液の温度が上昇して熱膨張した時には、冷却
器４側からリザーバタンク７に冷却液を流出させる。エ
ンジン１が停止してしばらくすると、冷却液が冷えて収
縮するが、この時にはリザーバタンク７を介して冷却液
を冷却器４側に補給する。そして、冷却器４及びリザー
バタンク７には圧力キャップ８，９が装着されて、それ
ぞれ加圧された状態に保持されている。

【０００４】冷却器４は、図５に示したように、内部が
冷却液の通路となった細いパイプ４ａを多数本上下方向
に設け、これら各パイプ４ａ間を掛け渡すようにして放
熱フィン４ｂが設けられている。放熱フィン４ｂは熱伝
導率の良好な銅の薄板等から構成され、この図５のよう
にプレート状に形成するか、または図６に示したよう
に、コルゲート状に形成される。そして、この放熱フィ
ン４ｂは相隣接するパイプ４ａ，４ａ間を掛け渡すよう
に設けられ、上下方向に等ピッチ間隔に配設されるのが
一般的である。

【０００５】このように、放熱フィン４ｂを設けること
によって、パイプ４ａ内を流れる冷却液から熱を奪い、
この放熱フィン４ｂをファン２から供給される冷却風と
接触させることにより冷却する。ここで、パイプ４ａ内
を流れる冷却液に対する熱交換効率は、供給される冷却
風の通過風量と、放熱面積とにより変化する。従って、
この熱交換効率を向上させるには、冷却風の通過風量を
多くするか、または放熱フィン４ｂにおける放熱面積を
大きくすれば良い。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前述したように、冷却
器４における熱交換効率を向上させるには、ファン２に
よる冷却風の送風量を多くし、放熱フィン４ｂの放熱面
積を大きくすれば良い。図７に示したように、放熱フィ
ン４ｂは、その放熱面積に比例して放熱量が高くなる
が、放熱フィン４ｂは高価であり、かつ重量物であるこ
とから、この放熱フィン４ｂの使用量を多くするのには
限度がある。また、ファン２から冷却器４に供給される
冷却風の通過風量と放熱量との関係は、図８に示したよ
うに、通過風量を多くすると放熱量も上昇するが、ある
一定の送風量（Ｐ）で飽和状態になってしまい、それ以
上通過風量を多くしても放熱量は大きくはならない。さ
らに、冷却器４に供給される冷却風の通過風量自体は放
熱フィン４ｂのピッチ間隔等、単位面積当りの配設密度
に応じて変化する。即ち、放熱フィン４ｂのピッチ間隔
を密にすると、冷却風の流れに対する抵抗が大きくなっ
て、その結果、通過風量が低下する。

【０００７】ところで、ファンは、回転軸に連設したボ
スに複数枚の羽根を装着してなるものが用いられる関係
から、このファンから冷却器に冷却風を供給する際に、
この冷却器全体に対する冷却風の流速は全体に均一には
ならない。本発明は、この点に着目してなされたもので
あって、その目的とするところは、放熱フィンを合理的
に配置することによって、放熱フィンの使用量を少なく
して、しかも効率的に熱交換を行わせるできるようにす
ることにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前述の目的を達成するた
めに、本発明は、複数の冷却通路を流れる流体を冷却す
るために、これら冷却通路に放熱フィンを取り付けた冷
却器にファンを対向配設させて設け、このファンからの
冷却風を冷却器に供給するようにしたものであって、フ
ァンによる冷却風の流速分布に応じて放熱フィンの単位
面積当りの配置密度を変化させる構成としたことをその
特徴とするものである。

【０００９】

【作用】ファンを作動させると、冷却器に冷却風が供給
されるが、この冷却風の流速は冷却器の全体に均一では
なく、ファンの羽根が投影される部位が速く、ボスが投
影される部分や羽根の外側の部分の流速はそれより遅
い。しかしながら、冷却器に設けられる放熱フィンのピ
ッチ間隔を狭くすることによって、単位面積当りの放熱
フィンの配設密度を高くすると、冷却風の流れに対する
抵抗が大きくなり、冷却器に供給される通過風量は少な
くなる。

【００１０】以上のことから、ファンからの冷却風の流
速が速い部位には放熱フィンの配設密度を高くし、また
流速の遅い部位では放熱フィンの配設密度を低くする。
例えば、放熱フィンのピッチ間隔をファンが投影される
部位では狭くなるように設定し、それ以外の部位ではピ
ッチ間隔を広くする。これによって、冷却器の全体にほ
ぼ均一な通過風量で冷却風が供給され、この冷却器全体
における放熱量が大きくなり、熱交換効率が良好とな
る。

【００１１】

【実施例】以下、図１乃至図３に基づいて本発明の実施
例について説明する。而して、図中において、１０は冷
却器であって、この冷却器１０は、内部に冷却液を流通
させる細径のパイプ１１を多数本上下方向に配列し、相
隣接するパイプ１１，１１間には放熱フィン１２を掛け
渡すように設けることにより構成され、この冷却器１０
に対しては、ファンから供給される冷却風により冷却さ
れるようになっている点については、前述した従来技術
のものと同様である。

【００１２】ファンにおける羽根の回転軌跡を冷却器１
０に投影すると、図１に仮想線で示したようになる。従
って、冷却器１０に対しては、図３に示したように、こ
の内側の仮想線と外側の仮想線との間の部位が冷却風の
流速が速い高速風領域Ｈで、中央部及び外側の仮想線よ
り外側の部位の冷却風の流速はそれより遅い低速風領域
Ｌとなる。そこで、図２に示したように、ファンにおけ
る羽根の回転軌跡の部位と、それ以外の部位とでは、放
熱フィン１２のピッチ間隔を変化させることによって、
放熱フィン１２の単位面積当りの配設密度を変えるよう
にしている。即ち、高速風領域Ｈにおいては、放熱フィ
ン１２のピッチ間隔が狭く、密に配設されており、低速
風領域Ｌでは、放熱フィン１２は粗いピッチ間隔となる
ように配設されている。

【００１３】ファン１１を所定の回転数で回転させる
と、冷却器１０には冷却風が供給されるが、この冷却器
１０における通過風量は、放熱フィン１２のピッチ間隔
により変化する。低速風領域Ｌでは放熱フィン１２のピ
ッチ間隔は高速風領域Ｈより粗くなっているから、この
低速風領域Ｌでは冷却風の流れに対する抵抗は小さく、
この点から通過風量が多くなる。ただし、高速風領域Ｈ
より流速は遅い。そこで、図７及び図８を参照して説明
する。

【００１４】今、低速風領域Ｌにおいては、放熱フィン
１２のピッチ間隔とファン１１の回転数との関係から、
この低速風領域Ｌにおける通過風量Ｖ₁ が実質的に飽和
放熱量であるＱ₁ となるように設定する。ここで、放熱
フィン１２を全て同じピッチ間隔に設定した場合には、
高速風領域Ｈでは通過風量はＶ₂ となるものの、放熱量
は低速風領域Ｌと同じのＱ₁ でしかない。然るに、放熱
フィン１２のピッチ間隔は、低速風領域ＬではＰ₁ であ
るのに対して、高速風領域Ｈではそれより密になったＰ
₂ であるから、図７に示したように、ピッチ間隔が密に
なっている分だけ放熱面積が増える。この結果、放熱面
積の増加分だけ放熱量がｑ₁ からｑ₂ に増えることにな
る。勿論、放熱フィン１２のピッチ間隔を密にすると、
通過風量自体は減少するが、通過風量がＶ₁ であって
も、またＶ₂ であっても、この通過風量に基づいて放熱
量が変化することはない。従って、高速風領域Ｈでは、
放熱フィン１２のピッチ間隔を密にして、通過風量が高
速風領域Ｈでも、低速風領域Ｌでもほぼ同じＶ₁ とする
ことによって、高速風領域Ｈにおいて放熱フィン１２の
放熱面積を増やすことにより増加した放熱量がΔＱ（Ｑ
₂ −Ｑ₁ ）だけ増えることになり、全体として冷却器１
０の放熱量を大きくすることができる。

【００１５】なお、前述の実施例においては、放熱フィ
ン１２のピッチ間隔を高速風領域Ｈと低速風領域Ｌとの
２つの領域で変化させるように構成したが、ファン１１
による冷却風の流速分布は、図３に示したように連続的
に変化するものであることから、放熱フィン１２のピッ
チ間隔をこの流速分布に応じてより微細に変化させるよ
うにしても良い。また、放熱フィンとしては、プレート
状のものを示したが、コルゲート状等他の構造の放熱フ
ィンを用いることもできる。

【００１６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、冷却通
路に設けられる放熱フィンの配設密度を、その全体に設
定するのではなく、ファンにより供給される冷却風には
流速分布があることから、この流速分布に応じて放熱フ
ィンの単位面積当りの配置密度を変化させるようにな
し、冷却風の流速が速い部位や遅い部位に、放熱フィン
をそれぞれ最適な密度となるように配設したので、冷却
器における放熱フィンの使用量を少なくして、その放熱
量を最大限に発揮させることができて、熱交換装置の熱
交換効率を極めて高くすることができる等の効果を奏す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すラジエータの冷却器
と、それに供給される冷却風の流速分布を示す構成説明
図である。

【図２】図１のＸ部を拡大して示す冷却器の要部構成図
である。

【図３】図１のＹ−Ｙ線に沿う部位の冷却風の流速分布
を示す線図である。

【図４】熱交換装置の一例としてのラジエータの構成説
明図である。

【図５】従来技術によるラジエータの冷却器の構成説明
図である。

【図６】ラジエータの放熱フィンの他の例を示す構成説
明図である。

【図７】放熱フィン４の放熱面積と放熱量との関係を示
す線図である。

【図８】冷却風の通過風量と放熱量との関係を示す線図
である。

【符号の説明】

１０ラジエータ１１パイプ１２放熱フィンＨ高速風領域Ｌ低速風領域

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の冷却通路を流れる流体を冷却する
ために、これら冷却通路に放熱フィンを取り付けた冷却
器にファンを対向配設させて設け、このファンからの冷
却風を冷却器に供給するようにしたものにおいて、前記
ファンによる冷却風の流速分布に応じて前記放熱フィン
の単位面積当りの配置密度を変化させる構成としたこと
を特徴とする熱交換装置。
【請求項２】前記ファンによる冷却風の冷却器におけ
る通過風量が全体にほぼ均一になるように前記放熱フィ
ンのピッチ間隔を設定する構成としたことを特徴とする
請求項１記載の熱交換装置。