KR101425100B1 - 냉각 장치 및 이것을 구비한 건설 기계 또는 작업 기계 - Google Patents

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Abstract

냉각 장치는 냉각팬(21)과, 냉각팬(21)의 외주측에 설치된 슈라우드와, 슈라우드에 설치되어 냉각팬(21)의 외주부에 근접하게 배치된 내주벽부(52)와, 내주벽부(52)를 둘러싸도록 설치되는 외주벽부(53)를 구비하고, 냉각팬(21)의 외주 가장자리의 공기 흐름방향 하류측단은 내주벽부(52)의 공기 흐름방향 하류측단보다 더 공기 흐름방향 하류측에 위치하며, 내주벽부(52) 및 외주벽부(53)의 공기 흐름방향을 따른 단면에 있어서의 내주벽부(52)의 공기 흐름방향 하류측단과 외주벽부(53)의 공기 흐름방향 하류측단을 연결하는 선(L1)과, 공기 흐름방향에 직교하는 선(L2)이 이루는 각도(α)가 9도 이상, 45도 이하로 되어 있다.

Description

냉각 장치 및 이것을 구비한 건설 기계 또는 작업 기계{COOLING DEVICE AND CONSTRUCTION MACHINE OR WORKING MACHINE EQUIPPED WITH THE SAME}
본 발명은 냉각 장치 및 이것을 구비한 건설 기계 또는 작업 기계, 특히 냉각팬과 그것을 둘러싸는 슈라우드를 갖는 냉각 장치 및 이것을 구비한 건설 기계 또는 작업 기계에 관한 것이다.
종래부터 건설 기계에 탑재되는 엔진의 냉각 시스템은 주로 라디에이터 및 냉각팬으로 구성되어 있다. 라디에이터는 엔진과의 사이에서 냉각 매체를 순환시켜 냉각 매체를 외기에 의해 냉각한다. 냉각팬은 라디에이터 둘레에 공기의 흐름을 형성하여 라디에이터의 열교환을 보조한다. 또한, 라디에이터와 냉각팬 사이에는 양자를 둘러싸고 라디에이터로부터 냉각팬으로의 공기의 흐름을 확보하기 위한 슈라우드가 설치되어 있다(예를 들면, 특허문헌 1을 참조).
최근에는 엔진의 총 열량의 증대에 따라 라디에이터의 수온이 상승하는 것이 큰 문제가 되고 있다. 그 문제를 해결하기 위해서는, 예를 들면 냉각팬의 회전속도를 높게 함으로써 냉각팬에 의한 공기의 유량(즉, 라디에이터의 주위를 통과하는 공기의 유량)을 많게 하는 것이 고려된다. 그러나, 냉각팬의 회전속도를 높이면 소음이 커진다는 문제가 생긴다.
그래서, 엔진의 냉각 시스템의 냉각 능력을 향상시킨다고 해도 냉각팬의 회전속도를 높이는 일 없이 냉각팬에 의한 공기의 유량을 많게 하는 것이 필요하다. 그 때문에, 슈라우드의 형상이나 위치가 다양하게 고안된 기술이 개발되어 있다. 예를 들면, 냉각팬으로부터 유출된 공기의 역류(엔진측의 공기가 회전 팬을 통과하여 라디에이터측으로 되돌아오는 것)를 방지하기 위해 슈라우드의 선단에 2개의 통형상부를 설치한 구조가 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 2를 참조).
일본 특허 공개 평9-118141호 공보[평성9(1997)년 5월 6일 공개] 일본 특허 공개 2006-132380호 공보[평성18(2006)년 5월 25일 공개]
그러나, 특허문헌 1에 기재된 엔진의 냉각 시스템의 구성에서는 냉각팬이 슈라우드 내에 완전히 수용되어 있기 때문에 냉각팬으로부터 배출되는 공기의 유량이 충분히 많아지지 않는다.
또한, 특허문헌 2에 기재된 엔진의 냉각 시스템의 구성에서는 냉각팬 전체가 슈라우드 밖에 배치되어 있기 때문에 슈라우드의 원통부가 냉각팬에 의한 공기의 유량에 영향을 주는 경우가 적다. 따라서, 냉각팬으로부터 배출되는 공기의 유량이 충분히 많아지지 않는다.
본 발명의 과제는 냉각팬의 회전속도를 높이는 일 없이 냉각팬으로부터의 공기의 유량을 충분히 많게 할 수 있는 냉각 장치 및 이것을 구비한 건설 기계 또는 작업 기계를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 냉각 장치는 냉각팬과, 상기 냉각팬의 외주측에 설치된 슈라우드와, 상기 슈라우드에 설치되어 상기 냉각팬의 외주부에 근접해서 배치된 내주벽부와, 상기 내주벽부를 둘러싸도록 설치되어 공기 흐름방향 하류측단이 상기 내주벽부의 공기 흐름방향 하류측단보다 공기 흐름방향 하류측에 위치하는 외주벽부를 구비하고, 상기 냉각팬의 외주 가장자리의 공기 흐름방향 하류측단은 상기 내주벽부의 공기 흐름방향 하류측단보다 더 공기 흐름방향 하류측에 위치하며, 상기 내주벽부 및 상기 외주벽부의 공기 흐름방향을 따른 단면에 있어서의 상기 내주벽부의 공기 흐름방향 하류측단과 상기 외주벽부의 공기 흐름방향 하류측단을 연결하는 선과, 공기 흐름방향에 직교하는 선이 이루는 각의 각도가 9도 이상, 45도 이하로 되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 내주벽부 및 외주벽부는 냉각팬의 회전축 둘레에 복수의 부재를 배치하여 형성해도 좋지만, 내주벽부 및 외주벽부 중 적어도 어느 하나는 냉각팬의 회전축 둘레에 연속하는 링부로 하는 것이 바람직하다.
이 냉각 장치에서는 내주벽부의 공기 흐름방향 하류측단, 및 외주벽부의 공기 흐름방향 하류측단을 연결하는 선과 공기 흐름방향에 직교하는 선이 이루는 각이 9도 이상, 45도 이하로 함으로써 냉각팬이 회전하여 공기가 흐르면 링부의 내주벽부와 외주벽부 사이에 형성되는 공간에 부압이 발생하여 공기가 흡입되거나, 흡입된 공기가 배출되거나 함으로써 냉각팬으로부터의 공기의 유량이 증대한다. 따라서, 냉각팬의 회전속도가 종래와 같아도 냉각 능력이 향상되고, 또는 냉각팬의 회전속도를 낮춰도 종래와 같은 냉각 능력을 얻을 수 있으며, 소음이 저감된다.
본 발명의 냉각 장치에 있어서, 냉각팬 외주 가장자리에 있어서의 슈라우드 및 내주벽부에 의해 피복된 부분의 공기 흐름방향 길이와, 냉각팬의 공기 흐름방향 최대 길이의 비를 내측 피복률로 하면 내측 피복률이 45%~85%의 범위에 있는 것이 바람직하다.
이 냉각 장치에서는 내측 피복률이 45%~85%의 범위로 설정되어 있기 때문에 냉각팬에 의한 공기의 유량이 충분히 많다. 따라서, 냉각팬의 회전속도가 종래와 같아도 냉각 능력이 향상되고, 또는 냉각팬의 회전속도를 낮춰도 종래와 같은 냉각 능력을 얻을 수 있다.
본 발명의 냉각 장치에 있어서, 내주벽부 및 외주벽부 중 적어도 어느 하나를 슈라우드와 일체로 형성해도 좋다.
여기에서, 슈라우드와 내주벽부 및 외주벽부 중 적어도 어느 하나를 일체 형성하는 방법으로서는 슈라우드와 내주벽부 및 외주벽부 중 적어도 어느 하나를 수지제로 하여 사출 성형 등에 의해 일체로 형성해도 좋다.
이 냉각 장치에서는 슈라우드와 내주벽부 및 외주벽부 중 적어도 어느 하나가 일체 형성됨으로써 냉각 장치의 부품수의 경감을 도모할 수 있고, 냉각 장치의 조립 작업의 경감을 도모할 수 있다.
본 발명의 냉각 장치에 있어서, 내주벽부 및 외주벽부 중 적어도 어느 하나를 슈라우드와는 다른 부재로 형성해도 좋다.
이 냉각 장치에서는 내주벽부 및 외주벽부 중 적어도 어느 하나는 슈라우드에 대하여 장착 가능하기 때문에 슈라우드나 냉각팬의 구조에 맞춰 적절한 내주벽부 및 외주벽부 중 적어도 어느 하나는 링부를 선택 가능하다.
본 발명의 냉각 장치에 있어서, 내주벽부와 외주벽부를 연결하는 환상의 저부를 갖는 것이 바람직하다.
이 냉각 장치에서는 내주벽부와 외주벽부와 저부로 이루어지는 일체의 부재로 형성할 수 있기 때문에 제조·관리가 용이하다.
본 발명의 냉각 장치에 있어서, 내주벽부 및 외주벽부 중 적어도 어느 하나는 공기 흐름방향에 평행하게 연장되는 통부를 갖고 있는 것이 바람직하다.
이 냉각 장치에서는 내주벽부 및 외주벽부 중 적어도 어느 하나가 평행하게 연장되는 통부를 갖고 있기 때문에 내주벽부 및 외주벽부를 용이하게 제작할 수 있다.
본 발명의 냉각 장치에 있어서, 내주벽부 및 외주벽부 중 적어도 어느 하나는 공기 흐름방향 하류측으로 감에 따라 내경이 커지는 확경부를 갖고 있는 것이 바람직하다.
이 냉각 장치에서는 내주벽부 및 외주벽부 중 적어도 어느 하나가 확경부를 갖고 있기 때문에 냉각팬에 의한 공기의 유량은 충분히 많아진다.
본 발명의 건설 기계 또는 작업 기계는 상술한 본 발명 중 어느 하나의 냉각 장치를 구비하고 있다.
이 건설 기계 또는 작업 기계에서는 상술한 냉각 효율이 향상된 냉각 장치를 구비함으로써 냉각팬에 의한 소음을 저감한 정숙성이 높은 건설 기계 또는 작업 기계로 할 수 있다.
본 발명에 의한 냉각 장치에 의하면 냉각팬의 회전속도를 높이는 일 없이 냉각팬으로부터의 공기의 유량을 충분히 많게 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 의한 냉각팬의 슈라우드 구조를 탑재한 유압 셔블의 구성을 나타내는 전체도이다.
도 2는 도 1의 유압 셔블의 후방에 탑재된 엔진 룸 및 카운터웨이트 주변의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 3은 도 2의 엔진 룸의 상면에 부착된 엔진 후드를 개방한 상태를 나타내는 사시도이다.
도 4는 도 3의 엔진 후드 내의 구성을 나타내는 평면도이다.
도 5는 도 4의 부분 확대도이다.
도 6은 냉각 유닛의 구조를 나타내는 사시도이다.
도 7은 엔진과 냉각 유닛의 관계를 나타내는 모식도이다.
도 8은 링부와 냉각팬 외주 가장자리의 위치 관계를 나타내는 단면도이다.
도 9는 링부에 의한 풍량 증대 효과를 설명하기 위한 모식도이다.
도 10은 내측 피복률과 풍량의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 11은 내주벽부의 공기 흐름방향 하류측단, 및 외주벽부의 공기 흐름방향 하류측단을 연결하는 선과 공기 흐름방향에 직교하는 선이 이루는 각의 각도(α)와, 풍량의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 12는 본 발명의 제 2 실시 형태에 의한 냉각팬의 내주벽부 및 외주벽부의 구조를 나타내는 정면도이다..
도 13은 다른 실시 형태에 있어서의 링부의 구조를 나타내는 정면도이다.
도 14는 다른 실시 형태에 있어서의 링부의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 15는 다른 실시 형태에 있어서의 링부의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 16은 다른 실시 형태에 있어서의 링부의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 17은 다른 실시 형태에 있어서의 링부의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 18은 다른 실시 형태에 있어서의 링부의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 19는 분출형의 냉각 유닛에 본 발명을 채용했을 경우의 엔진과 냉각 유닛의 관계를 나타내는 모식도이다.
본 발명의 일 실시 형태로서 본 발명의 냉각 장치로 이루어지는 냉각 유닛(20)을 탑재한 유압 셔블(건설 기계)(1)에 대해서 도면을 이용하여 설명하면 이하와 같다.
[제 1 실시 형태]
[유압 셔블(1) 전체의 구성]
본 실시 형태에 의한 유압 셔블(1)은, 도 1에 나타내는 바와 같이, 하부 주행체(2)와, 선회대(3)와, 작업기(4)와, 카운터웨이트(5)와, 엔진 룸(6)과, 기기실(9)과, 캡(10)과, 냉각 유닛(20)(도 3 등 참조)을 구비하고 있다.
하부 주행체(2)는 진행 방향에 있어서의 좌우 양단 부분에 감아 걸린 크롤러(P)를 회전시킴으로써 유압 셔블(1)을 전진, 후진시킴과 아울러 상면측에 선회대(3)를 선회 가능한 상태로 탑재하고 있다.
선회대(3)는 하부 주행체(2) 상에 있어서 임의의 방향으로 선회 가능하고, 상면에 작업기(4)와, 카운터웨이트(5)와, 엔진 룸(6)과, 캡(10)을 탑재하고 있다.
작업기(4)는 붐(11)과, 붐(11)의 선단에 부착된 암(12)과, 암(12)의 선단에 부착된 버킷(13)을 포함하도록 구성되어 있다. 그리고, 작업기(4)는 도시 생략한 유압회로에 포함되는 각 유압 실린더(11a, 12a, 13a) 등에 의해 붐(11)이나 암(12), 버킷(13) 등을 상하로 이동시키면서 토사나 모래와 자갈 등의 굴착을 행하는 토목 공사 현장에 있어서 작업을 행한다.
카운터웨이트(5)는, 예를 들면 강판을 조립하여 형성한 상자 내에 설철(屑鐵)이나 콘크리트 등을 넣어 굳힌 것이고, 채굴시 등에 있어서 차체의 밸런스를 잡기 위해 선회대(3) 상에 있어서의 엔진 룸(6)의 후방에 설치되어 있다.
엔진 룸(6)은, 도 2 및 도 3에 나타내는 바와 같이, 카운터웨이트(5)에 인접하는 위치에 배치되어 있고, 손잡이(14a)로 개폐 가능한 엔진 후드(14)에 의해 피복된 점검용의 상부 개구를 갖고 있다. 그리고, 엔진 룸(6)은 하부 주행체(2)나 작업기(4)를 구동시키기 위한 동력원인 엔진(6a) 및 쿨링 코어(30) 등을 포함하는 냉각 유닛(20)(도 3 참조)을 내부에 수용하고 있다.
기기실(9)은 작업기(4)의 후방에 배치되어 있고, 도시 생략한 연료 탱크, 작동유 탱크 및 조작 밸브 등을 수용한다.
캡(10)은 유압 셔블(1)의 오퍼레이터가 승강하는 운전실이고, 작업기(4)의 선단부를 조망할 수 있도록 선회대(3) 상에 있어서의 작업기(4)의 측방이 되는 좌측 전방부에 배치되어 있다.
냉각 유닛(20)은, 도 4에 나타내는 바와 같이, 엔진 룸(6) 내에 있어서의 엔진(6a)에 인접하는 위치에 배치되어 있고, 엔진(6a)에 흐르는 냉각수나 작동유 등을 냉각시킨다. 또한, 이 냉각 유닛(20)의 구성에 대해서는 후단에서 상술한다.
[냉각 유닛(20)]
냉각 유닛(20)은, 도 3 및 도 4에 나타내는 바와 같이, 냉각팬(21)과, 쿨링 코어(30)를 갖고 있다. 또한, 냉각 유닛(20)은 후술하는 슈라우드(40)(도 6 등 참조)를 갖고 있고, 소음을 저감시키면서, 쿨링 코어(30)에 대하여 대량의 공기를 보내면서 효율적으로 냉각을 행한다.
냉각팬(21)은, 도 6에 나타내는 바와 같이, 엔진(6a)에 직결되어 있고, 엔진(6a)에 의해 직접적으로 블레이드 부재(21a)(도 6 등 참조)가 회전 구동된다. 또한, 본 실시 형태에서는 냉각팬(21)을 구동시키면, 도 4, 도 7 및 도 8의 화살표(F)로 나타내는 바와 같이, 냉각팬(21)에 대하여 흡인하는 방향으로의 공기의 흐름이 형성된다. 즉, 냉각팬(21)에 의해 생성되는 공기의 흐름 중에 있어서는 쿨링 코어(30)의 하류측에 냉각팬(21)이 배치된다. 또한, 냉각팬(21)의 구성에 대해서는 후단에서 더욱 상술한다. 또한, 이하 도 4, 도 7 및 도 8의 화살표(F) 방향을 공기 흐름방향으로 하고, 도면 좌측을 상류측으로 하며, 도면 우측을 하류측으로 한다.
쿨링 코어(30)는 공기와의 열교환에 의해 냉각 매체를 냉각시키는 유닛이고, 도 5에 나타내는 바와 같이, 라디에이터(31), 오일쿨러(32), 애프터쿨러(33) 등을 포함하도록 구성되어 있다.
라디에이터(31)는 엔진(6a)에 흐르는 냉각수와, 냉각팬(21)에 의해 생성되는 공기 사이에 있어서 열교환을 행하게 함으로써 냉각수의 온도를 저하시킨다.
오일쿨러(32)는 작동유 탱크로부터 유압회로에 공급되어 온도가 상승한 오일과, 냉각팬(21)에 의해 생성되는 공기 사이에 있어서 열교환을 행하게 함으로써 각 유압 실린더(11a, 12a, 13a) 등에 보내지는 오일의 온도를 저하시킨다.
애프터쿨러(33)는 엔진(6a)의 터보차저(도시 생략)가 에어 클리너(35)로부터 흡입하여 배출한 에어와, 냉각팬(21)에 의해 생성되는 공기 사이에 있어서 열교환을 행하게 하고, 온도가 상승한 에어를 냉각한 후 엔진(6a)의 흡기 매니폴드(도시 생략)에 보낸다.
(냉각팬(21))
냉각팬(21)은 엔진(6a)을 구동원으로 하는 회전축 둘레에 회전 가능하게 설치되는 복수의 블레이드 부재(21a)를 갖는 축류팬이다. 블레이드 부재(21a)의 매수는 냉각팬(21)의 송풍량, 크기에 따라 다르지만 일반적으로는 6매~11매 정도로 되어 있다.
블레이드 부재(21a)는 엔진(6a)에 의해 회전 구동된다. 그리고, 복수의 블레이드 부재(21a)를 회전 구동시킴으로써 회전축으로부터 지름 방향 외측으로 확산되는 공기의 흐름이 생성된다.
슈라우드(40)는, 도 6 내지 도 8에 나타내는 바와 같이, 냉각팬(21)의 블레이드 부재(21a)의 외주 부분을 피복하도록 부착되어 있고, 케이스부(41)를 갖고 있다. 케이스부(41)는 블레이드 부재(21a)의 외주 부분을 따라 형성된 원형의 개구를 갖는 플레이트 형상의 부재이다.
케이스부(41)의 내주 가장자리에는 링부(51)가 고정되어 있다. 링부(51)는 냉각팬(21)에 의한 공기의 유량을 많게 하기 위한 부재이고, 판금 또는 수지제이다.
링부(51)는, 도 8에 나타내는 바와 같이, 내주벽부(52)와, 외주벽부(53)와 저부(54)를 갖고 있다. 또한, 본 실시 형태에서는 내주벽부(52) 및 외주벽부(53)와 같이 통형상체로서 구성하고 있지만, 실질적으로 내주벽부 및 외주벽부 사이에 공간이 형성되어 있으면 되므로 케이스부(41)의 내주 가장자리를 따라 냉각팬(21)을 둘러싸도록 설치되어 있으면 내주벽 또는 외주벽의 일부가 절개되어 있어도 좋다.
내주벽부(52)는 케이스부(41)의 개구 가장자리에 위치하고 있고, 냉각팬(21)[의 블레이드 부재(21a)]의 외주 가장자리에 근접하고 있다. 내주벽부(52)의 지름은 냉각팬(21)의 외경보다 크고, 양자 사이의 간극(G)은, 예를 들면 15㎜이다.
외주벽부(53)는 내주벽부(52)보다 반경 방향 외측에 내주벽부(52)를 둘러싸도록 배치되어 있고, 양자 사이에는 환상의 공간(55)이 확보되어 있다. 내주벽부(52)와 외주벽부(53)는 동심으로 배치된 원통형상 부재이고, 각각이 공기 흐름방향에 평행하게 연장되어 있다.
본 실시 형태에서는 내주벽부(52) 및 외주벽부(53)에는 구멍이 형성되어 있지 않다. 내주벽부(52)의 공기 흐름방향 길이(h1)는 외주벽부(53)의 공기 흐름방향 길이(h2)보다 작다. 바꿔 말하면, 외주벽부(53)의 공기 흐름방향 하류측단은 내주벽부(52)의 공기 흐름방향 하류측단보다 공기 흐름방향 하류측에 위치하고 있다.
도 8에 나타내는 바와 같이, 이 내주벽부(52)의 공기 흐름방향 하류측단, 및 외주벽부(53)의 공기 흐름방향 하류측단을 연결하는 선(L1)과 공기 흐름방향에 직교하는 선(L2)이 이루는 각의 각도(α)는 9도 이상, 45도 이하로 설정되어 있다.
저부(54)는 환상의 평탄한 부재이고, 외주벽부(53)와 내주벽부(52)를 연결시키고 있다. 이상에 서술한 바와 같이, 링부(51)는 단독의 부재이고, 케이스부(41)에 장착 가능하다. 링부(51)는 도시 생략한 고정부를 갖고 있어도 좋다. 예를 들면, 고정부는 원주 방향 복수 개소에 있어서 저부로부터 반경 방향 외측으로 연장되는 돌기여도 좋다. 링부(51)를 케이스부(41)에 고정하는 수단은 용접이나 접착 기타 고정 부재에 의한 것이어도 좋다.
또한, 본 실시 형태에서는 내주벽부(52)의 공기 흐름방향 길이(h1)는 20㎜, 외주벽부(53)의 공기 흐름방향 길이(h2)는 30㎜, 저부(54)의 폭(W)은 30㎜이다. 단, 본 발명은 이들 수치에 한정되지 않는다.
이어서, 냉각팬(21)과 링부(51)의 위치 관계에 대해서 설명한다. 도 8에 나타내는 바와 같이, 냉각팬(21)의 외주 가장자리부는 링부(51)의 내주벽부(52)보다 공기 흐름방향 하류측에 위치하고 있다.
보다 상세하게 한정하면, 냉각팬(21)의 외주 가장자리부의 공기 흐름방향 하류측단은 내주벽부(52)의 공기 흐름방향 하류측단보다 공기 흐름방향 하류측에 위치하고 있다.
냉각팬(21)의 공기 흐름방향 길이를 h3으로 하고, 냉각팬(21)에 있어서 내주벽부(52)의 선단보다 공기 흐름방향 상류측 부분의 공기 흐름방향 길이를 h4로 한다.
그리고, (h4/h3)의 백분율을 「내측 피복률(%)」로 정의한다. 본 실시 형태에서는, 예를 들면 내측 피복률은 62.5%이다.
[냉각 동작]
냉각팬(21)이 엔진(6a)에 의해 구동되면 쿨링 코어(30)측의 공기가 냉각팬(21)에 흡입되어 간다. 이 공기의 흐름에 의해 쿨링 코어(30)의 라디에이터(31) 등이 냉각된다.
도 9(A)에 나타내는 바와 같이, 공간(55) 내의 위치(P1)(도 9에 있어서의 관측점)를 냉각팬(21)의 블레이드 부재(21a)가 통과할 때에는 블레이드 부재(21a)로부터의 공기 흐름이 P1에 있는 공기를 배출시켜 P1에 부압을 발생시킨다. 이어서, 도 9(B)에 나타내는 바와 같이, 공간(55) 내의 소정 위치(P1)(도 9의 관측점)가 냉각팬(21)의 블레이드 부재(21a)들 사이에 위치하면 상기 위치(P1)에 발생하고 있는 부압에 의해 공기를 흡입한다. 이러한 현상에 의해 냉각팬(21)에 의한 공기의 유량은 종래에 비해 대폭적으로 많아진다.
이 결과, 쿨링 코어(30)에 대하여 공급되는 공기의 양을 늘려 냉각 효율을 향상시킬 수 있다.
특히, 본 실시 형태에서는 냉각팬(21)의 외주 가장자리 하류측단이 링부(51)의 내주벽부(52)보다 공기 흐름방향 하류측에 위치하고 있기 때문에 상술한 현상에 있어서의 공기의 유량 증대에 공헌한다. 이는 상술한 구조에 의해 블레이드 부재(21a) 통과시에 공간(55) 내의 공기를 배출시키는 효과가 크기 때문이라고 생각된다.
[내주벽부(52) 및 외주벽부(53)의 치수 관계와 풍량의 관계]
우선, 동일 회전수의 냉각팬(21)에 있어서 내주벽부(52)의 내측 피복률을 변화시켜 냉각팬(21)에 의한 공기 유량의 변화를 측정한 결과, 도 10에 나타내는 바와 같이, 내측 피복률 100%에서는 풍량이 적었다. 내측 피복률을 낮춰 가면 풍량은 서서히 많아져 갔다. 내측 피복률 60%~70% 정도에서 피크가 되고, 또한 내측 피복률을 낮춰 가면 풍량은 적어져 가며, 45% 미만, 85%를 초과하는 내측 피복률에서는 내측 피복률 100%인 경우와 거의 차가 나지 않게 되었다. 또한, 도 10에 있어서, 그래프의 세로축 눈금의 레인지는 10㎥/min이다.
이상으로부터, 내측 피복률이 45%~85%의 범위에서 충분한 풍량을 얻을 수 있다는 것을 알 수 있었다.
이어서, 내주벽부(52)의 공기 흐름방향 길이를 25㎜로 하고, 내측 피복률을 70%로 고정하며, 외주벽부(53)의 공기 흐름방향 길이를 변화시킴으로써 도 8에 있어서의 각도(α)를 변화시켰을 때의 풍량 변화를 측정한 결과를 도 11에 나타낸다. 또한, 도 11에 있어서의 실시예 1은 냉각팬(21)의 회전수를 1600min- 1(=rpm)으로 한 경우의 변화이고, 실시예 2는 냉각팬(21)의 회전수를 1800min- 1(=rpm)으로 한 경우의 변화이다.
또한, 세로축은 내주벽부(52), 외주벽부(53) 모두 공기 흐름방향 길이를 25㎜, 즉 각도(α)가 0도일 때의 풍량에 대한 풍량 증가율을 나타내고 있다.
도 11로부터 알 수 있는 바와 같이, 각도(α)가 30도 부근을 피크로 하여 풍량 증가율은 점자 줄어들어 간다. 각도(α)를 9도 이상, 45도 이하의 범위로 함으로써 냉각팬의 회전수를 변화시키는 일 없이 풍량을 증가시킬 수 있다. 또한, 본 실시 형태에서는 내측 피복률을 70%로 했지만, 다른 내측 피복률에 있어서도 마찬가지의 효과가 얻어진다.
[냉각 유닛(20)의 특징]
(1)
냉각 유닛(20)은 유압 셔블(1)에 이용되는 냉각 장치로서, 냉각팬(21)과, 냉각팬(21)의 외주측을 피복하는 슈라우드(40)와, 슈라우드(40)에 설치되어 냉각팬(21)의 외주부에 근접해서 배치된 내주벽부(52)를 갖는 공간(55)을 구비하고 있다. 공간(55)은 냉각팬(21)으로부터 배출되는 공기에 의해 부압을 발생시킴으로써 냉각팬(21)에 의한 공기의 유량을 증대시킨다. 냉각팬(21)의 외주 가장자리의 공기 흐름방향 하류측단은 내주벽부(52)의 공기 흐름방향 하류측단보다 더 공기 흐름방향 하류측에 위치하고 있다.
이 냉각 유닛(20)에서는 냉각팬(21)이 회전하여 공기가 흐르면 공간(55)이 부압을 발생시킴으로써 냉각팬(21)에 의한 공기의 유량이 증대한다. 구체적으로는, 공간(55) 내의 소정 점이 블레이드 부재(21a) 사이에 위치하면 거기에서 발생한 부압에 의해 공기가 흡입되고, 이어서 그 공기가 블레이드 부재(21a)에 의해 배출되는 현상이 발생하고 있다고 생각된다. 여기에서, 냉각팬(21)의 외주 가장자리의 공기 흐름방향 하류측단이 내주벽부(52)의 공기 흐름방향 하류측단보다 더 공기 흐름방향 하류측에 위치하고 있기 때문에 충분한 양의 공기가 공간(55)측에 공급되고, 그 공기와 공간(55)에서의 부압의 상승 효과에 의해 냉각팬(21)에 의한 공기의 유량이 증대한다. 그 결과, 쿨링 코어(30)의 주위에 흐르는 공기의 유량이 많아져서 쿨링 코어(30)의 라디에이터(31) 등의 엔진 냉각 성능이 향상된다.
(2)
냉각팬(21)의 외주 가장자리에 있어서 슈라우드(40) 및 내주벽부(52)에 의해 피복된 부분의 공기 흐름방향 길이와 냉각팬(21) 전체의 공기 흐름방향 길이의 비(백분율)를 내측 피복률로 하면 내측 피복률이 45~85%의 범위에 있다. 내측 피복률이 적절한 범위로 설정되어 있기 때문에 냉각팬(21)에 의한 공기의 유량이 충분히 많아진다. 따라서, 냉각팬(21)의 회전속도가 종래와 같아도 냉각 능력이 향상되고, 또는 냉각팬(21)의 회전속도를 낮춰도 종래와 같은 냉각 능력을 얻을 수 있다.
(3)
공간(55)은 구체적으로는 링부(51)에 의해 구성되어 있다. 링부(51)는 냉각팬(21)의 외주부에 근접해서 배치된 내주벽부(52)와, 내주벽부(52)보다 공기 흐름방향 하류측으로 길게 연장되는 외주벽부(53)를 갖는다. 냉각팬(21)의 외주 가장자리의 공기 흐름방향 하류측단은 내주벽부(52)의 공기 흐름방향 하류측단보다 더 공기 흐름방향 하류측에 위치하고 있다. 냉각팬(21)이 회전하여 공기가 흐르면 링부(51)의 내주벽부(52)와 외주벽부(53) 사이의 공간(55)에 부압이 발생함으로써, 상술한 바와 같이, 냉각팬(21)으로부터의 공기의 유량이 증대한다.
(4)
링부(51)는 슈라우드(40)와는 다른 부재로 이루어진다. 링부(51)는 슈라우드(40)에 대하여 장착 가능하기 때문에 슈라우드(40)나 냉각팬(21)의 구조에 맞춰 적절한 링부(51)를 선택 가능하다.
(5)
링부(51)는 내주벽부(52)와 외주벽부(53)를 연결하는 환상의 저부(54)를 갖는다. 링부(51)가 내주벽부(52)와 외주벽부(53)와 저부(54)로 이루어지는 일체의 부재이기 때문에 링부(51)의 제조·관리가 용이하다.
(6)
내주벽부(52) 및 외주벽부(53)는 공기 흐름방향에 평행하게 연장되는 통형상 부분이다. 그 때문에, 링부(51)의 제작이 용이하다.
(7)
유압 셔블 등의 건설 기계에 탑재되어 있는 엔진(6a)에 의해 냉각팬(21)을 회전 구동시킨다. 이렇게 엔진(6a)의 회전을 냉각팬(21)의 회전 구동에 이용할 수 있기 때문에 구성을 간소화할 수 있다.
[제 2 실시 형태]
상기 실시 형태에서는 내주벽부 및 외주벽부를 냉각팬(21)을 둘러싸는 환상의 링부(51)로 하여 구성하고 있었다.
이에 대하여, 제 2 실시 형태에 의한 냉각 장치에서는, 도 12에 나타내는 바와 같이, 상기 연속하는 링부(51) 대신 복수의 벽부 구성 부재(112)를 설치했다. 구체적으로는, 벽부 구성 부재(112)를 냉각팬(21)의 회전축 둘레에 상기 냉각팬(21)을 둘러싸도록 조합시키고 있는 점이 상위하다.
각 벽부 구성 부재(112)는, 제 1 실시 형태의 도 8과 마찬가지로, 내주벽부(52) 및 외주벽부(53)가 형성되어 있고, 냉각팬(21)의 공기 흐름방향 하류측단은 내주벽부(52)의 공기 흐름방향 하류측단보다 공기 흐름방향 하류측에 위치하고 있다.
내측 피복률은, 제 1 실시 형태와 마찬가지로, 45%~85%로 되어 있고, 보다 바람직하게는 60%~70%로 하는 것이 좋다.
이러한 벽부 구성 부재(112)를 슈라우드의 케이스부(41)의 외면에 있어서 냉각팬(21)의 회전축 둘레에 볼트나 접착제 또는 용접 등에 의해 고정한다.
또한, 인접하는 벽부 구성 부재(112) 사이에는 약간의 간극이 형성되지만, 각 벽부 구성 부재(112)의 내주벽부(52) 및 외주벽부(53)가 냉각팬(21)의 외주부의 대략 전부를 둘러싸도록 되기 때문에 냉각 효율의 향상이라는 제 1 실시 형태에서 서술한 효과가 손상되는 일은 거의 없다. 또한, 보다 확실하게 효과를 향수하려면, 벽부 구성 부재(112)의 케이스부(41)의 고정 후 인접하는 벽부 구성 부재(112) 사이에 형성된 간극을 조인트 부재나 퍼티, 용접 등에 의해 메워버리면 된다.
또한, 벽부 구성 부재의 수도 도 12의 경우에는 4개였지만, 이에 한정되지 않고 2개 내지 6개 정도여도 된다.
이러한 제 2 실시 형태에 의하면, 대형 건설 기계 등에서 이용되는 대형 냉각팬(21)을 구비한 냉각 장치여도 냉각팬(21)의 주위에 대략 전체 둘레에 걸쳐 내주벽부(52) 및 외주벽부(53)를 형성할 수 있다.
[기타 실시 형태]
이상, 본 발명의 일 실시 형태에 대해서 설명했지만, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되는 것이 아니고 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양한 변경이 가능하다.
(A)
상기 제 1 실시 형태에서는 링부(51)는 환상의 단독 부재로서 구성되어 있었지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니다. 즉, 복수의 부재를 조합시킴으로써 내주벽부와 외주벽부가 환상으로 연속하는 링부를 형성해도 좋다. 예를 들면, 도 13에 나타내는 바와 같이, 내주벽부(52)와 외주벽부(53)를 갖는 2개의 반환상 부재(113)의 단부끼리를 조합시킴으로써 연속하는 링부를 형성할 수도 있다.
(B)
상기 실시 형태에서는 내주벽부와 외주벽부는 공기 흐름방향에 평행하게 연장되는 부분으로 해서 설명했다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.
예를 들면, 도 14에 나타내는 링부(61)는 내주벽부(62)와 외주벽부(63)와 저부(64)를 갖고 있다. 내주벽부(62)는 케이스부(41)의 개구 가장자리에 위치하고 있다. 외주벽부(63)는 내주벽부(62)보다 반경 방향 외측에 배치되어 있고, 양자 사이에는 환상의 공간(65)이 확보되어 있다. 내주벽부(62)와 외주벽부(63)는 동심으로 배치되어 있고, 각각이 공기 흐름방향 하류측으로 감에 따라 지름이 커지는 나팔 형상(아래쪽이 넓어지는 형상)을 갖고 있다. 또한, 내주벽부 및 외주벽부 중 한쪽만이 나팔 형상이어도 좋다.
이 실시 형태에서도 상기 실시 형태와 마찬가지의 효과가 얻어진다.
(C)
예를 들면, 도 15에 나타내는 링부(71)는 내주벽부(72)와 외주벽부(73)와 저부(74)를 갖고 있다. 내주벽부(72)는 케이스부(41)의 개구 가장자리에 위치하고 있다. 외주벽부(73)는 내주벽부(72)보다 반경 방향 외측에 배치되어 있고, 양자 사이에는 환상의 공간(75)이 확보되어 있다. 내주벽부(72)와 외주벽부(73)는 동심으로 배치되어 있고, 각각이 공기 흐름방향에 평행하게 연장되어 있다. 보다 상세하게는, 내주벽부(72)의 선단에는 테이퍼부(72a)가 형성되어 있다. 외주벽부(73)의 선단에는 테이퍼부(73a)가 형성되어 있다. 테이퍼부(72a, 73a)는 공기 흐름방향 하류측으로 감에 따라 지름이 커져 간다. 또한, 내주벽부 및 외주벽부 중 한쪽만이 테이퍼부를 갖고 있어도 좋다.
이 실시 형태에서도 상기 실시 형태와 마찬가지의 효과가 얻어진다.
(D)
상기 실시 형태에서는 내주벽부와 외주벽부는 일체의 부재로 해서 설명했다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.
예를 들면, 도 16에 나타내는 링부(81)는 내주벽부(82)와 외주벽부(83)의 2개의 부재로 구성되어 있다. 내주벽부(82)와 외주벽부(83) 사이에는 환상의 공간(85)이 확보되어 있다. 내주벽부(82)는 통형상부(82a)와 고정부(82b)로 구성되어 있다. 고정부(82b)는 볼트나 용접 등의 수단에 의해 케이스부(41)에 고정되어 있다. 외주벽부(83)는 통형상부(83a)와 고정부(83b)로 구성되어 있다. 고정부(83b)는 볼트나 용접 등의 수단에 의해 슈라우드(40)의 케이스부(41)에 고정되어 있다.
이 실시 형태에서도 상기 실시 형태와 마찬가지의 효과가 얻어진다.
(E)
상기 실시 형태에서는 내주벽부와 외주벽부는 슈라우드와는 다른 부재라고 설명했다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.
예를 들면, 도 17에 나타내는 링부(91)는 케이스부(41)의 내주 가장자리를 절곡하여 형성한 내주벽부(92)와, 외주벽부(93)로 구성되어 있다. 내주벽부(92)와 외주벽부(93) 사이에는 환상의 공간(95)이 확보되어 있다. 외주벽부(93)는 통형상부(93a)와 고정부(93b)로 구성되어 있다. 고정부(93b)는 볼트나 용접 등의 수단에 의해 슈라우드(40)의 케이스부(41)에 고정되어 있다.
이 실시 형태에서도 상기 실시 형태와 마찬가지의 효과가 얻어진다.
(F)
또한, 본 발명에서는 링부를 슈라우드에 일체 형성하는 것도 가능하다. 즉, 도 18에 나타내는 바와 같이, 링부(101)는 슈라우드의 케이스부(41)에 일체 형성되어 있고, 케이스부(41)의 내주 가장자리에는 내주벽부(102)가 형성되며, 케이스부(41)의 외면에는 외주벽부(103)가 형성되고, 내주벽부(102) 및 외주벽부(103) 사이에는 부압을 발생시키는 공간(105)이 형성된다.
이러한 실시 형태는 슈라우드의 케이스부(41) 및 링부(101)를 수지제로 하여 사출 성형 등에 의해 형성할 수 있다. 이러한 슈라우드는 어느 정도의 내구성을 확보할 수 있으면 되는 소형의 건설 기계에 바람직하게 채용할 수 있다.
이러한 실시 형태에서는 상기 실시 형태와 마찬가지의 효과가 있고, 또한 부품수의 저감에 의한 조립 작업의 부하 경감, 건설 기계의 경량화를 도모할 수 있다.
(G)
상기 실시 형태에서는, 도 4에 나타내는 바와 같이, 엔진(6a) 직결에 의해 냉각팬(21)을 회전 구동시키는 구성을 예로서 들어 설명했다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니다.
예를 들면, 라디에이터 등의 쿨링 코어의 근방에 배치된 유압 구동 모터에 의해 냉각팬이 회전 구동되는 구성이어도 좋다.
이러한 경우에는 엔진 직결에 의해 회전 구동되는 냉각팬에 비해 엔진의 진동에 의한 영향을 거의 무시하고 설계할 수 있기 때문에 냉각팬(21)과 슈라우드(40)에 설치된 링부(51)의 내주벽부(52) 사이의 간극(G)을 최소한으로 할 수 있다. 이 결과, 슈라우드(40) 부근에 있어서의 공기의 흐름이 보다 윤활해져 쿨링 코어의 냉각 효율의 향상 등의 효과를 얻을 수 있다.
또한, 전동 모터에 의해 냉각팬이 회전 구동되는 구성이어도 좋다.
(H)
상기 실시 형태에서는, 도 4에 나타내는 바와 같이, 공기가 흐르는 방향에 있어서 쿨링 코어(30)의 하류측에 냉각팬(21)을 배치한 이른바 흡기형의 냉각 유닛(20)을 예로서 들어 설명했다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니다.
예를 들면, 도 19에 나타내는 바와 같이, 라디에이터 등의 쿨링 코어(30)에 대하여 냉각팬(21)에 의해 엔진(6a)측으로부터 공기를 보내는 이른바 분출형의 냉각 유닛(20)에 대하여 본 발명을 적용시키는 것도 가능하다.
즉, 분출형의 냉각 유닛(20)이어도 슈라우드(40)의 내부에 링부(51)를 형성함으로써 상술한 제 1 실시 형태와 마찬가지의 작용에 의해 풍량이 증가하고, 쿨링 코어(30)를 효율적으로 냉각시키는 것이 가능해진다.
(I)
상기 실시 형태에서는, 도 6 등에 나타내는 바와 같이, 냉각팬(21)으로서 축류팬을 이용한 예를 들어 설명했다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니다.
예를 들면, 시로코팬, 경사 축류팬 등의 타종류의 송풍팬을 이용하여 냉각 유닛을 구성해도 좋다.
(J)
상기 실시 형태에서는 쿨링 코어(30)를 구성하는 열교환기로서 라디에이터(31), 오일쿨러(32) 및 애프터쿨러(33)를 이용한 예를 들어 설명했다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니다.
예를 들면, 본 발명에 의한 냉각팬에 대향 배치되는 쿨링 코어로서는 라디에이터만이어도 좋고, 다른 열교환기나 이들의 조합이어도 좋다.
(K)
상기 실시 형태에서는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 냉각팬(21)의 슈라우드(40)가 적용되는 건설 기계로서 유압 셔블(1)을 예로서 들어 설명했다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니다.
예를 들면, 유압 셔블 이외에도 휠로더(wheel loader) 등의 다른 건설 기계나, 포크리프트 등의 작업 기계에 대해서도 마찬가지로 적용은 가능하다.
(L)
상술한 실시 형태는 단독으로 채용해도 좋고, 조합시켜 채용해도 좋다.
(산업상 이용가능성)
본 발명에 의한 냉각 장치 및 이것을 구비한 건설 기계 또는 작업 기계는 냉각팬의 회전속도를 높이는 일 없이 냉각팬으로부터의 공기의 유량을 충분히 많게 할 수 있다는 효과를 나타내기 때문에 냉각팬을 탑재한 각종 작업 기계에 대하여 널리 적용 가능하다.
1 … 유압 셔블 2 … 하부 주행체
3 … 선회대 4 … 작업기
5 … 카운터웨이트 6 … 엔진 룸
6a … 엔진 9 … 기기실
10 … 캡 11 … 붐
11a, 12a, 13a … 유압 실린더 12 … 암
13 … 버킷 14 … 엔진 후드
14a … 손잡이 20 … 냉각 유닛
21 … 냉각팬 21a … 블레이드 부재
30 … 쿨링 코어 31 … 라디에이터
32 … 오일쿨러 33 … 애프터쿨러
35 … 에어 클리너 40 … 슈라우드
41 … 케이스부 51 … 링부
52 … 내주벽부 53 … 외주벽부
54 … 저부 55 … 공간
61 … 링부 62 … 내주벽부
63 … 외주벽부 64 … 저부
65 … 공간 71 … 링부
72 … 내주벽부 72a, 73a … 테이퍼부
73 … 외주벽부 74 … 저부
75 … 공간 81 … 링부
82 … 내주벽부 82a … 통형상부
82b … 고정부 83 … 외주벽부
83a … 통형상부 83b … 고정부
85 … 공간 91 … 링부
92 … 내주벽부 93 … 외주벽부
93a … 통형상부 93b … 고정부
95 … 공간 101 … 링부
102 … 내주벽부 103 … 외주벽부
105 … 공간 P … 크롤러
112 … 벽부 구성 부재 113 … 반환상 부재

Claims (10)

  1. 냉각팬과,
    상기 냉각팬의 외주측에 설치된 슈라우드와,
    상기 슈라우드에 설치되어, 상기 냉각팬의 외주부에 근접해서 배치된 내주벽부와, 상기 내주벽부를 둘러싸도록 설치되고 공기 흐름방향 하류측단이 상기 내주벽부의 공기 흐름방향 하류측단보다 공기 흐름방향 하류측에 위치하는 외주벽부를 구비하고,
    상기 냉각팬의 외주 가장자리의 공기 흐름방향 하류측단은 상기 내주벽부의 공기 흐름방향 하류측단보다 더 공기 흐름방향 하류측에 위치하고,
    상기 외주벽부의 공기 흐름방향 하류측단은 상기 냉각팬의 공기 흐름방향 하류측단보다 상류측에 있고,
    상기 내주벽부 및 상기 외주벽부의 공기 흐름방향을 따른 단면에 있어서의 상기 내주벽부의 공기 흐름방향 하류측단 및 상기 외주벽부의 공기 흐름방향 하류측단을 연결하는 선과, 공기 흐름방향에 직교하는 선이 이루는 각의 각도가 9도 이상, 45도 이하로 되어 있는 것인 냉각 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 내주벽부 및 상기 외주벽부 중 적어도 어느 하나는 상기 냉각팬의 회전축 둘레에 연속하는 링부인 것을 특징으로 하는 냉각 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉각팬 외주 가장자리에 있어서의 상기 슈라우드 및 상기 내주벽부에 의해 피복된 부분의 공기 흐름방향 길이와, 상기 냉각팬의 공기 흐름방향 최대 길이의 비를 내측 피복률로 하면, 상기 내측 피복률은 45%~85%의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 냉각 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 내주벽부 및 상기 외주벽부 중 적어도 어느 하나는 상기 슈라우드와 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 냉각 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 내주벽부 및 상기 외주벽부 중 적어도 어느 하나는 상기 슈라우드와는 다른 부재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 냉각 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 내주벽부와 상기 외주벽부를 연결하는 환상의 저부를 갖는 것을 특징으로 하는 냉각 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 내주벽부 및 상기 외주벽부 중 적어도 어느 하나는 공기 흐름방향에 평행하게 연장되는 통부를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 냉각 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 내주벽부 및 상기 외주벽부 중 적어도 어느 하나는 공기 흐름방향 하류측으로 감에 따라 내경이 커지는 확경부를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 냉각 장치.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 기재된 냉각 장치를 구비한 것을 특징으로 하는 건설 기계.
  10. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 기재된 냉각 장치를 구비한 것을 특징으로 하는 작업 기계.
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