KR20120130086A

KR20120130086A - 건설 기계의 냉각 구조

Info

Publication number: KR20120130086A
Application number: KR1020127018207A
Authority: KR
Inventors: 다카유키 아타라시; 슈이치 데라카도; 시게히사 후나바시; 신야 오쿠무라; 시게카즈 기에다; 야스노리 오타
Original assignee: 히다치 겡키 가부시키 가이샤
Priority date: 2010-01-19
Filing date: 2011-01-07
Publication date: 2012-11-28
Also published as: CN102725454B; CN102725454A; KR101783360B1; JP2011149157A; EP2527540A4; US20120285757A1; JP5113198B2; EP2527540B1; EP2527540A1; US8540042B2; WO2011089934A1

Abstract

배터리에서 발생하는 열을 양호한 효율로 배출할 수 있고, 엔진실의 배기를 배터리에 흡입하지 않는 건설 기계의 냉각 구조를 제공한다.
엔진(4)과, 그 엔진(4)을 냉각하기 위한 방열기(11)와, 유압 펌프(7)를 배치한 엔진실(5)과, 그 엔진실(5)에 인접하여 배터리(27)를 탑재한 카운터 웨이트 에리어(6)를 구비한 건설 기계의 냉각 구조로서, 상기 엔진실(5)을 냉각하기 위한 통풍 유로(23)와 상기 배터리(27)를 냉각하기 위한 통풍 유로(34)가 개별적으로 독립하여 대략 동일한 방향으로 형성되고, 상기 엔진실(5)을 냉각하기 위한 통풍 유로(23)를 흐르는 냉각풍의 유통 방향과, 상기 배터리(27)를 냉각하기 위한 통풍 유로(34)를 흐르는 냉각풍의 유통 방향이 대략 평행한 것을 특징으로 한다.

Description

건설 기계의 냉각 구조{COOLING STRUCTURE FOR CONSTRUCTION MACHINE}

본 발명은, 엔진실과 카운터 웨이트 에리어를 구비하고, 그 카운터 웨이트 에리어에 탑재하는 카운터 웨이트로서 배터리를 사용하는 건설 기계에 관한 것으로, 특히 배터리에서 발생하는 열을 양호한 효율로 배출할 수 있고, 동시에, 엔진실의 배기를 카운터 웨이트 에리어 측으로 흡입하지 않는 건설 기계의 냉각 구조에 관한 것이다.

최근, 지구 환경의 보전을 목적으로 하여, 자동차에 있어서는 하이브리드 구동 방식이 각 회사에서 판매되고 있고, 건설 기계에 있어서도, 연비의 저감이나 CO₂ 배출량의 저감을 목적으로, 엔진과 전동 모터를 조합시킨 하이브리드 구동 방식이나, 배터리만으로 구동하는 배터리 구동 방식의 건설 기계가 개발되고 있다.

하이브리드 구동 방식의 건설 기계의 축전 디바이스로서는, 순시(瞬時)에 대전력을 공급할 수 있지만 축전 용량이 작은 커패시터 등을 사용하는 경우와, 순시에 대전력을 공급할 수는 없지만 축전 용량이 큰 납 배터리나 리튬 배터리 등을 사용하는 경우, 또한 양자를 병용하는 경우 등을 생각할 수 있다. 일반적으로 이들 축전 디바이스는 내열 온도가 낮고, 비교적 저온의 공기에 의한 충분한 냉각을 필요로 하는 경우가 많다. 특히, 납 배터리는 내열 온도가 낮고, 충분한 통풍 냉각이 필요하다.

또, 이들 축전 디바이스는, 일반적으로 중량이 무거운 경우가 많고, 또 실장 체적도 큰 경우가 많기 때문에, 차체로의 탑재 장소로서, 차체 후단(後端)부의 카운터 웨이트 에리어로 하는 예가, 예를 들면, 특허문헌 1, 2에 기재되어 있다.

특허문헌 1의 일본 특허 공개 제2007-224585호 공보에는, 배터리 구동 방식의 건설 기계에 관하여, 최후부(最後部)의 카운터 웨이트 에리어에 배터리를 탑재하고, 배터리를 팬으로 냉각하는 예, 및 카운터 웨이트 에리어에 중량물인 배터리를 탑재함으로써, 붐과 중량 밸런스를 잡는 카운터 웨이트의 역할을 배터리가 겸하는 것이 기재되어 있다.

단, 이 발명에서는, 냉각풍을 외기로부터 직접 도입하는 것이 아니라, 오일쿨러를 냉각한 후의 공기를 배터리 냉각용 팬으로 유도하고, 그것에 의해 배터리의 냉각이 행하여지고 있다. 이 냉각 구조에서는, 배터리의 탑재 수가 많은 경우, 또는 배터리의 발열량이 큰 경우, 또는 배터리의 내열 온도가 낮은 경우에는, 배터리에 공급되는 냉각풍의 온도가 외기에 비하여 상승하여, 배터리의 냉각 성능이 저하된다는 과제가 있다.

또, 특허문헌 2의 일본 특허 공개 제2003-328392호 공보에는, 하이브리드 구동 방식에 있어서의 건설 기계의 기기 배치 구조가 기재되어 있다. 여기서는, 배터리를 카운터 웨이트 에리어 내부에 배치하고, 이 배터리를 커버로 덮은 구조가 기재되어 있지만, 배터리 그 자체에 대한 냉각 구조에 대해서는 배려되어 있지 않다.

따라서, 이 배터리 탑재 구조에서는, 배터리의 탑재 수가 많은 경우, 또는 배터리의 발열량이 큰 경우에는, 배터리 주위의 공기 온도가 상승하여, 배터리의 냉각 성능이 현저하게 악화된다는 과제가 있다.

일본 특허 공개 제2007-224585호 공보 일본 특허 공개 제2003-328392호 공보

건설 기계, 특히 유압 셔블을 대상으로 한 하이브리드 구동 방식을 생각하면, 플러그인 방식으로 야간 충전이 가능한 납 배터리나 리튬 이온 배터리, 니켈-수소 배터리 등을 다수 선회체 내에 탑재하여, 연비의 저감이나 CO₂ 배출량의 저감을 행하는 것이 상정된다. 하이브리드 구동 방식의 경우, 종래의 엔진이나 유압 펌프, 엔진 냉각용 방열기 등에 더하여, 하이브리드용의 전동 기기를 추가로 탑재하게 되고, 선회체 내부로의 전동 기기의 배치가 큰 과제가 된다. 특히, 배터리는 중량이 큰 경우가 많고, 또 플러그인에 의한 연비 저감의 메리트를 얻기 위하여 배터리는 다수 탑재하는 것이 필요하여, 실장 체적도 커진다. 그 때문에, 차체로의 배터리의 탑재 장소로서는, 차체 후단부의 카운터 웨이트 에리어로 하는 것이 적합하다.

그러나, 이들 납 배터리나 리튬 이온 배터리, 니켈-수소 배터리 등은, 일반적으로 내열 온도가 낮고, 발열량 자체는 비교적 작음에도 불구하고, 특별한 냉각을 필요로 하는 경우가 많다. 그 때문에, 카운터 웨이트 에리어에 탑재된 다수의 배터리를, 효율적으로 냉각하는 것이 과제가 된다. 특히, 카운터 웨이트 에리어에 인접한 전방에는, 엔진실이 있기 때문에, 내열 온도가 낮은 배터리의 냉각을 고려하면, 엔진실을 통풍 냉각한 후의 온도 상승한 배기를, 배터리 냉각을 위한 냉각풍으로서 흡입하지 않도록 하는 것이 중요한 과제가 된다.

또, 배터리의 냉각에는 엔진실의 냉각 유로와는 독립된 전용의 냉각 유로가 필요하고, 외기가 저온인 채로 직접 배터리에 공급되도록 유로를 구성함으로써, 배터리의 냉각 성능을 향상시키는 것이 과제가 된다.

또, 상기 배터리의 냉각 유로 내에는, 흐름 방향을 따라 배터리가 다수단 탑재되기 때문에 냉각풍의 통풍 저항이 커지고, 흡기구로부터 배기구까지의 유로에 있어서는, 배터리의 냉각 성능을 확보하기 위하여, 누풍(air leakage)의 방지나 공기 유입의 방지를 하는 것이 과제가 된다.

또, 카운터 웨이트 에리어는 원호 형상으로 만곡된 공간이며, 또한 상하 방향으로도 큰 공간이 있기 때문에, 배터리의 탑재 밀도를 높이기 위해서는, 반드시 규칙적인 탑재 상태가 되어야 하는 것은 아니고, 불규칙한 배터리의 탑재 상태가 된 경우에는, 각 배터리에 균일한 냉각풍을 공급할 수 있도록 냉각풍의 흐름을 제어해야 한다는 과제가 있다.

또, 배터리 냉각용의 흡기구와 배기구는, 카운터 웨이트 구조체에 개구부로서 구성하기 때문에, 카운터 웨이트 구조체의 강도 확보의 제약 등의 점에서, 그다지 큰 개구부를 준비할 수 없는 경우가 많다. 그 때문에, 배터리의 통풍 단면의 크기와 비교하여, 흡기구와 배기구의 크기가 작고, 배터리의 통풍 단면에 흡기구로부터의 냉각풍을 충분하게 넓혀서 공급해야 한다는 과제가 있다.

또, 건설 기계는 옥외에서 사용하는 경우가 대부분이기 때문에, 여름철의 염천(炎天) 하에 있어서는, 태양열의 배터리 탑재 에리어로의 침입을 저지하는 것이 과제가 된다.

본 발명은, 상기 종래 기술의 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 카운터 웨이트 에리어에 탑재된 다수의 배터리를 효율적으로 냉각할 수 있는 건설 기계의 냉각 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제1 수단은, 엔진과, 그 엔진을 냉각하기 위한 방열기와, 유압 펌프를 탑재한 엔진실과,

내부에 배터리를 탑재한 카운터 웨이트 에리어를 가지는 건설 기계의 냉각 구조로서,

상기 엔진실을 냉각하기 위한 통풍 유로와 상기 배터리를 냉각하기 위한 통풍 유로가 개별적으로 독립하여 형성되고,

상기 엔진실을 냉각하기 위한 통풍 유로의 배기구와, 상기 배터리를 냉각하기 위한 통풍 유로의 흡기구가 다른 면에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명의 제2 수단은 상기 제1 수단에 있어서,

상기 다른 면이, 당해 건설 기계의 서로 반대측의 측면인 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명의 제3 수단은, 엔진과, 그 엔진을 냉각하기 위한 방열기와, 유압 펌프를 탑재한 엔진실과,

상기 엔진실을 냉각하기 위한 통풍 유로를 흐르는 냉각풍의 유통 방향과, 상기 배터리를 냉각하기 위한 통풍 유로를 흐르는 냉각풍의 유통 방향이 대략 동일한 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명의 제4 수단은, 엔진과, 그 엔진을 냉각하기 위한 방열기와, 유압 펌프를 탑재한 엔진실과,

상기 엔진실을 냉각하기 위한 통풍 유로의 흡기구와, 상기 배터리를 냉각하기 위한 통풍 유로의 흡기구가, 당해 건설 기계의 동일 측면에 형성되며,

상기 엔진실을 냉각하기 위한 통풍 유로의 배기구와, 상기 배터리를 냉각하기 위한 통풍 유로의 배기구가, 상기 흡기구를 형성한 측면과는 반대측의 당해 건설 기계의 동일 측면에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명의 제5 수단은 상기 제1 내지 제4 중 어느 수단에 있어서,

상기 배터리를 냉각하기 위한 통풍 유로의 냉각풍 흐름 방향 하류부에, 상기 배터리의 냉각풍을 발생시키는 송풍기를 설치한 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명의 제6 수단은 상기 제1 내지 제4 중 어느 수단에 있어서,

상기 배터리를 냉각하기 위한 통풍 유로의 냉각풍 흐름 방향 중간 부분에, 상기 배터리의 냉각풍을 발생시키는 송풍기를 설치한 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명의 제7 수단은 상기 제1 내지 제6 중 어느 수단에 있어서,

상기 카운터 웨이트 에리어 내에, 상기 배터리를 냉각하기 위한 냉각풍의 흡기구와 배기구를 연결하고, 상기 배터리를 냉각하기 위한 통풍 유로를 형성하는 통풍 덕트를 설치하며,

그 통풍 덕트 내에 상기 배터리를 탑재한 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명의 제8 수단은 상기 제1 내지 제7 중 어느 수단에 있어서,

상기 배터리를 냉각하기 위한 통풍 유로 내에, 상기 냉각풍의 흐름을 안내 하기 위한 예를 들면 후술하는 에어 스캐터링(air scattering) 저항판, 도풍(導風) 가이드판 또는 더미 저항체 등의 가이드 수단을 설치한 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명의 제9 수단은 상기 제1 내지 제8 중 어느 수단에 있어서,

상기 배터리를 냉각하기 위한 통풍 유로에 단열재를 설치한 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명의 제10 수단은 상기 제1 내지 제9 중 어느 수단에 있어서,

상기 배터리를 냉각하기 위한 통풍 유로를 흐르는 냉각풍의 흐름 방향을 따라 상기 배터리가 냉각풍 유통용의 간극을 두고 탑재되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명의 제11 수단은 상기 제1 내지 제10 중 어느 수단에 있어서,

상기 배터리를 냉각하기 위한 통풍 유로를 흐르는 냉각풍의 흐름 방향과 직교하는 방향을 따라 상기 배터리가 냉각풍 유통용의 간극을 두고 탑재되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명의 제12 수단은 상기 제1 내지 제11 중 어느 수단에 있어서,

상기 카운터 웨이트 에리어 내에 선반판이 복수단 설치되고, 각 선반판 위에 상기 배터리가 고정되며, 상기 배터리와 그 상측의 선반판 사이에 냉각풍 유통용의 간극이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명의 제13 수단은 상기 제1 내지 제12 중 어느 수단에 있어서,

상기 배터리가 납 배터리, 리튬 이온 배터리, 니켈-수소 배터리 그룹에서 선택된 배터리인 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명은 상기 서술한 바와 같은 구성으로 되어 있고, 카운터 웨이트 에리어에 탑재된 다수의 배터리를 효율적으로 냉각하는 것이 가능한 건설 기계의 냉각 구조를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관련된 선회체의 상면 단면도이다.
도 2는 그 선회체의 (a) 좌측면도와 (b) 우측면도이다.
도 3은 그 선회체의 좌단면도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시 형태에 관련된 선회체의 우측면도이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시 형태에 관련된 카운터 웨이트 에리어의 상면 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제4 실시 형태에 관련된 카운터 웨이트 에리어의 상면 단면도이다.

하이브리드 구동 방식의 건설 기계, 특히 유압 셔블에 있어서, 야간 등의 유압 셔블을 사용하지 않는 시간대에, 외부의 상용 전원 등으로부터 전력을 받아, 납 배터리나 리튬 이온 배터리, 니켈-수소 배터리 등에 충전하고, 유압 셔블의 사용시에 배터리의 충전 전력을 축차(逐次)로 사용하여 모터를 구동하는, 소위 플러그인 하이브리드 구동 방식을 채용하는 것을 생각할 수 있다. 그에 따라, 플러그인 방식이 아닌 통상적인 하이브리드 방식에 비하여, 연비의 저감이나 CO₂ 배출량의 저감을 더욱 도모하는 것이 가능한 점에서, 본 발명은 특히 플러그인 하이브리드 구동 방식의 건설 기계에 바람직하다.

이하, 본 발명의 실시 형태에 대하여, 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1?도 3은 본 발명의 제1 실시 형태에 관련된 유압 셔블 등의 건설 기계(선회체)의 냉각 구조를 나타내는 도면으로, 도 1은 그 선회체의 상면 단면도, 도 2(a)는 그 선회체의 좌측면도, 도 2(b)는 그 선회체의 우측면도, 도 3은 그 선회체의 좌단면도이다.

본 실시 형태에서는, 플러그인 하이브리드 구동 방식의 유압 셔블의 선회체 후반부에 대하여, 배터리나 그 밖의 기기의 냉각 구조를 나타내고 있다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 선회체(1)의 대략 중앙 위치에 전기에 의해 선회력을 발생시키는 선회 모터(2)가 탑재되어 있고, 이 선회 모터(2)의 중심축(3)의 주위를 선회체(1)는 회전 동작한다. 선회체(1)에는, 엔진(4)을 비롯하여 많은 유압 기기나 전동 기기가 탑재되어 있는 엔진실(5)과, 그 엔진실(5)에 인접한 차체 후단부에 카운터 웨이트 에리어(6)가 설치되어 있다.

엔진실(5)에는, 그 중앙부에 배치된 디젤식 등의 엔진(4)과, 그 도면을 향하여 우측에 붐 등을 동작시키기 위한 유압 펌프(7)와, 엔진(4)과 유압 펌프(7)의 사이에 배치되어, 엔진(4)의 동작을 어시스트하고, 또한 유압 펌프(7)를 구동하는 어시스트 모터(8)가 탑재되어 있다. 또한, 선회 모터(2)를 구동하기 위한 인버터(9)와, 선회 모터(2)의 전력을 회생하여 축적하고, 그 후 순시에 방출하기 위한 커패시터(10)와, 엔진(4)의 수냉을 위한 엔진용 라디에이터(11)와, 송풍팬(12)과, 냉각수 펌프(13)(P1) 등이 탑재되어 있다.

엔진(4)에서 발생한 열은, 냉각수 펌프(13)(P1) 및 냉각수 배관(14)에 의해 순환하는 냉각수에 의해 흡수되어서, 엔진용 라디에이터(11)로 열수송된다. 엔진용 라디에이터(11)로 보내진 냉각수는, 송풍팬(12)에 의해 도면을 항하여 좌측으로부터 공급되는 공기류로 냉각된다. 냉각수는, 예를 들면, 에틸렌글리콜이나 프로필렌글리콜 등의 부동액을 50% 정도 혼합한 것으로, 동절기 등의 저온 하에 두어도 동결되지 않는다.

송풍팬(12)과 엔진용 라디에이터(11)의 사이에 격벽(15)을 배치하여, 송풍팬(12)과 엔진용 라디에이터(11) 사이에서 공기류의 누설에 의한 흡입이 발생하기 어렵도록 하고 있다. 엔진용 라디에이터(11) 내에서 냉각된 냉각수는, 냉각수 펌프(13)(P1)로 가압된 후에, 어시스트 모터(8)를 냉각하고, 냉각수 배관(16)을 통하여 다시 엔진(4)으로 공급된다.

한편, 선회 모터(2), 인버터(9), 커패시터(10)도, 엔진 냉각수와 동일한 부동액을 혼합한 냉각수에 의해 수냉되어 있지만, 커패시터(10)나 인버터(9)의 내열 온도가 엔진(4)보다 낮기 때문에, 엔진의 냉각수와는 다른 독립된 수냉계를 구성하고 있다.

이 전동 기기의 수냉계에서 가장 내열 온도가 낮은 커패시터(10)에, 냉각수 펌프(17)(P2)로 가압된 냉각수가, 냉각수 배관(18)을 통하여 공급된다. 냉각수는, 커패시터(10)를 수냉한 후에, 인버터(9), 선회 모터(2)를 순차 수냉하고, 마지막으로 냉각수 배관(19)을 통하여 전동 기기 전용 라디에이터(20)로 유입된다. 전동 기기 전용 라디에이터(20)는, 엔진용 라디에이터(11)의 상류측에 설치되고, 송풍팬(12)에 의해 발생되고 있는 냉각풍을 이용하여 방열하고 있다.

이와 같이, 엔진실(5)에 배치되어 있는 엔진(4), 어시스트 모터(8), 선회 모터(2), 인버터(9), 커패시터(10) 등으로부터 발생하는 열은, 엔진용 라디에이터(11)와 전동 기기 전용 라디에이터(20)에 의해, 일괄하여 방열되는 구조로 되어 있다.

엔진실(5) 내의 두 개의 라디에이터(11, 20)를 냉각하기 위한 공기류는, 엔진실(5)의 좌측면에 설치된 흡기구(21)로부터 흡기(22)하고, 전동 기기 전용 라디에이터(20), 엔진용 라디에이터(11), 송풍팬(12), 엔진(4), 어시스트 모터(8), 유압 펌프(7) 순으로 통풍 유로(23) 안을 흘러서 각 기기를 냉각하고, 엔진실(5)의 우측면에 설치된 배기구(24)로부터 외부로 배기(25)된다.

플러그인에 의해 상용 전원을 사용하여 야간에 충전하는 것이 가능한 배터리, 예를 들면, 납 배터리나 리튬 이온 배터리, 니켈-수소 배터리는, 다른 탑재 부품에 비하여 중량이 무거운 경우가 많고, 또 플러그인에 의한 연비 저감의 메리트를 얻기 위해, 배터리는 다수 개 탑재하는 것이 필요하여, 실장 체적도 커진다. 그 때문에 선회체(1)로의 배터리의 탑재 장소로서는, 차체 후단부의 카운터 웨이트 에리어(6)로 하는 것이 적합하다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 카운터 웨이트 구조벽(26)에 의해 둘러싸인 카운터 웨이트 에리어(6) 내에, 직방체의 납 배터리(27)가 다수 탑재되어 있다. 납 배터리(27)는 내열 온도가 낮고, 발열량 자체는 비교적 작음에도 불구하고, 특별한 냉각을 필요로 한다. 그 때문에, 카운터 웨이트 에리어(6)에 탑재된 다수의 납 배터리(27)를, 효율적으로 냉각하는 것이 필요하다. 또한, 내열 온도가 낮은 납 배터리(27)의 냉각을 생각하면, 엔진실(5)을 통풍 냉각한 후의 온도 상승된 배기(25)를, 납 배터리(27)의 냉각을 위한 냉각풍으로서 흡입하지 않도록 하는 것이 중요한 과제가 된다. 그 때문에, 이하에 나타내는 납 배터리(27)의 공냉 구조로 하였다.

납 배터리(27)를 냉각하는 공기류는, 카운터 웨이트 구조벽(26)에 설치한 흡기구(28)로부터 흡기(29)하고, 먼지 등의 유입을 방지하는 다공판이나 루버 도어(louver door)(30)를 통과하여, 카운터 웨이트 에리어(6) 내에 유입된다.

배기구(31)는, 카운터 웨이트 구조벽(26)의 흡기구(28)와 반대측의 측면(위치)에 설치되어 있다. 흡기구(28)로부터 배기구(31)까지의 사이에는, 흡기구(28)와 배기구(31)를 연결하는 통풍 덕트(32)가 설치되고, 그 통풍 덕트(32) 내에 다수의 납 배터리(27)가 정렬 배치되어 있다. 이 통풍 덕트(32)에 의해, 흐름 방향을 따라 납 배터리(27)가 다수단 탑재되어서 통풍 저항이 커짐에 기인하는 누풍의 방지나 공기 유입의 방지가 가능해져, 납 배터리(27)의 냉각 성능을 향상시킬 수 있다.

이 통풍 덕트(32) 내에는, 도입한 냉각풍을 양호한 효율로 이동시키기 위한 납 배터리용 송풍팬(33)이 탑재되어 있다. 이 실시 형태에서는, 납 배터리용 송풍팬(33)은, 통풍 덕트(32) 내의 냉각풍 방향 최하류부에 탑재되어 있고, 흡기구(28)로부터 흡기(29)한 냉각풍은, 통풍 유로(34)와 같이 납 배터리(27)의 사이를 지나 모든 납 배터리(27)를 냉각하고, 납 배터리용 송풍팬(33)으로 유입된다. 납 배터리(27)의 냉각에 기여한 공기류는, 다공판이나 루버 도어(35)를 통과하여, 배기구 (31)로부터 기외(機外)로 배기(36)된다. 이와 같이, 납 배터리용 송풍팬(33)을 통풍 덕트(32) 내의 냉각풍 방향 최하류부에 탑재함으로써, 각 배터리 열(列)에 대하여 균일한 냉각풍을 발생시키는 것이 가능하게 된다.

본 실시 형태에서는, 납 배터리(27)를 냉각하기 위한 통풍 유로(34)가, 엔진실(5)을 냉각하기 위한 통풍 유로(23)와, 독립하여 대략 동일한 길이 방향으로 연장되어 있고, 또한, 납 배터리(27)와 엔진실(5)의 냉각풍의 유통 방향이 개략 평행하도록 구성되어 있다.

그리고 도 2(a)에 나타내는 바와 같이, 납 배터리(27)를 냉각하기 위한 냉각풍의 흡기구(28)와, 엔진실(5)을 냉각하기 위한 냉각풍의 흡기구(21)가, 선회체(1)의 선회 축과 붐 동작면을 포함하는 선회체(1)의 중앙 단면(37)에 대하여, 동일한 좌측면에 형성되고, 또한 도 2(b)에 나타내는 바와 같이, 반대측의 동일한 우측면에, 납 배터리(27)를 냉각하기 위한 냉각풍의 배기구(31)와 엔진실(5)을 냉각하기 위한 냉각풍의 배기구(24)가 형성되어 있다. 그에 따라, 엔진실(5)을 통풍 냉각한 후의 온도 상승한 배기(25)를, 배터리 냉각을 위한 냉각풍[흡기(29)]으로서 흡입하지 않도록 할 수 있다. 이에 따라, 외기가 저온인 채 직접, 납 배터리(27)에 공급될 수 있고, 납 배터리(27)의 냉각 성능의 향상이 도모된다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 카운터 웨이트 에리어(6)는 원호 형상으로 만곡한 공간이며, 또한, 상하 방향으로도 큰 공간이 있기 때문에, 납 배터리(27)의 탑재 밀도를 올리기 위하여, 동(同) 도면에 나타내는 바와 같은 바둑판 눈 형상 배열이 아닌 불규칙한 납 배터리(27)의 탑재 상태로 되어 있다. 이 경우에는, 납 배터리(27)의 냉각풍은, 흐르기 쉬운 장소로 흘러들어 가기 때문에, 각 납 배터리(27)에 균일한 냉각풍을 공급하는 것이 어렵다는 과제가 있고, 그것을 해결하기 위하여 냉각풍의 흐름을 제어할 필요가 있다.

또한, 배터리 냉각용의 흡기구(28)와 배기구(31)는, 카운터 웨이트 구조벽(26)에 개구부로서 형성하기 때문에, 카운터 웨이트 구조벽(26)의 강도 확보의 제약 등으로부터, 그다지 큰 개구부를 형성할 수 없다. 그 때문에, 납 배터리(27)를 냉각하기 위한 통풍 덕트(32)의 중앙부의 통풍 단면의 크기와 비교하여, 흡기구(28)와 배기구(31)의 크기가 작고, 흡기구(28)로부터의 냉각풍을 충분하게 넓혀서 공급해야 한다.

이러한 과제에 대응하기 위하여 본 실시 형태에서는 흡기구(28)의 내측 부근에 다공판 또는 슬릿판 등의 에어 스캐터링 저항판(38)을 배치하고, 그 에어 스캐터링 저항판(38)의 원호 형상으로 만곡한 카운터 웨이트 구조벽(26)과 대향하는 단부(端部)에는 도풍 가이드판(39)이 경사진 상태로 장착되어 있다.

흡기(29)와 같이 흡기구(28)로부터 유입된 강한 지향성을 가진 냉각풍을 상기 에어 스캐터링 저항판(38)에 닿게 하여, 에어 스캐터링 저항판(38)의 외주(外周) 방향으로 확산시키고, 또, 도풍 가이드판(39)의 안내에 의해, 냉각풍이 도달하기 어려운 후단부를 향하여 냉각풍을 유도하는 구성으로 되어 있다.

또한, 납 배터리(27)가 탑재되어 있지 않은 영역, 예를 들면, 카운터 웨이트 구조벽(26)의 원호 형상의 측벽부와 납 배터리(27) 열(列)의 사이에는, 바람의 흐름을 원활하게 하기 위한, 예를 들면, 단면 형상이 삼각형인 더미 저항체(40)를 설치하고 있다. 이 더미 저항체(40)를 설치하고 있지 않으면, 납 배터리(27)가 탑재되어 있지 않은 공간부에 냉각풍이 우선적으로 유입되고, 납 배터리(27)가 탑재되어 있는 지점으로의 냉각풍의 유입이 적어져서, 납 배터리(27)의 냉각에 불균일이 생긴다는 폐해를 낳게 된다.

이상에 의해 불규칙한 납 배터리(27)의 탑재 상태가 된 경우라도, 각 납 배터리(27)에 냉각풍을 균일하게 공급할 수 있도록 냉각풍의 흐름을 제어하는 것이 가능하게 된다. 또한, 납 배터리(27)의 통풍 단면에 대하여, 개구부가 좁은 흡기구(28)로부터의 냉각풍을 충분하게 넓혀서 전체적으로 공급하는 것이 가능하게 된다.

선회 모터(2)의 중심축(3)을 중심으로 하여 회전 동작하는 선회체(1)에 있어서, 도 2(a)에 나타내는 바와 같이, 엔진실(5)을 냉각하기 위한 냉각풍의 흡기구(21)와 납 배터리(27)를 냉각하기 위한 냉각풍의 흡기구(28)가 함께 선회체(1)의 좌측면에 설치되어 있다. 또한, 도 2(b)에 나타내는 바와 같이, 납 배터리(27)를 냉각한 후의 냉각풍의 배기구(31)와, 엔진실(5)을 냉각한 후의 냉각풍의 배기구(24)가 함께 선회체(1)의 우측면에 설치되어 있다.

이와 같이 구성한 것에 의해, 엔진실(5)을 통풍 냉각한 후의 온도 상승된 배기를, 배터리 냉각을 위한 냉각풍으로서 흡입하지 않도록 하는 것이 가능하게 되고, 외기가 저온인 채 직접, 납 배터리(27)에 공급되기 때문에, 납 배터리(27)의 냉각 성능을 향상시킬 수 있다.

도 3에 나타내는 바와 같이, 카운터 웨이트 에리어(6)의 내부에는, 복수 단(도면에서는 3단)으로 설치된 선반판(41) 위에 각각 납 배터리(27)가 탑재되고, 각 납 배터리(27)는 도시 생략한 고정 지그로 고정되어 있다. 또, 각 선반판(41)은, 방진 기구를 구비한 장착 지그(도시 생략)에 의해, 카운터 웨이트 에리어(6)의 내부에 고정되어 있다. 이에 따라, 부정지(不整地)에서 주행한 경우라도, 납 배터리(27)를 주행에 의한 진동으로부터 보호할 수 있다.

이와 같이, 선반판(41)을 이용하여 납 배터리(27)를 다단으로 쌓음으로써, 납 배터리(27)와 그 상측의 선반판(41) 사이에 냉각풍이 유통하는 간극을 형성할 수 있다(도 3 참조). 또, 선반판(41) 위에 납 배터리(27)를 고정할 때, 이웃하는 납 배터리(27)와의 사이에 간극이 형성되도록 고정한다(도 1 참조). 상하 방향 및 동일 평면 상에 있어서, 각각 간극을 둠으로써, 납 배터리(27)의 냉각 효과가 향상된다.

건설 기계는 옥외에서 사용하는 경우가 대부분이기 때문에, 여름철의 염천 하에 있어서는, 태양열의 배터리 탑재 에리어로의 침입을 저지하는 것이 과제가 된다. 그 때문에, 납 배터리(27)를 냉각하기 위한 통풍 유로 내의, 상부 벽면 또는 (및) 측벽면에, 일사에 의한 열의 침입을 방지하기 위한 단열재(42)가 설치되어 있다. 그에 따라, 태양열의 카운터 웨이트 에리어(6)로의 침입을 저지하는 것이 가능하게 된다. 단열재(42)의 재질은, 우레탄 폼이나 글래스 파이버 등의 일반적인 단열재이면 되고, 최근 냉장고 등에 이용되고 있는 진공 단열재이면, 한층 더 단열 효과는 향상된다. 이상에 의해, 여름철의 염천 하에 있어서도, 태양열에 의해 납 배터리(27)의 온도 상승을 초래하지 않는 냉각 구조를 실현할 수 있다.

도 4는, 본 발명의 제2 실시 형태에 관련된 선회체의 우측면도이다. 본 실시 형태에서 상기 제1 실시 형태와 상이한 점은, 엔진실(5)의 냉각풍의 배출구(24)가, 우측면이 아니라, 우측부의 상면에 설치되어, 엔진실(5)의 냉각풍의 배기(25)가 상방으로 배출되는 점이다.

이와 같이, 엔진실(5)이나 납 배터리(27)의 냉각풍의 흡기구(21, 28)나 배기구(24, 31)는, 반드시 선회체(1)의 측면부에 형성되어 있을 필요는 없고, 엔진실(5)을 통풍 냉각한 후의 온도 상승한 배기(25)를, 배터리 냉각을 위한 냉각풍으로서 흡입하지 않는 구조로 되어 있으면 된다.

도 5는, 본 발명의 제3 실시 형태에 관련된 카운터 웨이트 에리어의 상면 단면도이다.

본 실시 형태에서 상기 제1 실시 형태와 상이한 점은, 납 배터리(27)를 냉각하기 위한 통풍 유로의 중간 부분에, 납 배터리(27)의 냉각풍을 발생시키는 납 배터리용 송풍팬(33)을 설치한 점이다.

이와 같이, 납 배터리용 송풍팬(33)을 통풍 유로의 중간 부분에 설치함으로써, 납 배터리용 송풍팬(33)이, 흡기구(28)로부터도, 배기구(31)로부터도 대략 등거리로 멀어지기 때문에, 납 배터리용 송풍팬(33)으로부터의 소음이 새기 어려운 구조가 되어, 저소음의 배터리 냉각 구조를 실현할 수 있다.

도 6은, 본 발명의 제4 실시 형태에 관련된 카운터 웨이트 에리어의 상면 단면도이다.

본 실시 형태에서 상기 제1 실시 형태와 상이한 점은, 직방체 형상의 대형 납 배터리의 대신, 원기둥 형상의 소형 배터리(43)를 탑재한 점이다. 원기둥 형상의 소형 배터리(43)는, 예를 들면, 리튬 이온 배터리나 니켈-수소 배터리 등이다. 또, 이 원기둥 형상의 소형 배터리(43)가, 납 배터리 등이어도 아무런 문제가 없다.

납 배터리는, 저렴하기는 하지만, 순시에 대전력을 공급할 수는 없기 때문에, 커패시터 등과 병용해야 한다는 과제가 있지만, 리튬 이온 배터리 등은, 납 배터리와 커패시터의 양방의 이점(충전량 대(大), 순시 공급 전력 대)을 겸비하는 배터리이며, 금후 이용이 확대되어 갈 것이라 생각된다. 리튬 이온 배터리는, 안전면에서, 원기둥형이나 편평각형 등의 소형의 셀 형상을 채용하는 경우가 많고, 본 실시 형태에서는 원기둥형의 예를 나타내고 있다.

일반적으로, 리튬 이온 배터리는 발열량이 커지는 경향이 있어, 리튬 이온 배터리의 통풍 냉각은 납 배터리 이상으로 중요한 과제가 된다. 본 실시 형태와 같이, 리튬 이온 배터리의 통풍 냉각 구조를 채용함으로써, 리튬 이온 배터리 등의 소형 배터리의 고(高)신뢰 냉각이 가능하게 된다.

본 발명에 의하면, 내열 온도가 비교적 낮은 배터리를 다수 카운터 웨이트 에리어에 탑재하여도, 냉각 성능을 확보할 수 있어, 신뢰성이 높고, 저연비로 CO₂ 배출량이 적으며, 소음이 적고, 내진성(耐振性)이 있는, 건설 기계의 하이브리드 구동 시스템을 실현하는 것이 가능하게 된다.

다음으로, 본 발명의 청구항별 효과에 대하여 설명한다.

청구항 1 내지 4에 기재된 발명에 의하면, 카운터 웨이트 에리어에 탑재된 배터리를, 효율적으로 냉각하는 것이 가능하게 된다. 또한, 엔진실을 통풍 냉각한 후의 온도 상승된 배기를, 배터리 냉각을 위한 냉각풍으로서 흡입하지 않도록 하는 것이 가능하게 된다. 또, 외기가 저온인 채 직접 배터리에 공급되게 되어, 배터리의 냉각 성능을 향상시킬 수 있다.

청구항 5에 기재된 발명에 의하면, 송풍기를, 배터리를 냉각하기 위한 통풍 유로의 하류부에 설치함으로써, 각 배터리 열(列)에 대하여 균일한 냉각풍을 발생시키는 것이 가능하게 된다.

청구항 6에 기재된 발명에 의하면, 송풍기를, 배터리를 냉각하기 위한 통풍 유로의 중간 부분에 설치함으로써, 송풍기로부터의 소리 누설이 적은 저소음의 냉각 구조가 실현 가능하게 된다.

청구항 7에 기재된 발명에 의하면, 누풍의 방지나 공기 유입의 방지가 가능하게 된다.

청구항 8에 기재된 발명에 의하면, 불규칙한 배터리의 탑재 상태가 된 경우에도, 각 배터리에 균일한 냉각풍을 공급할 수 있도록 냉각풍의 흐름을 제어하는 것이 가능하게 된다. 또, 통풍 유로의 통풍 단면에 대하여, 개구부가 좁은 흡기구로부터의 냉각풍을 충분하게 넓혀서 공급할 수 있다.

청구항 9에 기재된 발명에 의하면, 여름철의 염천 하에 있어서, 태양열의 배터리 탑재 에리어로의 침입을 저지하는 것이 가능하게 된다.

청구항 10 내지 12에 기재된 발명에 의하면, 배터리의 냉각 효과를 더욱 향상시킬 수 있다.

그리고 본 발명은 최종적으로는, 내열 온도가 비교적 낮은 배터리를 다수 카운터 웨이트 에리어에 탑재하여도, 냉각 성능을 확보할 수 있게 되어, 신뢰성이 높고, 저연비로 CO₂ 배출량이 낮으며, 소음이 적고, 내진성이 있는, 건설 기계의 하이브리드 구동 시스템을 실현하는 것이 가능하게 된다.

본 실시 형태에서는, 건설 기계 내, 특히 유압 셔블에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 유압 셔블에 한정되는 것은 아니며, 예를 들면, 미니 셔블, 휠 로더, 불도저, 덤프 트럭 등 각종 건설 기계에 적용 가능하다.

1: 선회체 2: 선회 모터
3: 중심축 4: 엔진
5: 엔진실 6: 카운터 웨이트 에리어
7: 유압 펌프 8: 어시스트 모터
9: 인버터 10: 커패시터
11: 엔진용 라디에이터 12: 송풍팬
13: 냉각수 펌프(P1) 14: 냉각수 배관
15: 격벽 16: 냉각수 배관
17: 냉각수 펌프(P2) 18: 냉각수 배관
19: 냉각수 배관 20: 전동 기기 전용 라디에이터
21: 흡기구 22: 흡기
23: 통풍 유로 24: 배기구
25: 배기 26: 카운터 웨이트 구조벽
27: 납 배터리 28: 흡기구
29: 흡기 30: 다공판이나 루버 도어
31: 배기구 32: 통풍 덕트
33: 납 배터리용 송풍팬 34: 통풍 유로
35: 다공판이나 루버 도어 36: 배기
37: 선회체의 중앙 단면 38: 에어 스캐터링 저항판
39: 도풍 가이드판 40: 더미 저항체
41: 선반판 42: 단열재
42: 소형 배터리

Claims

엔진과, 그 엔진을 냉각하기 위한 방열기와, 유압 펌프를 탑재한 엔진실과,
내부에 배터리를 탑재한 카운터 웨이트 에리어를 가지는 건설 기계의 냉각 구조로서,
상기 엔진실을 냉각하기 위한 통풍 유로와 상기 배터리를 냉각하기 위한 통풍 유로가 개별적으로 독립하여 형성되고,
상기 엔진실을 냉각하기 위한 통풍 유로의 배기구와, 상기 배터리를 냉각하기 위한 통풍 유로의 흡기구가 다른 면에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 건설 기계의 냉각 구조.
제1항에 있어서,
상기 다른 면이, 당해 건설 기계의 서로 반대측의 측면인 것을 특징으로 하는 건설 기계의 냉각 구조.
엔진과, 그 엔진을 냉각하기 위한 방열기와, 유압 펌프를 탑재한 엔진실과,
내부에 배터리를 탑재한 카운터 웨이트 에리어를 가지는 건설 기계의 냉각 구조로서,
상기 엔진실을 냉각하기 위한 통풍 유로와 상기 배터리를 냉각하기 위한 통풍 유로가 개별적으로 독립하여 형성되고,
상기 엔진실을 냉각하기 위한 통풍 유로를 흐르는 냉각풍의 유통 방향과, 상기 배터리를 냉각하기 위한 통풍 유로를 흐르는 냉각풍의 유통 방향이 대략 동일한 것을 특징으로 하는 건설 기계의 냉각 구조.
엔진과, 그 엔진을 냉각하기 위한 방열기와, 유압 펌프를 탑재한 엔진실과,
내부에 배터리를 탑재한 카운터 웨이트 에리어를 가지는 건설 기계의 냉각 구조로서,
상기 엔진실을 냉각하기 위한 통풍 유로와 상기 배터리를 냉각하기 위한 통풍 유로가 개별적으로 독립하여 형성되고,
상기 엔진실을 냉각하기 위한 통풍 유로의 흡기구와, 상기 배터리를 냉각하기 위한 통풍 유로의 흡기구가, 당해 건설 기계의 동일 측면에 형성되며,
상기 엔진실을 냉각하기 위한 통풍 유로의 배기구와, 상기 배터리를 냉각하기 위한 통풍 유로의 배기구가, 상기 흡기구를 형성한 측면과는 반대측의 당해 건설 기계의 동일 측면에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 건설 기계의 냉각 구조.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 배터리를 냉각하기 위한 통풍 유로의 냉각풍 흐름 방향 하류부에, 상기 배터리의 냉각풍을 발생시키는 송풍기를 설치한 것을 특징으로 하는 건설 기계의 냉각 구조.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 배터리를 냉각하기 위한 통풍 유로의 냉각풍 흐름 방향 중간 부분에, 상기 배터리의 냉각풍을 발생시키는 송풍기를 설치한 것을 특징으로 하는 건설 기계의 냉각 구조.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 카운터 웨이트 에리어 내에, 상기 배터리를 냉각하기 위한 냉각풍의 흡기구와 배기구를 연결하고, 상기 배터리를 냉각하기 위한 통풍 유로를 형성하는 통풍 덕트를 설치하며,
그 통풍 덕트 내에 상기 배터리를 탑재한 것을 특징으로 하는 건설 기계의 냉각 구조.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 배터리를 냉각하기 위한 통풍 유로 내에, 상기 냉각풍의 흐름을 안내 하기 위한 가이드 수단을 설치한 것을 특징으로 하는 건설 기계의 냉각 구조.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 배터리를 냉각하기 위한 통풍 유로에 단열재를 설치한 것을 특징으로 하는 건설 기계의 냉각 구조.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 배터리를 냉각하기 위한 통풍 유로를 흐르는 냉각풍의 흐름 방향을 따라 상기 배터리가 냉각풍 유통용의 간극을 두고 탑재되어 있는 것을 특징으로 하는 건설 기계의 냉각 구조.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 배터리를 냉각하기 위한 통풍 유로를 흐르는 냉각풍의 흐름 방향과 직교하는 방향을 따라 상기 배터리가 냉각풍 유통용의 간극을 두고 탑재되어 있는 것을 특징으로 하는 건설 기계의 냉각 구조.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 카운터 웨이트 에리어 내에 선반판이 복수단 설치되고, 각 선반판 위에 상기 배터리가 고정되며, 상기 배터리와 그 상측의 선반판 사이에 냉각풍 유통용의 간극이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 건설 기계의 냉각 구조.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 배터리가 납 배터리, 리튬 이온 배터리, 니켈-수소 배터리의 그룹에서 선택된 배터리인 것을 특징으로 하는 건설 기계의 냉각 구조.