JP6549895B2 - 熱交換器ユニット - Google Patents
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Description
1.作業機械
図1は本発明に係る熱交換器ユニットを適用する作業機械の一例である油圧ショベルの外観構成を表す斜視図である。以下の説明において断り書きのない場合は運転席の前方(同図中では左上方向)を機体の前方とする。但し、油圧ショベルの例示は本発明に係る熱交換器ユニットの適用対象を限定するものではなく、クレーンやブルドーザ、ホイールローダ等の他種の作業機械に本発明に係る熱交換器ユニットは適用され得る。
図2は図1のA−A断面図である。同図に示したように、動力室115は、左室115a、中央室115b及び右室115cを備えている。左室115a、中央室115b及び右室115cは外壁を共用する内部が繋がった3つの部屋であり、底面は面一で高さ位置が同じである。3つの部屋の中で中央室115bが最も容積が大きく、左右方向の寸法も最も長い。対して左室115a及び右室115cは中央室115bに比べて容積も小さく、左右方向の寸法も短い。また、左室115a及び右室115cは中央室115bに比べて高さ寸法も小さく、天井面が中央室115bに対して段差になっている。
図3は熱交換器ユニット50の斜視図である。熱交換器ユニット50は、第1熱交換器51、第2熱交換器52及び案内部材53を備えている。
第1熱交換器51は、動力室115内において吸気口10a,10b及びファン2の間の位置に配置されており、中央室115bの内壁面に支持部材を介して支持されている。この第1熱交換器51は、図3に示したようにインタークーラ4、ラジエータ5及びオイルクーラ6を冷却風の流れに対して並列に配置して構成したものであり、インタークーラ4、ラジエータ5及びオイルクーラ6の各々の主面(風受け面であって面積の最も広い面)と反対側の面がそれぞれファン2と対面している。すなわち、引き込み型のファン2により生起される冷却風がインタークーラ4、ラジエータ5及びオイルクーラ6の主面に当たるようになっている。また、第1熱交換器51とファン2との間はダクト54によって接続されている。
第2熱交換器52は、動力室115内における左室115aと中央室115bとの境界付近の位置であって動力室115の吸気口10a,10b及び第1熱交換器51の間の位置(つまり第1熱交換器51の風上)に配置されている。この第2熱交換器52は、第1熱交換器51に対して第1熱交換器51の厚みT1よりも広い間隔G(本実施形態では3×T1≦G≦7×T1程度)を空けて配置してある。また、第2熱交換器52は、図3に示したようにコンデンサ7及び燃料クーラ8を冷却風の流れに対して並列に配置して構成したものであり、コンデンサ7及び燃料クーラ8の主面(前述)の裏側がそれぞれ第1熱交換器51を挟んでファン2と対面している。第1熱交換器51と同様、ファン2により生起される冷却風がコンデンサ7及び燃料クーラ8の主面に当たるようになっている。コンデンサ7及び燃料クーラ8は、インタークーラ4、ラジエータ5及びオイルクーラ6よりも小型で主面も小さく第1熱交換器51を覆い隠すことがないため、第1熱交換器51の前群(風上)を構成している。なお、本実施形態における第2熱交換器52は、支持部材18を介して案内部材53の内壁面に支持されている。
案内部材53は、動力室115の吸気口10a,10bから吸い込まれた冷却風を第2熱交換器52及び第1熱交換器51に案内する部材であり、動力室115の内壁面(又は第1熱交換器51)に支持部材を介して支持されて、動力室115の左室115aと中央室115bとを仕切るように取り付けられている。本実施形態の案内部材53は第2熱交換器52を包囲する枠状のダクトである。案内部材53の出口部53bは第1熱交換器51に向かって、第1熱交換器51の主面(インタークーラ4、ラジエータ5及びオイルクーラ6の主面を含む)を概ねカバーするようにして開口している。一方、案内部材53の入口部53aは、出口部53bよりも開口面積が小さい。入口部53aの開口面積は第2熱交換器52の主面の大きさに応じて設定されていて、コンデンサ7及び燃料クーラ8の主面を合わせた第2熱交換器52の主面の全体が正面(図2中の左側)から見て入口部53a越しに見える程度に確保されている。すなわち、入口部53aの開口面積は第2熱交換器52の主面をカバーする程度かそれよりも僅かに大き目であり、位置は第2熱交換器52に応じた位置である。案内部材53における入口部53aと出口部53bとを接続する胴部には、入口部53aから出口部53bに向けて(つまり冷却風の下流側に向かって)ダクト内の通風路の断面積が拡大する拡大部53cが設けられている。この拡大部53cは部分的であっても良いし、入口部53aから出口部53bに向かって全体的に設けられていても良い。また、案内部材53はバッテリー16に掛からないように形状的に配慮されており、入口部53aから出口部53bまでの厚みT2は第1熱交換器51の厚みT1の1倍から3倍程度が好ましい(T1≦T2≦3×T1)。
図1に示した油圧ショベルは、動力室115内の原動機1で油圧ポンプ11を駆動し、油圧ポンプ11から吐出される圧油で各種油圧アクチュエータ(ブームシリンダ122a、アームシリンダ122b、バケットシリンダ122c、走行モータ117、旋回モータ等)を適宜駆動することにより、クローラ113による移動、車体本体112の旋回、ブーム121a、アーム121b及びバケット121cによる掘削作業等を行う。これらの動作に伴って、動力室115内のエンジン1や油圧回路等が発熱するため、動力室115内の熱交換器ユニット50がファン2で冷却され、エンジン冷却水や作動油等の冷却がなされる。この冷却に関する動作は次の通りである。
図5は比較例に係る動力室の断面図、図6は比較例に係る熱交換器ユニットの斜視図で、図5及び図6はそれぞれ図2及び図3に対応している。この比較例では、図5に示したように第1熱交換器aと第2熱交換器bとの間隔gがbよりも小さい。また、図6に示したように本実施形態における案内部材53に相当する部材はなく、第2熱交換器bは支持部材cを介して第1熱交換器aに支持されている。
(1)冷却効率の向上
第2熱交換器52と第1熱交換器51の間隔Gが広くすると、第2熱交換器52がファン2から遠ざかる分だけ第2熱交換器52に当たる冷却風20の風速が遅くなるが、本実施形態では案内部材53を設けたことにより、その入口部53aで前空間17内の冷却風20の流れを絞って増速させた上で案内部材53に流入させることができる。このとき、入口部53aの位置及び大きさは第2熱交換器52に応じて定められているため、第2熱交換器52の主面に増速した冷却風20が均一に当たり、コンデンサ7及び燃料クーラ8の熱交換性能を効果的に引き出し、冷却効率を向上させることができる。
第2熱交換器bを第1熱交換器aで支持した比較例では、第1熱交換器aと第2熱交換器bとの間隔gを拡大するには支持部材cを延長しなければならない。加えて所定の剛性を確保することを考慮すると支持部材cの幅や厚みも大きくせざるを得ず、間隔gを拡大し難い。それに対し、本実施形態では案内部材53で第2熱交換器52を支持したことにより、第1熱交換器51と第2熱交換器52との間隔Gを広く確保した熱交換器ユニット50を、支持部材18を大型化することなく容易に製作することができる。案内部材53自体も鋼板等を溶接等で繋ぎ合せることで容易かつ安価に製作できる。
第2熱交換器52と第1熱交換器51の間隔Gが不十分だと第2熱交換器52の裏側に冷却風20が回り込まないが、狭隘な動力室115の内部にあって間隔Gは制約される。シミュレーションの結果、間隔Gを大きくしていくと、第1熱交換器51の厚みT1の3倍程度から冷却風20の回り込みの効果が大きくなることを知見した。一方、動力室115の内部のレイアウトの制約上、Tの7倍程度が確保できる間隔Gの限界である。従って、3×T1≦G≦7×T1程度とすることによって、熱交換性能の向上と熱交換器ユニット50の大型化抑制の効果を両立させることができる。
仮に案内部材53を入口部53aから出口側の外縁部まで一直線に流路が拡大する形状とすると、拡大部53cに沿って下方に導かれる冷却風20の割合が必要以上に増え、第1熱交換器51の風速分布の均一性が低下し得る。それに対し、本実施形態では拡大部53cを境に案内部材53が段差を有する構成であるため、冷却風20の過度な誘導を抑制し、風速分布の均一性向上に寄与することができる。また、拡大部53cにより生じた寸法T2分の段差部があることで、バッテリー16の設置スペースとの干渉を回避することができ、バッテリー16のレイアウト容易性の確保にも繋がる。
図4は本発明の第2実施形態に係る熱交換器ユニットを備えた動力室の断面図で、第1実施形態の図2に対応している。図4において第1実施形態と同様の部分には既出図面と同符号を付して説明を省略する。本実施形態の熱交換器ユニット50Aが第1実施形態の熱交換器ユニット50と相違する点は、ダクト状の案内部材53に代えてルーバ状の案内部材53Aを備えている点である。
10a,10b 吸気口
2 ファン
51 第1熱交換器
T1 第1熱交換器の厚み
G 第1熱交換器と第2熱交換器の間隔
52 第2熱交換器
20 冷却風
53,53A 案内部材
50,50A 熱交換器ユニット
53b 出口部
53a 入口部
53c 拡大部
18 支持部材
53Aa,53Ab 案内羽根(第1案内羽根)
53Ac 案内羽根(第2案内羽根)
1 エンジン(原動機)
11 油圧ポンプ
122a ブームシリンダ(アクチュエータ)
122b アームシリンダ(アクチュエータ)
122c バケットシリンダ(アクチュエータ)
117 走行モータ(アクチュエータ)
Claims (4)
- 動力室内において吸気口及びファンの間の位置に前記ファンと対面させて配置する第1熱交換器と、
前記吸気口及び第1熱交換器の間の位置に前記第1熱交換器に対して前記第1熱交換器の厚みよりも広い間隔を空けて配置する、前記第1熱交換器よりも主面が小さい第2熱交換器と、
前記吸気口から吸い込まれた冷却風を前記第1及び第2熱交換器に案内する案内部材とを備え、
前記案内部材が、前記第2熱交換器を包囲する枠状のダクトであり、前記第2熱交換器と前記吸気口との間に位置し前記第2熱交換器の主面の大きさに応じた開口面積で開口した入口部と、前記第1熱交換器に向かって開口した出口部と、前記入口部と前記出口部とを接続する胴部とを含んで構成されており、
前記案内部材の胴部には、前記入口部から前記出口部に向かって流路断面積を拡大させる段差部が設けられていることを特徴とする熱交換器ユニット。 - 請求項1の熱交換器ユニットにおいて、
前記間隔が、前記第1熱交換器の厚みの3倍−7倍であることを特徴とする熱交換器ユニット。 - 請求項2の熱交換器ユニットにおいて、
前記第2熱交換器を前記ダクトの内壁に対して支持する支持部材を備えていることを特徴とする熱交換器ユニット。 - 原動機と、
前記原動機により駆動される油圧ポンプと、
請求項1の熱交換器ユニットと、
前記第1熱交換器に対して前記第2熱交換器と反対側に対面するファンと、
前記原動機、前記油圧ポンプ、前記熱交換器ユニット及び前記ファンを収容する動力室と、
前記油圧ポンプから吐出される圧油により駆動されるアクチュエータと
を備えたことを特徴とする作業機械。
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