(57)【要約】【課題】熱交換器を通る空気流の風速調整をシュラウドによって行う。【解決手段】熱交換器１１と、この熱交換器１１のコア面１１ａからはみ出さない状態でかつコア面中心に対して上方にオフセットして設けたファン１２と、コア面１１ａを囲う状態でコア面１１ａの外周とファン１２の外周との間に設けた正面視四角形のシュラウド１３とを備え、このシュラウド１３の上辺部１３ａをコア面１１ａよりも外周側に張り出して内側の空間Ｓを拡張し、この拡張部分でファン回転方向の空気流を増加させるように構成した。【選択図】図２
2008075553.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱交換器と、この熱交換器のコア面から外周側にはみ出さない状態でコア面に対向して設けたファンと、上記コア面を囲う状態でコア面の外周とファンの外周との間に設けた正面視四角形のシュラウドとを備え、上記ファンの回転により、上記熱交換器を通過する空気流を形成する熱交換装置において、上記シュラウドの少なくとも一辺部を熱交換器のコア面よりも外周側に張り出して内側の空間を拡張し、この拡張部分でファン回転方向の空気流を増加させるように構成したことを特徴とする熱交換装置。
【請求項２】
シュラウドにおける張り出し部分の側壁のうち、ファン側の側壁をファン側に向かって先すぼまり方向に傾斜させたことを特徴とする請求項１記載の熱交換装置。
【請求項３】
シュラウドにおける張り出し部分の側壁のうち、熱交換器側の側壁をファン側に向かって先広がり方向に傾斜させたことを特徴とする請求項１記載の熱交換装置。
【請求項４】
ファンを、その回転中心軸が熱交換器のコア面中心に対して一方向にオフセットする状態で配置し、シュラウドにおける上記ファンのオフセット方向の辺部を熱交換器のコア面よりも外周側に張り出したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の熱交換装置。
【請求項５】
複数の熱交換部を一方向に並設して熱交換器を構成し、ファンをこの熱交換器における上記熱交換部の並び方向のほぼ中央部に配置したことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の熱交換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は油圧ショベルをはじめとする建設機械等に使用される熱交換装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
たとえば油圧ショベルにおいては、クローラ式の下部走行体上に上部旋回体が搭載され、この上部旋回体の後部に形成されたエンジンルームにエンジン等とともに熱交換装置が設置される。
【０００３】
この熱交換装置は、図８〜図１０に示すように、正面視四角形のフィンチューブ型熱交換器１と、この熱交換器１のコア面１ａに対向して設けられた軸流式のファン２と、コア面１ａを外周から囲う状態でコア面外周とファン外周との間に設けられた正面視四角形のシュラウド３とによって構成され、ファン２の回転により外部から吸い込んだ空気を熱交換器１のコア面１ａに通すことによって熱交換器１を冷却する。
【０００４】
この場合、ファン２の回転により、図９矢印イで示すようにファン２の回転軸４に沿って流れる軸方向の空気流と、図１０矢印ロで示すようにファン回転方向に沿ってファン外周側を流れる空気流とが形成される。以下、これらを分けて説明する必要がある場合に前者を軸流、後者を周流と呼ぶ。
【０００５】
ファン２は、図示のように熱交換器１のコア面１ａからはみ出さない状態で、コア面中心Ｏ１に対して上方にオフセットする状態で配置されている。図２中、Ｏ２はファン２の回転中心、αはオフセット量をそれぞれ示す。
【０００６】
なお、熱交換器１は、ここでは一つのものとして図示しているが、通常は、エンジン冷却用のラジエータ、作動油冷却用のオイルクーラー、ターボチャージャー用のインタークーラーといった複数の熱交換部を備え、これらが軸流に対して左右または前後に並設されて構成される。図中、５,６は熱交換器１の上下両側に設けられた配管用のヘッダである。
【０００７】
このような熱交換装置において、シュラウド３は、熱交換器１とファン２との間で軸流及び周流をガイドしてスムーズに流す役割を果たす。
【０００８】
従来、このシュラウドに関して、種々の技術が提案されている。
【０００９】
たとえば特許文献１には、熱交換器コア面１ａとファン２との距離が小さいと空気の流れが阻害されることから、両者間の距離が一定以上に確保されるようにシュラウド形状を工夫した技術が開示されている。
【００１０】
また、特許文献２には、機器レイアウトの都合上、ファン２がコア面１ａからたとえば上方にはみ出して設置される場合に、そのはみ出し分だけシュラウド３の上辺部を張り出すことによって必要風量を確保する技術が開示されている。
【００１１】
一方、特許文献３には、熱交換器１及びこれに取付けられたシュラウド３と、エンジンに連結されたファン２とが異なる振動を起こして干渉し合うおそれがあることから、これを防止するためにシュラウドをファン軸方向に二分割し、これらを弾性シール材で接続した技術が開示されている。こうすることにより、ファン外周とシュラウド３の間隔を小さくし、風量増加を図っている。
【特許文献１】特開平９−３０３１４８号公報
【特許文献２】特開２００２−３８９５２号公報
【特許文献３】特開２００４−３６５９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
このような熱交換装置においては、熱交換効率を高めるために、熱交換器１を通る空気流の速度（風速）を熱交換器１の構成やファン２の吸気特性その他に応じて任意に調整したいという要望がある。
【００１３】
具体的には、
（ｉ）  複数の熱交換部が軸流に対し左右に並設されて熱交換器１が構成され、そのうち両端に位置する二つの熱交換部の構造や通風抵抗が異なるために、熱交換器全体として低風速領域と高風速領域が生じる場合、
（ｉｉ）  熱交換部は一つでもファン２の吸気特性によって低風速領域と高風速領域が生じる場合
に、風速差を解消し、風速分布の均一化を図りたいという要望がある。
【００１４】
しかし、上記各特許文献の技術を含めて、従来は、専ら風量増加を主眼としてシュラウド形状に工夫を施しているに過ぎず、上記のような風速の調整という観点でシュラウド形状をとらえた技術はなかった。このため、上記のような要望に対しては熱交換器１の設計で対処するしかなく、それだけ設計の自由度が狭められたり、製作が困難になったりする問題があった。
【００１５】
そこで本発明は、熱交換器を通る空気流の風速調整をシュラウドによって行うことができる熱交換装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
請求項１の発明は、熱交換器と、この熱交換器のコア面から外周側にはみ出さない状態でコア面に対向して設けたファンと、上記コア面を囲う状態でコア面の外周とファンの外周との間に設けた正面視四角形のシュラウドとを備え、上記ファンの回転により、上記熱交換器を通過する空気流を形成する熱交換装置において、上記シュラウドの少なくとも一辺部を熱交換器のコア面よりも外周側に張り出して内側の空間を拡張し、この拡張部分でファン回転方向の空気流を増加させるように構成したものである。
【００１７】
請求項２の発明は、請求項１の構成において、シュラウドにおける張り出し部分の側壁のうち、ファン側の側壁をファン側に向かって先すぼまり方向に傾斜させたものである。
【００１８】
請求項３の発明は、請求項１の構成において、シュラウドにおける張り出し部分の側壁のうち、熱交換器側の側壁をファン側に向かって先広がり方向に傾斜させたものである。
【００１９】
請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれかの構成において、ファンを、その回転中心軸が熱交換器のコア面中心に対して一方向にオフセットする状態で配置し、シュラウドにおける上記ファンのオフセット方向の辺部を熱交換器のコア面よりも外周側に張り出したものである。
【００２０】
請求項５の発明は、請求項１乃至４のいずれかの構成において、複数の熱交換部を一方向に並設して熱交換器を構成し、ファンをこの熱交換器における上記熱交換部の並び方向のほぼ中央部に配置したものである。
【発明の効果】
【００２１】
ファンの外周をファンの回転方向に流れる周流は、熱交換器全体の各領域間で風量をやりとりする風量配分作用を行う。
【００２２】
この場合、シュラウドの各辺部の内側空間、つまり周流の通路が狭いと、周流が流れにくくなり、この周流による風量配分作用が十分発揮されない。
【００２３】
この点、本発明によると、シュラウドの少なくとも一辺部を熱交換器のコア面よりも外周側に張り出して内側空間を拡張し、この拡張部分でファン回転方向の空気流（周流）を増加させるように構成したから、周流による風量配分作用を活発化させることができる。
【００２４】
具体的には、請求項４のようにファンを熱交換器のコア面中心に対して一方向にオフセットする状態で配置した場合のように、周流が流れにくいオフセット側の辺部を外周側に張り出すことにより、このオフセット側の周流による風量配分作用を活発化させることができる。
【００２５】
あるいは、請求項５のように複数の熱交換部を一方向に並設して熱交換器を構成し、ファンをこの熱交換器における熱交換部並び方向のほぼ中央部に配置した熱交換装置において、熱交換部の構造の違いや通風抵抗の差等によって両側熱交換部に風速差が生じる場合に、両側熱交換部に跨る辺部を張り出すことにより、両側熱交換部間の風量配分作用を活発化させることができる。
【００２６】
これにより、風量配分作用を活用した風速調整が可能となる。すなわち、風速調整を熱交換器ではなくシュラウドによって任意にしかも容易に行うことができる。
【００２７】
このため、風速調整のために熱交換器の設計の自由度が狭められたり、製作が困難になったりするという問題を解消することができる。
【００２８】
また、張り出し部分によってファン外周の空間を拡張できることで、この空間からファン外周に向かう空気の流れがスムーズになるため、ファン外周部で発生する流体騒音を低減できるという効果が得られる。
【００２９】
この場合、張り出し部分の側壁のうち、ファン側の側壁をファン側に向かって先すぼまり方向に傾斜させた請求項２の発明によると、上記ファン外周の空間からファンに向かう空気の流れがよりスムーズとなるため、騒音低減効果がさらに高いものとなる。
【００３０】
これに対し、張り出し部分の側壁のうち、熱交換器側の側壁をファン側に向かって先広がり方向に傾斜させた請求項３の発明によると、ファン外周空間を広くとることができるため、周流増加作用が高くなる。このため、周流をできるだけ増加させたい場合に有効となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
本発明の実施形態（第１〜第４各実施形態）を図１〜図７によって説明する。
【００３２】
各実施形態にかかる熱交換装置の基本的な構成と作用は従来の熱交換装置と同じで、正面視四角形のフィンチューブ型熱交換器１１と、この熱交換器１１のコア面１１ａに対向して設けられた軸流式のファン１２と、コア面１１ａを外周から囲う状態でコア面外周とファン外周との間に設けられた正面視四角形のシュラウド１３とによって構成され、ファン１２の回転により外部から吸い込んだ空気を熱交換器１１に通すことによって熱交換器１１を冷却する。
【００３３】
この場合、ファン１２の回転により、図２,４,５の矢印イで示すようにファン２の回転軸１４に沿って流れる軸方向の空気流（軸流）と、図３,６の矢印ロで示すようにファン回転方向に沿ってファン外周側を流れる空気流（周流）とが形成される点も従来と同じである。
【００３４】
各図中、１５,１６は熱交換器１１の上下のヘッダである。
【００３５】
なお、図１〜図５に示す第１〜第３各実施形態では、熱交換器１１を一つの熱交換部で構成されるものとして表している。
【００３６】
第１実施形態（図１〜図３参照）
図３に示すように、コア面１１ａの両側領域Ａ,Ｂについて、領域Ａの上流に何らかの抵抗体がある等の理由により、領域Ａを通過する風速・風量が領域Ｂを通過する風速・風量よりも低い状況が発生する場合がある。
【００３７】
この場合、矢印ロで示すように領域Ａから領域Ｂに向かう周流が発生すると、領域Ａの圧力が下がり、領域Ｂの圧力が上がることとなる。この結果、相対的に領域Ａの風速・風量が増加し、領域Ｂの風速・風量が減少するため、両領域Ａ,Ｂの風速・風量が近い値に均される。
【００３８】
ところが、ファン１２は、図示のように熱交換器１１のコア面１１ａからはみ出さない状態でその回転中心Ｏ２がコア面中心Ｏ１に対して上方にαだけオフセットする状態で配置されている。
【００３９】
このレイアウトでは、シュラウド１３におけるファンオフセット側の辺部である上辺部１３ａの内側空間（ファン外周との間の空間）Ｓは、他の辺部の内側空間よりも狭くなる。このため、このままでは空間Ｓを通路とする周流の流れが悪くなり、上記周流による風量配分作用が十分発揮されない。
【００４０】
そこで、第１実施形態においては、この上辺部１３ａをコア面１１ａの上辺よりも外周側に張り出して内側空間Ｓを拡張している。図１中のＨはこのシュラウド上辺部１３ａの張り出し量である。
【００４１】
これにより、この空間Ｓを通路とする周流の発生または流量増加を促し、上記周流による風量配分作用を活発化させて両側領域Ａ,Ｂの風速・風量を均一化することができる。このため、熱交換器１１全体の熱交換効率を改善することができる。
【００４２】
ここで、シュラウド上辺部１３ａの外周側への張り出し量Ｈは、領域Ａ,Ｂの風速・風量の目標値に応じて任意に選定することができる。いいかえれば、張り出し量Ｈを適宜調整することによって、領域Ａ,Ｂの風速・風量を任意に調整することができる。
【００４３】
こうして、風量配分作用を活用した風速調整が可能となる。すなわち、風速調整を熱交換器１１の設計変更ではなくシュラウド１３の形状変更によって任意にしかも容易に行うことができる。
【００４４】
このため、風速調整のために熱交換器１１の設計の自由度が狭められたり、製作が困難になったりするという問題を解消することができる。
【００４５】
また、ファン外周の空間Ｓを拡張できることで、図２中に矢印ハで示すようにこの空間Ｓからファン１２の外周側に向かう空気の流れがスムーズになるため、ファン外周部で発生する流体騒音を低減できるという効果が得られる。
【００４６】
第２実施形態（図４参照）
以下の実施形態において、第１実施形態との相違点のみを説明する。
【００４７】
第１実施形態では、外周側に張り出したシュラウド上辺部１３ａの側壁を、シュラウド厚み方向の全寸法範囲で軸流と平行（水平）としている。
【００４８】
これに対し第２実施形態においては、張り出した上辺部１３ａの側壁のうち、ファン１２側の側壁１３ａ１をファン１２側に向かって先すぼまり方向に傾斜させている。
【００４９】
こうすれば、矢印ハで示す、空間Ｓからファン外周側に向かう空気の流れがよりスムーズとなるため、騒音低減効果を高めることができる。
【００５０】
第３実施形態（図５参照）
これに対し第３実施形態では、張り出した上辺部１３ａの側壁のうち、熱交換器１１側の側壁１３ａ２をファン１２側に向かって先広がり方向に傾斜させている。
【００５１】
こうすれば、空間Ｓをファン外周側で広くとることができるため、周流増加作用が高くなる。このため、周流をできるだけ増加させたい場合に有効となる。
【００５２】
第４実施形態（図６参照）
第４実施形態では、三つの熱交換部１７,１８,１９を左右に並設して熱交換器１１を構成し、ファン１２をこの左右方向のほぼ中央部に配置した熱交換装置を対象としている。
【００５３】
このような熱交換装置においては、各熱交換部１７,１８,１９の構造の相違等から風速・風量に差が生じる場合があり、この場合に他の実施形態と同様にシュラウド上辺部１３ａを外周側に張り出して内側空間Ｓを拡張することにより、同様に風速・風量の均等化を実現することができる。
【００５４】
具体例を挙げると、各熱交換部１７,１８,１９の幅Ｗ１,Ｗ２,Ｗ２の比がおよそ２：１：２で、高さが熱交換部１７,１８,１９の幅の合計（Ｗ１＋Ｗ２＋Ｗ３）の１．１倍の熱交換装置において、シュラウド上辺部１３ａを張り出さない場合と張り出した場合とで、熱交換部通過風量をタービン式流量計にて熱交換部出口近傍で計測すると次の結果が得られた。
【００５５】
シュラウド上辺部１３ａの張り出し量Ｈは熱交換器高さＬの約１／６とした。図７において、斜線無しの部分が張り出さない場合、斜線付きの部分が張り出した場合をそれぞれ示す。
【００５６】
シュラウド上辺部１３ａを張り出さない場合には、各熱交換部１７,１８,１９の通過風量が目標値に対してそれぞれ８７％、７７％、１３５％となり、熱交換部１７,１８が風量不足、熱交換部１９が風量超過となった。
【００５７】
これに対し、シュラウド上辺部１３ａを張り出した場合は、各熱交換部１７,１８,１９の通過風量が目標値に対してそれぞれ１０１％、１００％、１０１％となり、熱交換部１９の超過風量分を他の熱交換部１７,１８に配分することで風速・風量をほぼ均一化し、すべての熱交換部１７,１８,１９において目標風量を達成することができた。
【００５８】
ところで、本発明は、上記各実施形態において説明したように熱交換器の風速分布を均一化する上でとくに有効であるが、この均一化に限らず、たとえば第４実施形態のように複数の熱交換部で熱交換器を構成する熱交換装置において、各熱交換部の風速・風量をそれぞれ目的の割合に調整したい場合等にも効果を発揮する。
【００５９】
また、本発明は、四つ以上の熱交換部を左右に並設して熱交換器を構成する場合、及び複数の熱交換部を軸流に対して前後方向に並設する場合にも適用することができる。
【００６０】
さらに、上記各実施形態では、シュラウド上辺部１３ａを張り出す場合のみを説明したが、上辺部に限らず、要は周流の風量配分作用を活発化させたい辺部を張り出せばよく、場合によっては複数の辺部を張り出してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる熱交換装置のファンを省略した斜視図である。
【図２】同装置のファン回転中心を通る垂直断面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。
【図４】本発明の第２実施形態にかかる熱交換装置の図２相当図である。
【図５】本発明の第３実施形態にかかる熱交換装置の図２相当図である。
【図６】本発明の第４実施形態にかかる熱交換装置の図３相当図である。
【図７】同実施形態における風量調整結果を示す図である。
【図８】従来の熱交換装置のファンを省略した斜視図である。
【図９】同垂直断面図である。
【図１０】図９のＸ−Ｘ線断面図である。
【符号の説明】
【００６２】
１１  熱交換器
１１ａ  コア面
１２  ファン
１３  シュラウド
１３ａ  外周側に張り出したシュラウド上辺部
１３ａ１  シュラウド上辺部側壁のうち先すぼまり方向に傾斜させたファン側の側壁
１３ａ２  シュラウド上辺部側壁のうち先広がり方向に傾斜させた熱交換器側の側壁
Ｓ  シュラウド上辺部の内側空間
１７,１８,１９  熱交換器を構成する熱交換部
Ｏ１  熱交換器のコア面中心
Ｏ２  ファンの回転中心
【図１】
2008075553.tif 000003
【図２】
2008075553.tif 000004
【図３】
2008075553.tif 000005
【図４】
2008075553.tif 000006
【図５】
2008075553.tif 000007
【図６】
2008075553.tif 000008
【図７】
2008075553.tif 000009
【図８】
2008075553.tif 000010
【図９】
2008075553.tif 000011
【図１０】
2008075553.tif 000012