(57)【要約】【課題】  冷却装置及び作業機械の冷却装置に関し、簡素な構成で軸流ファンの翼端部外方の逆流を防止して冷却効率を高めることができるようにする。【解決手段】  冷却風を流通させる軸流ファン１と、該冷却風によって冷却される冷却対象２と、軸流ファン１の翼端部１ａ外方に配設された整流板３とを備え、整流板３を該冷却風の流通方向に沿った向きであって且つ軸流ファン１のストール時に生じる逆流を阻止する向きに配設する。【選択図】        図１
2007009729.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却風を流通させる軸流ファンと、
該冷却風によって冷却される冷却対象と、
該軸流ファンの翼端部外方に配設された整流板とを備え、
該整流板は、該冷却風の流通方向に沿った向きであって、且つ、該軸流ファンのストール時に生じる該翼端部外方の逆流を阻止する向きに配設される
ことを特徴とする、冷却装置。
【請求項２】
該整流板は、板面を該冷却風の流通方向と略平行に配向して該軸流ファンの翼端部外方において該回転軸から略放射状に固設される
ことを特徴とする、請求項１記載の冷却装置。
【請求項３】
該整流板は、該軸流ファンの回転軸を含む任意の平面上に該板面を配置される
ことを特徴とする、請求項２記載の冷却装置。
【請求項４】
該整流板は、該回転軸を含む任意の平面に対して所定傾斜角をなすように該板面を配向して、該軸流ファンの旋回方向に向かって該回転軸へ収束するような渦状に形成される
ことを特徴とする、請求項２記載の冷却装置。
【請求項５】
該整流板は、該板面を、該冷却風の流通方向と平行に配向した状態から該回転軸に垂直に交わる軸に関して該軸流ファンの旋回方向且つ該軸流ファンの下流方向へ傾斜させている
ことを特徴とする、請求項２記載の冷却装置。
【請求項６】
該軸流ファンは、該冷却対象よりも該冷却風の下流側に設けられるとともに
該軸流ファン及び該冷却対象間の空間を覆って該冷却対象における熱交換効率を向上させるシュラウドとを備え、
該整流板が、該シュラウド内に固設される
ことを特徴とする、請求項１〜５の何れか１項に記載の冷却装置。
【請求項７】
該作業機械の外部からエンジンルーム内へ冷却風を流通させる軸流ファンと、
該エンジンルーム内に搭載され該冷却風によって冷却される冷却対象と、
該軸流ファンの翼端部外方に配設された整流板とを備え、
該整流板は、該冷却風の流通方向に沿った向きであって、且つ、該軸流ファンのストール時に生じる該翼端部外方の逆流を阻止する向きに配設される
ことを特徴とする、作業機械の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸流ファンを用いた冷却装置及び作業機械の冷却装置に関する
【背景技術】
【０００２】
今日、油圧ショベル，ホイールローダ等の走行式の作業機械やクレーン等の定置式の作業機械等、種々の作業機械が、建設現場，港湾，工場内等の様々な分野において用いられている。作業機械は、ダム，トンネル，河川，道路等における岩石の掘削やビル，建築物の取り壊し等、一般に厳しい環境下で使用されるが、このような環境下ではエンジンや油圧ポンプ等の機器類に加わる負荷が高く、エンジン温度の上昇や作動油の油温の上昇を招きやすい。
【０００３】
このため、これらの作業機械には、ラジエータやオイルクーラなどの熱交換器及び軸流ファン等からなる冷却装置が備えられており、軸流ファンの作動により取り込まれた冷却風によって、ラジエータを流れるエンジン冷却水やオイルクーラを流れる作動油が冷却される。
例えば、特許文献１には、エンジンルーム内に軸流ファンと熱交換器とを設け、軸流ファンによってエンジンルーム外から吸い込まれる冷却風の流れを熱交換器の内部に流通させることによって熱交換を行う熱交換装置が記載されている。
【０００４】
この熱交換装置では、エンジンルーム内において、軸流ファンよりも上流側に熱交換器を配置して、軸流ファンへ吸い込まれる冷却風により熱交換器を冷却するとともに、軸流ファンがその冷却風をエンジンルーム外へ排出する。このような構成により、エンジンルーム内において効率よく熱交換が行われるようになっている。
なお、上記のような軸流ファンでは、冷却風が、上流側の正面から略垂直に、軸流ファンの回転軸方向に沿って吸い込まれるとともに、軸流ファンの旋回方向への旋回を伴った軸流として下流側へ吹き出される。つまり、軸流ファンから吹き出される冷却風には、軸流ファンの回転面に対し垂直に下流方向へ流れる速度成分と遠心・旋回方向へ流れる速度成分とが含まれている。
【特許文献１】特開２００２−２０１９４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、軸流ファンの送風性能は、一般に、図８に示すような性能曲線で示され、軸流ファンの上流側の圧力損失が小さい場合には冷却風の下流方向へ直進する風量が増大し、圧力損失が増大するに連れてこの風量が減少することが知られている。つまり、圧力損失が小さい状態では、軸流ファンから吹き出される軸流のうち、遠心・旋回方向への速度成分よりも下流方向への速度成分が相対的に大きくなり、図１０（ａ）に示すように、軸流ファンの回転面に対し垂直に吸い込まれた冷却風〔図１０（ａ）中矢印Ｘ〕は、側面視において略直線的に下流方向〔図１０（ａ）中矢印Ｙ〕へ吹き出される。
【０００６】
一方、エンジンルームの通気開口や熱交換器の内部，フィルタ等にゴミや粉塵が付着して冷却風の流路が部分的に塞がれてしまったような場合には、ファン上，下流の圧力差が増大し、軸流ファンの翼面においてストール現象が発生することがある。
ストール現象とは、翼面から空気流が剥離して乱れを生じる現象である。この現象が軸流ファンの翼面で発生すると、図１０（ｂ）に示すように、翼面から剥離した乱れた空気流が軸流ファンの旋回方向へ旋回しながら遠心・旋回方向〔図１０（ｂ）中矢印Ｚ1〕へ吹き出されるとともに、翼端部外方においては上流側への逆流〔図１０（ｂ）中矢印Ｚ2〕が発生する。このような逆流は圧力損失が増大するほど顕著に見られ、軸流ファンの送風量が減少するに連れて翼端部からの逆流量が増加する。
【０００７】
ここで逆流した空気流は、軸流ファンの上流側へ再び吸い込まれるため、これにより軸流ファンの上流側から略垂直に吸い込まれる吸気量、すなわち、吸入される外気が減少することになる。したがって、ストール現象が発生すると、軸流ファンの吸気能力が低下して、熱交換器における冷却効率が低下してしまう。
このように従来の作業機械の冷却装置では、圧力損失が増大するほど軸流ファンの吸気能力自体が低下するため、熱交換器において一定の冷却効率を保つことが難しいという課題がある。
【０００８】
本発明は、これらのような課題に鑑みてなされたもので、簡素な構成で軸流ファンの翼端部外方の逆流を防止して冷却効率を高められるようにした、冷却装置及び作業機械の冷却装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明の冷却装置（請求項１）は、冷却風を流通させる軸流ファンと、該冷却風によって冷却される冷却対象と、該軸流ファンの翼端部外方に配設された整流板とを備え、該整流板は、該冷却風の流通方向に沿った向きであって、且つ、該軸流ファンのストール時に生じる該翼端部外方の逆流を阻止する向きに配設されることを特徴としている。
【００１０】
なお、ここでいう冷却対象は、エンジン冷却水や作動油を冷却するラジエータ，オイルクーラ、エアコン室外機の凝縮器等の熱交換器を含み、又は、これらから構成されたクーリングパッケージを含む。また、該冷却風の流通方向とは、該軸流ファンの旋回面に対する垂直方向である。また、該軸流ファンのストール時に生じる該翼端部外方の逆流とは、該軸流ファンと同一方向への旋回を伴った逆流である。
【００１１】
また、該整流板が、板面を該冷却風の流通方向と略平行に配向して該軸流ファンの翼端部外方において該回転軸から略放射状に固設されることが好ましい（請求項２）。
また、該整流板が、該軸流ファンの回転軸を含む任意の平面上に該板面を配置されることが好ましく（請求項３）、又は、該整流板が、該回転軸を含む任意の平面に対して所定傾斜角をなすように該板面を配向して、該軸流ファンの旋回方向に向かって該回転軸へ収束するような渦状に形成されることが好ましく（請求項４）、或いは、該整流板が、該板面を、該冷却風の流通方向と平行に配向した状態から該回転軸に垂直に交わる軸に関して該軸流ファンの旋回方向且つ該軸流ファンの下流方向へ傾斜させていることが好ましい（請求項５）。
【００１２】
また、該軸流ファンは、該冷却対象よりも該冷却風の下流側に設けられるとともに該軸流ファン及び該冷却対象間の空間を覆って該冷却対象における冷却効率を向上させるシュラウドとを備え、該整流板が、該シュラウド内に固設されることが好ましい（請求項６）。
本発明の作業機械の冷却装置（請求項７）は、作業機械の外部からエンジンルーム内へ冷却風を流通させる軸流ファンと、該エンジンルーム内に搭載され該冷却風によって冷却される冷却対象と、該軸流ファンの翼端部外方に配設された整流板とを備え、該整流板は、該冷却風の流通方向に沿った向きであって、且つ、該軸流ファンのストール時に生じる該翼端部外方の逆流を阻止する向きに配設されることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の冷却装置（請求項１）によれば、軸流ファンによって流通させられる冷却風の流れを妨げることなく、ストール時に生じる旋回逆流を防止でき、軸流ファンの送風効果及び冷却対象の冷却効果を高めることができる。
また、本発明の冷却装置（請求項２）によれば、整流板が冷却風の流通方向に略平行且つ略放射状に固設されるため、軸流ファン上流からの冷却風の流れを阻止することなく旋回逆流を防止でき、軸流ファンの送風効果及び冷却対象の冷却効率を上昇させることができる。
【００１４】
また、本発明の冷却装置（請求項３）によれば、構成が簡素であり、整流板の配置が容易となる。
また、本発明の冷却装置（請求項４）によれば、軸流ファンの正面視において、旋回方向外側へ吹き出す旋回逆流に対して板面を略鉛直に配向でき、旋回逆流の阻止効果を高めることができる。
【００１５】
また、本発明の冷却装置（請求項５）によれば、軸流ファンの側面視において、上流側へ吹き出す旋回逆流に対して板面を略鉛直に配向でき、旋回逆流の阻止効果をさらに高めることができる。
また、本発明の冷却装置（請求項６）によれば、整流板を容易に配置でき、確実に固定できる。シュラウドを利用することによって、ファン翼端部への整流板の配置が容易となる。また、シュラウドによって整流板を保護できる。
【００１６】
本発明の作業機械の冷却装置（請求項７）によれば、軸流ファンによって機体外部からエンジンルーム内へ導入される冷却風の流れを妨げることなく、ストール時に生じる旋回逆流を防止でき、軸流ファンの送風効果及び冷却対象としてのクーリングパッケージにおける冷却効果を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面により、本発明の実施形態について説明する。
図１〜図５及び図９は本発明の一実施形態としての作業機械の冷却装置を説明する図であり、図１は本装置の分解斜視図、図２は図１の本装置を組み立てた状態のＡ−Ａ断面図、図３は図１の本装置を組み立てた状態のＢ−Ｂ断面図、図４は本装置の通常運転時における気流を示す斜視図、図５は本装置のストール時における気流を示す斜視図、図９は本装置を搭載した作業機械の斜視図である。
【００１８】
［構成］
図９に示すように、本発明が適用された作業機械９は、無限軌道の走行装置を有する下部走行体７と、下部走行体７の上部に旋回可能に載せられた上部旋回体８とを備えて構成される。上部旋回体８における機体前方部分には、油圧駆動の作業装置及びキャブが設けられ、機体後方部分には、機体の重量バランスをとるカウンタウェイト及びエンジンルーム６が設けられる。エンジンルーム６の内部には、エンジン６ａ及び本発明にかかる冷却装置５が設置される。
【００１９】
この冷却装置５は、図１に示すように、軸流ファン１，冷却対象としての熱交換器２，整流板３及びシュラウド４を備えて構成されている。
軸流ファン１は、エンジン６ａによって駆動されるファンモータ（図示せず）により回転駆動される複数の翼を有している。これにより、軸流ファン１は作業機械９の外部から外気を吸い込み、冷却風としてエンジンルーム６内へ流通させる。なお、冷却風は、回転軸Ｃと略平行に軸流ファン１へ吸い込まれるとともに、軸流ファン１の旋回方向への旋回を伴った軸流として下流側へ吹き出される。また、この軸流ファン１の送風性能は、前述の図８に示す性能曲線で示される。
【００２０】
熱交換器２は、冷却風と熱媒（例えば、エンジン冷却水や作動油等）との熱交換を行う装置であり、軸流ファン１よりも冷却風の上流側に配置される。以下、冷却風の上流側，下流側のことを、単に上流側，下流側という。なお、熱交換器２はエンジン冷却水を冷却するラジエータや、作業装置の作動油を冷却するオイルクーラ等からなるクーリングパッケージである。
【００２１】
整流板３は、冷却風を整流する複数の翼板から構成されており、図２に示すように、各板面を冷却風の流通方向と平行に配向されて、翼端部１ａの外方における上流側に固設される。また整流板３は、図３に示すように、軸流ファン１の回転軸Ｃを含む任意の平面上において、軸流ファン１の周方向に略等間隔に各板面が配置されて、軸流ファン１に対し放射状に配置される。つまり、整流板３の各板面の延長面が全て回転軸Ｃを共有するように交差する配置となっている。
【００２２】
シュラウド４は、熱交換器２と軸流ファン１との間の空間を覆っており、図１，図２に示すように、熱交換器２の外周端部から軸流ファン１の翼端部１ａ外方へかけて延設されて、軸流ファン１の上流側の空間全体を覆うように形成される。これにより、シュラウド４の内部、すなわち、熱交換器２の内部を通過した空気のみが冷却風として軸流ファン１の上流側から吸い込まれることになり、シュラウド４の外部から空気が吸い込まれることがない。したがって、軸流ファン１の吸気効率が上昇する。
【００２３】
このようなシュラウド４の内部に、前述の整流板３が固定される。整流板３は、図３に示すように、軸流ファン１の翼端部１ａ外方からシュラウド端面４ａにかけて延設されている。
【００２４】
［作用・効果］
以上のような構成により、本実施形態の作業機械の冷却装置は、以下のような作用・効果を奏する。
まず、軸流ファン１の上流側の圧力損失が小さい状態（通常運転の状態）時には、図４に示すように、軸流ファン１の上流側の熱交換器２において、冷却風が正面から略垂直に吸い込まれる。冷却風は、熱交換器２を通過して熱媒との熱交換を行って熱媒を冷却し、シュラウド４内の空間へ進入する。このとき、シュラウド４内に固定された整流板３の板面は、軸流ファン１の回転軸Ｃと平行に配置されているため、整流板３によって冷却風の流れが阻止されることがなく、そのまま軸流ファン１へ吸い込まれる。
【００２５】
またこの状態では、軸流ファン１の下流側の冷却風について、遠心・旋回方向への速度成分よりも下流方向への速度成分が相対的に大きくなるため、ストール現象が発生せず、図１０（ａ）に示すような冷却風の流通状態が保たれる。
一方、エンジンルーム６の通気開口や熱交換器２の内部，フィルタ等にゴミや粉塵が付着して冷却風の流路が狭くなり、軸流ファン１の上流側の圧力損失が大きい状態となると、軸流ファン１の下流側の冷却風について下流方向への速度成分が減少し、冷却風が遠心・旋回方向へ広がるように吹き出されるようになる。ここで、ストール現象が発生し、翼面から剥離して乱れた空気流が軸流ファン１の旋回方向へ旋回しながら、翼端部１ａ外方において逆流しようとしても、図５に示すように、翼端部１ａ外方に配置された整流板３がこの旋回逆流を阻止するように働く。
【００２６】
つまり、図３に示すように、整流板３の板面が軸流ファン１に対し放射状に配置されているため、軸流ファン１の旋回方向（図３中黒矢印）と同方向への旋回成分を含んだ翼端部１ａ外方の旋回逆流（図３中白矢印）は、板面に衝突することになる。したがって、旋回逆流は板面で遮られ、軸流ファン１の上流側へ再び吸い込まれることがない。
【００２７】
なお、整流板３は軸流ファン１の翼端部１ａ外方に配置されているため、図５に示すストール状態においても、軸流ファン１の上流側の正面から略垂直に吸い込まれる冷却風の流れは、シュラウド４内に固定された整流板３によって阻止されることがない。また、整流板３はシュラウド４の内部に固設されているため、翼端部１ａ外方に整流板３を固定することが容易である。また、シュラウド４によって整流板３を保護できるとともに、確実に整流板３を固定しておける。
このように、本冷却装置によれば、簡素な構成で旋回逆流を防止でき、冷却風の流通効率を向上させて熱交換器２での熱交換効率を高めることができる。
【００２８】
［変形例］
次に、図６を用いて本発明の変形例を説明する。本変形例では、上述の実施形態の整流板３の代わりに、異なる配置構成の第２整流板３ａが設けられる。なお、以下の変形例では、上記実施形態と同一の構成要素に同一の符号を付して説明を省略する。
【００２９】
図６に示すように、第２整流板３ａは、軸流ファン１の旋回方向（図６中黒矢印）に向かって回転軸Ｃへ収束するような渦状（すなわち、軸流ファン１の回転軸を中心として、軸流ファン１の旋回方向とは逆の旋回方向へ拡散する渦状）に配置されている。つまり、上述の実施形態における整流板３の内側端部を軸流ファン１の旋回方向へ傾斜させた配置となっており、第２整流板３ａの各板面は、軸流ファン１の回転軸を含む任意の平面に対して所定傾斜角θをなす配向角度に設定されている。
【００３０】
このような構成によれば、図６に示すように、ストール現象により軸流ファン１の翼端部１ａ外方における旋回逆流（図６中白矢印）が生じた場合に、軸流ファン１の正面視において、第２整流板３ａの板面が旋回逆流に対して略垂直に配置されることになる。つまり、旋回逆流が板面に略垂直に衝突するため、上記実施形態と比較してより効果的に旋回逆流を遮ることができる。
【００３１】
このように、本変形例によれば、簡素な構成で旋回逆流の阻止効果を高めることができる。
なお、図６に示すように、軸流ファン１の翼端部１ａ近傍から吹き出される冷却風の速度成分に着目すると、旋回方向への速度成分と遠心方向への速度成分とを合成した方向に対して、第２整流板３ａの板面が垂直となるように、所定傾斜角θを設定することが好ましい。
【００３２】
［その他］
以上、本発明の実施形態及びその変形例について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
例えば、上述の実施形態では、整流板３が軸流ファン１の翼端部１ａ外方からシュラウド端面４ａにかけて延設されているが、整流板３の延設長さを短くしてもよい。つまり、ストール現象に伴って生じる旋回逆流は、軸流ファン１の翼端部１ａのごく近傍の外方に生じるため、整流板３はこの旋回逆流を遮る板面の長さがあればよい。具体的には、図７に示すように、整流板３ｂが、軸流ファン１の回転軸から所定距離Ｒ（ただし、Ｒ＞軸流ファン１の半径）の範囲内において放射状に配置される構成とすることが考えられる。所定距離Ｒを適宜設定することにより、上述の実施形態と略同等の作用効果を得ることが可能である。
【００３３】
また、上述の実施形態では、整流板３が冷却風の流通方向と平行に配向されているが、板面を冷却風の流通方向に対してやや傾斜させてもよい。例えば整流板３を、軸流ファン１の回転軸Ｃと平行に配向した状態から、回転軸Ｃに垂直に交わる任意の軸に関して軸流ファン１の旋回方向且つ軸流ファンの下流方向へ傾斜させることが考えられる。
つまり、ストール現象に伴って生じる旋回逆流は、上流側へ逆流しながら軸流ファン１の旋回方向へ旋回する三次元的な配向特性を持っているため、軸流ファン１の正面視及び側面視において整流板３が旋回逆流に対して略垂直に配向させる（つまり、旋回逆流に対して三次元的に垂直に形成する）ことで、旋回逆流の阻止効果をさらに高めることができる。
【００３４】
なお、上述の実施形態では、整流板３の板面が略平面形状に形成されているが、旋回逆流の配向特性に応じて曲面に形成してもよいし、平面と曲面とを組み合わせた板面としてもよい。
また、上述の実施形態では、熱交換器２が軸流ファン１の上流側に配置されたものを示したが、熱交換器２を軸流ファン１の下流側へ配設してもよい。本発明の冷却装置はこれらの配置順序に関わらず軸流ファン１の送風効果を向上させることができ、熱交換器２における熱交換効率を高めることができる。
【００３５】
また、上述の実施形態では、シュラウド４の内部に整流板３が固定されているが、整流板３は軸流ファン１の翼端部１ａ外方に設けられていればよい。
また、上述の実施形態では、整流板３が翼端部１ａの外方に固設されているが、この整流板３は、冷却風の流通方向に沿った向きであって、且つ、旋回逆流を阻止する向きに配設されていれば、固設されなくてもよい。つまり、整流板３は可動板として設けられてもよく、例えば、旋回逆流の配向特性は軸流ファン１の回転速度や送風量等の諸条件によって変動するため、整流板３の配向角度をこれらの諸条件に応じた角度に制御する構成とすることで、それぞれの条件に応じて旋回逆流の阻止効果を高めることができるようになる。
【００３６】
また、上述の実施形態は、本発明を作業機械のエンジンルーム内に設けられる冷却装置に適用したものであるが、本発明の適用対象はこれに限定されない。例えば、住宅用のエアコン装置に対して本発明を適用する場合、コンプレッサによって凝縮した冷媒から熱を奪うための軸流ファンを備えて室外に設置されたエアコン室外機等にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の一実施形態としての作業機械の冷却装置の分解斜視図である。
【図２】図１の本装置を組み立てた状態のＡ−Ａ断面図である。
【図３】図１の本装置を組み立てた状態のＢ−Ｂ断面図である。
【図４】本装置の通常運転時における気流を示す斜視図である。
【図５】本装置のストール時における気流を示す斜視図である。
【図６】本発明の変形例としての作業機械の冷却装置の断面図である。
【図７】本発明の変形例としての作業機械の冷却装置の断面図である。
【図８】一般的な軸流ファンの性能曲線を示すグラフである。
【図９】本発明が適用された作業機械の斜視図である。
【図１０】従来の冷却装置における気流を示す断面図であり、（ａ）は通常運転時の気流、（ｂ）はストール時の気流を示す。
【符号の説明】
【００３８】
１  軸流ファン
１ａ  翼端部
２  熱交換器
３，３ｂ  整流板
３ａ  第２整流板
４  シュラウド
４ａ  シュラウド端面
５  冷却装置
６  エンジンルーム
６ａ  エンジン
７  下部走行体
８  上部旋回体
９  作業機械
【図１】
2007009729.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2007009729.tif 000011
【図１０】
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