JP2018059416A - Cooling fan device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、建設機械に設けられたラジエータ等の熱交換器に冷却風を供給する冷却ファン装置に関する。特に、主翼の外縁部に設けられたリングを有する、いわゆる、リングファンを用いた冷却ファン装置に関する。 The present invention relates to a cooling fan device that supplies cooling air to a heat exchanger such as a radiator provided in a construction machine. In particular, the present invention relates to a so-called cooling fan device using a ring fan having a ring provided on an outer edge portion of a main wing.
一般に、油圧ショベル等の建設機械の冷却ユニットには、エンジンと共にラジエータやオイルクーラ等の熱交換器と、これらの熱交換器が必要とする流量の空気を供給する冷却ファンとが配置されている。この冷却ファンとしてリングファンを用いることが知られている。例えば国際公開ＷＯ２００５／０９８２１３号パンフレット（特許文献１）には、熱交換器（ラジエータ）と、エンジンの出力軸にプーリ等で連結された軸流ファン（以下、冷却ファンという）と、熱交換器の冷却ファン側に固定され熱交換器に冷却風を導くシュラウドとを備えた冷却装置が記載されている（段落００２７−００３０参照）。この冷却ファンは、翼の外周端に翼を全周にわたって囲むようにファンリングが取り付けられたリングファンによって構成される。このファンリングは軸方向両端部が外周側に向けて突出する突出部を有し、断面形状がＵの字状に形成されている（段落００２８参照）。この冷却装置は、建設機械のような大型車両等のエンジンの冷却装置に適用される（段落００６２参照）。 In general, a cooling unit of a construction machine such as a hydraulic excavator is provided with a heat exchanger such as a radiator or an oil cooler together with an engine, and a cooling fan that supplies air at a flow rate required by these heat exchangers. . It is known to use a ring fan as this cooling fan. For example, International Publication WO2005 / 098213 pamphlet (Patent Document 1) includes a heat exchanger (radiator), an axial fan (hereinafter referred to as a cooling fan) connected to an output shaft of an engine by a pulley or the like, and a heat exchanger. And a shroud that is fixed to the cooling fan side and guides cooling air to the heat exchanger (see paragraphs 0027-0030). This cooling fan is configured by a ring fan in which a fan ring is attached to the outer peripheral end of the blade so as to surround the blade over the entire circumference. This fan ring has projecting portions whose both ends in the axial direction project toward the outer peripheral side, and has a U-shaped cross section (see paragraph 0028). This cooling device is applied to a cooling device for an engine of a large vehicle such as a construction machine (see paragraph 0062).
リングファンを回転させる駆動装置としては、特許文献１に記載されたもの以外に、電動モータや油圧モータが用いられる場合もある。
As a drive device for rotating the ring fan, an electric motor or a hydraulic motor may be used in addition to the one described in
油圧ショベル等の建設機械の信頼性向上と省エネ化のためには、冷却ユニット（特許文献１の冷却装置）の冷却効率を向上する必要がある。冷却ファンの風量増加や高効率化は冷却効率向上のための有力な手段である。 In order to improve the reliability and energy saving of construction machines such as hydraulic excavators, it is necessary to improve the cooling efficiency of the cooling unit (the cooling device of Patent Document 1). Increasing the air volume and increasing the efficiency of the cooling fan is an effective means for improving the cooling efficiency.
特許文献１の冷却ファンは、翼の外縁部に設けられたＵの字状のリングと、リングとシュラウドとの間に固定された調整プレートとによって、簡単に組み立てができ、しかもリングとシュラウドとの間の通風抵抗を増加させることで逆流を防止して風量増加や高効率化を図っている。
The cooling fan of
冷却ファンの高効率化を目的としたリングファンとしては、特許文献１の冷却ファンのほか、特表平９−５０５３７５号公報（特許文献２）に記載された軸流ファン（以下、冷却ファンという）及びシュラウドが知られている。特許文献２の冷却ファン及びシュラウドは、リング（帯状部）とシュラウドとの間に、シュラウドに固定された小さい翼（定常流制御羽根）を配置することにより、リングとシュラウドとの間を流れて逆流する再循環空気流内の渦流を低減し、高効率化を図っている。
As a ring fan for the purpose of increasing the efficiency of the cooling fan, in addition to the cooling fan of
また、一般的なファンにおいて、風量増加と高効率化の有効な手段は、翼とシュラウドとの隙間（チップクリアランス）を縮小して、翼とシュラウドとの間の逆流を防止することである。リングファンの場合は、翼がリングに置き換わることになるが、リングとシュラウドとの隙間の縮小により、隙間の圧損が増加するため、一般的なファンと同様に、逆流の防止効果が期待できる。 Further, in a general fan, an effective means for increasing the air volume and increasing the efficiency is to reduce the gap (tip clearance) between the blade and the shroud to prevent backflow between the blade and the shroud. In the case of a ring fan, the blades are replaced by a ring. However, since the pressure loss of the gap increases due to the reduction of the gap between the ring and the shroud, an effect of preventing a backflow can be expected as in a general fan.
リングファンにおける逆流防止の有効な手段は、リングとシュラウドとの隙間の縮小である。しかし、建設機械の場合には、車体の振動などによって、リングがシュラウドに接触する恐れがあるため、一般的なファンに比べると、リングとシュラウドとの隙間を広げる必要がある。そのためリングとシュラウドとの隙間を縮小することには限界がある。例えば特許文献１の冷却ファンでは、Ｕの字状のリングと調整プレートとの隙間の縮小に限界があり、この隙間縮小の限界により冷却ファンの高効率化に限界があった。
An effective means for preventing backflow in the ring fan is to reduce the gap between the ring and the shroud. However, in the case of a construction machine, the ring may come into contact with the shroud due to vibrations of the vehicle body and the like, so it is necessary to widen the gap between the ring and the shroud as compared with a general fan. Therefore, there is a limit to reducing the gap between the ring and the shroud. For example, in the cooling fan of
冷却ファンの高効率化を図るための、リングとシュラウドとの隙間縮小以外の手段としては、特許文献２に記載のように、リングとシュラウドとの間に、シュラウドに固定された定常流制御羽根を配置することにより、リングとシュラウドとの間を流れて逆流する再循環空気流内の渦流を低減する手段がある。しかしこの手段における定常流制御羽根は、再循環空気流そのものを低減するものではなかった。 As means other than the reduction of the gap between the ring and the shroud in order to increase the efficiency of the cooling fan, as described in Patent Document 2, a steady flow control blade fixed to the shroud between the ring and the shroud. There is a means to reduce the vortex flow in the recirculated air flow that flows back and forth between the ring and the shroud. However, the steady flow control blade in this means did not reduce the recirculation air flow itself.
以下、羽根又は翼を備えて回転駆動される装置をファン又は冷却ファンと呼ぶ。なおリングファンは、ファンの翼の外周端（外縁部）に設けたリングを含む。ファンとシュラウドとを備えた装置を冷却ファン装置と呼ぶ。冷却ファン装置に熱交換器他の機器を組み合わせた装置を冷却装置と呼ぶ。 Hereinafter, a device that includes blades or blades and is driven to rotate is referred to as a fan or a cooling fan. The ring fan includes a ring provided at the outer peripheral end (outer edge) of the fan blade. A device including a fan and a shroud is called a cooling fan device. A device in which a cooling fan device is combined with a heat exchanger or other equipment is called a cooling device.
本発明の目的は、リングとシュラウドとの隙間の縮小に限界がある中で、リングとシュラウドとの隙間を流れる逆流を抑制することができ、風量増加や高効率化を図ることができる冷却ファン装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a cooling fan capable of suppressing the backflow that flows through the gap between the ring and the shroud while the reduction in the gap between the ring and the shroud is limited, thereby increasing the air volume and increasing the efficiency. To provide an apparatus.
上記目的を達成するために、本発明の冷却ファン装置は、
複数の主翼及び前記主翼の外縁部に設けられたリングを有するリングファンと、前記リングの周囲に間隔を置いて配置されるシュラウドと、を備えた冷却ファン装置において、
前記リングは、冷却ファン装置の吸込み側から吐き出し側に向かって内径及び外径が拡大する拡径部と、前記拡径部の外周側に設けられた小翼と、を有し、
前記小翼は、前記リングファンの軸方向において、前記リングと前記シュラウドとの間に配置され、前記リングファンと一体で回転する。
In order to achieve the above object, the cooling fan device of the present invention comprises:
In a cooling fan device comprising a plurality of main wings and a ring fan having a ring provided on an outer edge of the main wing, and a shroud arranged at intervals around the ring,
The ring has an enlarged diameter part whose inner diameter and outer diameter increase from the suction side to the discharge side of the cooling fan device, and a small wing provided on the outer peripheral side of the enlarged diameter part,
The small blade is disposed between the ring and the shroud in the axial direction of the ring fan, and rotates integrally with the ring fan.
本発明によれば、リングとシュラウドとの隙間の縮小に限界がある中で、リングとシュラウドとの隙間を流れる逆流を抑制することができ、冷却ファン装置の風量増加や高効率化を実現できる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the backflow which flows through the clearance gap between a ring and a shroud can be suppressed in the limit of the reduction | decrease of the clearance gap between a ring and a shroud, and the air volume increase and efficiency improvement of a cooling fan apparatus are realizable. . Problems, configurations, and effects other than those described above will be clarified by the following description of embodiments.
以下、実施例を図面により説明する。なお、以下の説明では、ファン（又は冷却ファン又はプロペラという）１０１、冷却ファン装置（又は送風装置という）及び冷却装置を次のように定義する。ファンは、羽根（又は主翼という）を備えて回転駆動される装置である。なおリングファンは、ファンの主翼の外周端（外縁部）に設けたリングを含む。冷却ファン装置は、ファンと、シュラウドとを備えた装置である。冷却装置は、冷却ファン装置に熱交換器他の機器を組み合わせた装置である。 Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings. In the following description, a fan (or a cooling fan or a propeller) 101, a cooling fan device (or a blower) and a cooling device are defined as follows. The fan is a device that is rotationally driven with blades (or main wings). The ring fan includes a ring provided on the outer peripheral end (outer edge portion) of the main wing of the fan. The cooling fan device is a device including a fan and a shroud. The cooling device is a device in which a cooling fan device is combined with a heat exchanger or other equipment.
また建設機械は、土木、建築又は鉱山などの作業や工事に使われる機械の総称であり、油圧ショベルやダンプトラックなどを含む。 Construction machinery is a general term for machinery used for work and construction such as civil engineering, construction, or mining, and includes hydraulic excavators and dump trucks.
［実施例１］
本発明の第一実施例（実施例１）を図１、図２及び図１１により説明する。
[Example 1]
A first embodiment (embodiment 1) of the present invention will be described with reference to FIGS.
図１は、本発明の第一実施例（実施例１）に係る建設機械の冷却装置の側断面図である。 FIG. 1 is a side sectional view of a construction machine cooling apparatus according to a first embodiment (embodiment 1) of the present invention.
図１において、実施例１に係る冷却装置１０００Ａは、熱交換器５００と、冷却ファン装置１００Ａとを含んで構成される。冷却ファン装置１００Ａは、リング１０１ｂ及び小翼１０１ｃを有するファン１０１と、シュラウド２００とを含んで構成される。ファン１０１は、回転軸１０１ｅで支持されたボス１０１ｄを有し、ボス１０１ｄの外周に複数の主翼１０１ａが設けられている。なお、回転軸１０１ｅはファン１０１とは異なる部品とみなしてもよいし、回転軸１０１ｅをファン１０１の一構成部品とみなしてもよい。
In FIG. 1, the
本実施例のファン１０１はリング１０１ｂを有するリングファンで構成される。リング１０１ｂは、ファン１０１（又は主翼１０１ａ）の外縁部（外周端）に設けられ、吐き出し側が広がった筒状の形状を有する。すなわち、リング１０１ｂは、吸込み側（主翼１０１ａの前縁側）の内径及び外径が主翼１０１ａの外径にほぼ等しい大きさで主翼１０１ａの外縁に接する部分（主翼外縁接続部）１０１ｂａと、内径及び外径が吸込み側から吐き出し側に向かって拡大する部分（拡径部）１０１ｂｂとを有し、吐き出し側（主翼１０１ａの後縁側）の端部で最大径となる。このリング１０１ｂの拡径部１０１ｂｂの形状は、冷却ファン装置１００Ａの吸込み側から吐き出し側に向かって、すなわち冷却ファン装置１００Ａの吐き出し方向下流側に向かって曲線を描いて拡径するラッパ形状を成している。リング１０１ｂは、ほぼ一定の板厚を有する板状部材で形成されているため、リング１０１ｂの外径は内径と同様に変化する。なお、リング１０１ｂとファン１０１とが一体成形される場合、リング１０１ｂの内径が主翼１０１ａの外縁に接する部分では、リング１０１ｂとファン１０１とが連続的に接続されている。
The
リング１０１ｂの外周には小翼１０１ｃが設けられる。小翼１０１ｃはリング１０１ｂの外周面から径方向外側に向かって突出するように設けられている。また小翼１０１ｃはリング１０１ｂの周方向に複数設けられている。リング１０１ｂ及び小翼１０１ｃはファン１０１と一体となって回転する。
A
リング１０１ｂの周囲には、リングファン１０１の外縁との間に隙間ｄ１を持ってシュラウド２００が配置される。シュラウド２００は、熱交換器５００のファン１０１側に固定され、熱交換器５００に冷却風を導く。このためにシュラウド２００は、回転軸１０１ｅの軸に沿う方向（以下、軸方向又は回転軸方向という）に延設された軸方向延設部２００ａと、軸方向延設部２００ａの吐き出し側端部から回転軸１０１ｅに向かって径方向内側に張り出した張り出し部（フランジ部）２００ｂとを有する。軸方向延設部２００ａは円筒形状を成し、回転軸１０１ｅの軸方向においてリングファン１０１の外縁の一部を取り囲む。そして上述した隙間ｄ１により、張り出し部２００ｂの内周縁２００ｂａとリングファン１０１の外縁とは間隔を置いて対向している。内周縁２００ｂａはリングファン１０１が配置される、シュラウド２００の開口（開口縁）を形成する。
The
小翼１０１ｃはリングファン１０１の軸方向において、リング１０１ｂとシュラウド２００との間に配置される。小翼１０１ｃはリング１０１ｂの拡径部１０１ｂｂの外周面に設けられており、回転軸１０１ｅの軸方向において、小翼１０１ｃとシュラウド２００（特に張り出し部２００ｂ）との間に隙間ｄ２が構成されている。すなわちリングファン１０１は、小翼１０１ｃが回転軸１０１ｅの軸方向においてシュラウド２００の張り出し部２００ｂとの間に間隔ｄ２を置いて配置されており、リングファン１０１の外縁（外周）がリングファン１０１の径方向において張り出し部２００ｂの内周縁との間に間隔ｄ１を置いて配置されている。これにより、リングファン１０１はシュラウド２００と非接触の状態で回転することができる。
The
リングファン１０１は回転軸１０１ｅに取り付けられ、回転軸１０１ｅはプーリ３０１を介して駆動軸（出力軸）４０１が連結するエンジン４００と連結されている。具体的には、エンジン４００の駆動軸４０１にはプーリ３０１が設けられており、リングファン１０１の回転軸１０１ｅに設けられたプーリ３０２とプーリ３０１との間にベルト３０３が掛け渡されている。そしてエンジン４００は、リングファン１０１の回転駆動力を発生する回転駆動装置（以下、駆動装置という）を構成する。またプーリ３０１，３０２及びベルト３０３は、エンジン４００の回転駆動力をリングファン１０１に伝達する動力伝達機構を構成する。油圧ショベル等の建設機械の多くはリングファン１０１の駆動装置としてエンジンを利用する。しかし、リングファン１０１の駆動装置としては、エンジン４００に限らず電動モータや油圧モータ等を用いてもよい。
The
リングファン１０１の吸い込み側にはラジエータ、オイルクーラ等の熱交換器５００が設置されており、熱交換器５００とリングファン１０１との間に空気を導くシュラウド２００が配置されている。
A
図１１及び図２を用いて、本実施例の作用効果について説明する。なお、図１１の比較例において実施例１と共通する構成には、実施例１と同じ符号を付し、説明を省略する。 The effects of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 11 and 2. In the comparative example of FIG. 11, the same reference numerals as those in the first embodiment are given to the configurations common to the first embodiment, and the description thereof is omitted.
図１１は、本発明との比較例に係る冷却ファン装置の側断面図である。 FIG. 11 is a side sectional view of a cooling fan device according to a comparative example with the present invention.
比較例の冷却ファン装置１００Ａ’では、リングファン１０１’のリング１０１ｂに実施例１の小翼１０１ｃが設置されていない。すなわち、比較例のリング１０１ｂは実施例１のリング１０１ｂと同様に構成され、比較例のリングファン１０１’及び冷却ファン装置１００Ａ’はリング１０１ｂに小翼１０１ｃが設置されていない点で、実施例１のリングファン１０１及び冷却ファン装置１００Ａと相違している。
In the cooling
比較例の冷却ファン装置１００Ａ’では、主翼１０１ａにより吸い込み側と吐き出し側との間に圧力差が生じる。この圧力差により吸い込み側から吐き出し側に向かって主流αが流れる。一方、リング１０１ｂとシュラウド２００ｂ（２００）との隙間ｄ１には、主翼１０１ａで生成した主流αとは逆向きに流れる逆流βＢが生じる。すなわち逆流βＢは、吐き出し側から吸い込み側に向かって流れる。この逆流βＢは冷却ファン装置１００Ａ’の風量低下と効率低下の要因となる。
In the cooling
図２は、実施例１に係る冷却ファン装置の側断面図である。 FIG. 2 is a side sectional view of the cooling fan device according to the first embodiment.
本実施例では、主翼１０１ａによる圧力差によって、シュラウド２００の吐き出し側で、半径方向内向き（径方向内向き）の流れδＡが生じる。また、リング１０１ｂに設けられた小翼１０１ｃがリングファン１０１と一体で回転することにより、半径方向外向き（径方向外向き）の流れγを形成する。流れγはリング１０１ｂとシュラウド２００ｂ（２００）との隙間ｄ１，ｄ２を流れる逆流βＡとは反対向きの流れである。そのため本実施例の逆流βＡは比較例の逆流βＢに比べて抑制されて減少する。
In the present embodiment, a flow difference δA inward in the radial direction (inward in the radial direction) is generated on the discharge side of the
さらに本実施例では、リング１０１ｂの外周に小翼１０１ｃが設けられている。小翼１０１ｃは翼作用をもつため、小翼１０１ｃそのものが昇圧作用を有する。そのためリングファン１０１の有効なファン外径は、小翼１０１ｃの外縁部１０１ｃｂの位置で決まり、図２に示すＤ２になる。なお、小翼１０１ｃの外縁部１０１ｃｂは後縁を構成する。一方比較例では、リングファン１０１’の有効なファン外径は、主翼１０１ａの外縁部の位置で決まり、図１１に示すＤ２’になる。従って本実施例では、リングファン１０１の有効なファン外径が、比較例のＤ２’に比べて小翼１０１ｃの分だけ大きくなり、Ｄ２まで増加する。ファンが空気に対してなす有効仕事、すなわち、全圧上昇はファン外径の二乗に比例する。そのため本実施例では、比較例に比べて同一回転数では風量が増加する。
Further, in this embodiment, a
なお本実施例では、リングファン１０１の有効ファン外径、すなわち小翼１０１ｃの外縁部１０１ｃｂの直径Ｄ２は、シュラウド２００の内径（張り出し部２００ｂの内周縁の径）ＤＳよりも大きい。Ｄ２をＤＳよりも小さくしても流れγを形成することはできるため、流れγによる逆流βＢの抑制効果は得られる。しかし、Ｄ２をＤＳよりも大きくすることにより、逆流βＡに対する流路抵抗を大きくすることができ、逆流βＡの抑制効果が高まる。
In this embodiment, the effective fan outer diameter of the
以上により、本実施例では、リング１０１ｂとシュラウド２００の隙間ｄ１を縮小することなく、風量増加と効率向上の効果を得ることができる。また、主翼１０１ａと、リング１０１ｂと、小翼１０１ｃと、主翼１０１ａの内側に配置されたボス１０１ｄと、を一体成型で製作すれば、上述した効果に加えて、部品点数の増加を抑制することができ、低コスト化を実現できる。
As described above, in this embodiment, the effect of increasing the air volume and improving the efficiency can be obtained without reducing the gap d1 between the
［実施例２］
本発明の第二実施例（実施例２）を図３及び図４により説明する。なお、本実施例において実施例１と共通する構成には、実施例１と同じ符号を付し、説明を省略する。
[Example 2]
A second embodiment (embodiment 2) of the present invention will be described with reference to FIGS. Note that the same reference numerals as those in the first embodiment are assigned to configurations common to the first embodiment in the present embodiment, and description thereof is omitted.
図３は、本発明の第二実施例（実施例２）に係る建設機械の冷却装置の側断面図である。 FIG. 3 is a side sectional view of the cooling device for the construction machine according to the second embodiment (embodiment 2) of the present invention.
本実施例に係る冷却装置１０００Ｂでは、冷却ファン装置１００Ｂのシュラウド２００の吐き出し側に、シュラウド２００の内径（張り出し部２００ｂの内周縁の径）ＤＳよりも大きい内径ＤＣの円筒部２０１が配置される。すなわち円筒部２０１は、シュラウド２００の張り出し部（フランジ部）２００ｂに配設され、張り出し部２００ｂの吐き出し側面から吐き出し方向に突出するように設けられる。シュラウド２００の内径ＤＳと円筒部２０１の内径ＤＣとの大小関係からわかるように、円筒部２０１は張り出し部２００ｂの内周縁（開口又は開口縁）２００ｂａよりも径方向外側に設けられる。円筒部２０１はシュラウド２００の一部とみなしてもよい。
In the
本実施例における円筒部２０１以外の構成は、実施例１と同様である。
Configurations other than the
図４は、実施例２に係る冷却ファン装置の側断面図である。 FIG. 4 is a side sectional view of the cooling fan device according to the second embodiment.
本実施例では、シュラウド２００の張り出し部２００ｂに円筒部２０１が設けられたことにより、上述した隙間ｄ１，ｄ２の他に、小翼１０１ｃの外縁部１０１ｃｂと円筒部２０１との間に隙間ｄ３が形成され、隙間ｄ３から隙間ｄ２に、さらに隙間ｄ２から隙間ｄ１に、逆流βＣが流れる。
In the present embodiment, since the
実施例１の冷却装置１０００Ａでは、図２に示すように、主翼１０１ａによる圧力差によって、シュラウド２００の吐き出し側で、半径方向内向きの流れδＡが生じ、流れδＡが直接、リング１０１ｂとシュラウド２００の張り出し部２００ｂの内周縁との隙間ｄ１に流れ込む。
In the
しかし本実施例では、シュラウド２００の吐き出し側に導かれた流れδＣは円筒部２０１により吐き出し方向に転向され、流れεとなる。このため、流れδＣが直接、リング１０１ｂとシュラウド２００との隙間ｄ１に流れ込むことがない。これにより、本実施例の隙間ｄ１を流れる逆流βＣは、実施例１の逆流βＡに比べて抑制される。従って本実施例では、さらに風量増加と効率向上の効果を向上することができる。
However, in this embodiment, the flow δC guided to the discharge side of the
本実施例では、円筒部２０１の吐き出し側（吐き出し方向下流側であり、シュラウド２００から離れる側）における先端部２０１ａと小翼１０１ｃの前縁１０１ｃａとは、回転軸１０１ｅの軸方向において、同じ位置に設けられる。或いは、シュラウド２００に対して吐き出し側に配置された小翼１０１ｃの前縁１０１ｃａが、シュラウド２００から離れる方向（主流αの流れ方向下流側）に、円筒部２０１の吐き出し側における先端部２０１ａから離れた位置に設けられている。
In the present embodiment, the
［実施例３］
本発明の第三実施例（実施例３）を図５及び図６により説明する。なお、本実施例において実施例１，２と共通する構成には、実施例１，２と同じ符号を付し、説明を省略する。
[Example 3]
A third embodiment (third embodiment) of the present invention will be described with reference to FIGS. In addition, the same code | symbol as Example 1, 2 is attached | subjected to the structure which is common in Example 1, 2 in a present Example, and description is abbreviate | omitted.
図５は、本発明の第三実施例（実施例３）に係る建設機械の冷却装置の側断面図である。 FIG. 5 is a sectional side view of a construction machine cooling apparatus according to a third embodiment (third embodiment) of the present invention.
本実施例に係る冷却装置１０００Ｃの冷却ファン装置１００Ｃは、円筒部２０１の吐き出し側（吐き出し方向下流側）の端部２０１ａが、回転軸１０１ｅの軸方向において、小翼１０１ｃの前縁１０１ｃａよりも吐き出し方向下流側に配置されている。さらに円筒部２０１の端部２０１ａは、回転軸１０１ｅの軸方向において、リング１０１ｂの吐き出し方向下流側の端部１０１ｂｃよりも吸い込み側（シュラウド２００側）に配置されている。すなわち、円筒２０１の設置範囲と小翼１０１ｃの設置範囲とは、回転軸１０１ｅの軸方向において、オーバーラップしている。当然ではあるが、径方向においては、円筒２０１の設置範囲と小翼１０１ｃの設置範囲とは、オーバーラップすることなく、離間している。
In the cooling fan device 100C of the
本実施例においては、円筒部２０１の端部２０１ａが小翼１０１ｃの前縁１０１ｃａよりも吐き出し側（吐き出し方向下流側）に配置された構成が、実施例２に対して変更されているが、それ以外の構成は実施例２と同様である。
In the present embodiment, the configuration in which the
図６は、実施例３に係る冷却ファン装置の側断面図である。 FIG. 6 is a side sectional view of the cooling fan device according to the third embodiment.
本実施例では、小翼１０１ｃで形成された半径方向外向きの流れγの一部が、円筒２０１の内壁２０１ｂに衝突して、渦ζが形成される。この渦ζは、主翼１０１ａによる圧力差で生じる逆流βＤの通る流路を縮小する作用をもつ。これにより、本実施例の逆流βＤは実施例２の逆流βＣに比べて抑制される。このため、実施例１，２と比べて、さらに風量増加と効率向上の効果を向上することができる。
In this embodiment, a part of the radially outward flow γ formed by the
本実施例における円筒部２０１と小翼１０１ｃとの位置関係以外の構成は、実施例２と同じである。本実施例における円筒部２０１と小翼１０１ｃとの位置関係は、例えば下記（１）〜（３）の方法により、実現することができる。
（１）回転軸１０１ｅの軸方向における円筒部２０１の寸法（軸方向寸法）を、実施例２の円筒部２０１よりも長くする。
（２）回転軸１０１ｅの軸方向における小翼１０１ｃの寸法（軸方向寸法）を、実施例２の小翼１０１ｃよりも長くする。
（３）実施例２のリング１０１ｂ及び小翼１０１ｃを、回転軸１０１ｅの軸方向において、吸込み側にずらして配置する。
The configuration other than the positional relationship between the
(1) The dimension (axial dimension) of the
(2) The dimension (axial dimension) of the
(3) The
上述した方法のうち（２）及び（３）の方法は、間隔ｄ２が小さくなる。従って、間隔ｄ２を小さくできない場合は、（１）の方法を採用することが好ましい。 Among the methods described above, the methods (2) and (3) have a small interval d2. Therefore, when the interval d2 cannot be reduced, it is preferable to adopt the method (1).
なお本実施例では、上記（１）〜（３）の少なくともいずれか一つの方法により、円筒部２０１と小翼１０１ｃとの位置関係を変更しており、円筒部２０１、リング１０１ｂ又は小翼１０１ｃの少なくともいずれか一つの形状又は構成を変更することになるが、円筒部２０１、リング１０１ｂ及び小翼１０１ｃの各符号は、実施例２と同じ符号を用いている。
In the present embodiment, the positional relationship between the
［実施例４］
本発明の第四実施例（実施例４）を図７、図８Ａ及び図８Ｂにより説明する。なお、本実施例において実施例１〜３と共通する構成には、実施例１〜３と同じ符号を付し、説明を省略する。
[Example 4]
A fourth embodiment (Embodiment 4) of the present invention will be described with reference to FIGS. 7, 8A and 8B. In addition, the same code | symbol as Example 1-3 is attached | subjected to the structure which is common in Example 1-3 in a present Example, and description is abbreviate | omitted.
図７は、本発明の第四実施例（実施例４）に係る建設機械の冷却装置の側断面図である。 FIG. 7 is a side sectional view of a cooling device for a construction machine according to a fourth embodiment (embodiment 4) of the present invention.
本実施例に係る冷却装置１０００Ｄの冷却ファン装置１００Ｄは、リング１０１ｂの内径及び外径が増加して拡径する部分（拡径部）１０１ｂｂが、主翼１０１ａの翼端後縁部１０１ａｂよりも吐き出し側（吐き出し方向下流側）に配置されている。これに伴い、主翼１０１ａの外縁（翼端部）１０１ａｃの全体が、回転軸１０１ｅの軸方向において、少なくとも円筒部２０１の端部２０１ａよりも吸い込み側に位置している。
In the cooling
本実施例においては、リング１０１ｂの拡径部１０１ｂｂが主翼１０１ａの翼端後縁部１０１ａｂよりも吐き出し側（吐き出し方向下流側）に配置された構成が、実施例３に対して変更されているが、それ以外の構成は実施例３と同様である。上記構成の変更に伴い、本実施例では、シュラウド２００、リング１０１ｂ及び円筒部２０１における形状及び構成を実施例１〜３に対して変更しているが、シュラウド２００、リング１０１ｂ及び円筒部２０１の各符号は、実施例１〜３と同じ符号を用いている。また、本実施例において変更した構成は実施例１又は実施例２に適用してもよい。
In the present embodiment, the configuration in which the enlarged diameter portion 101bb of the
以下、図８Ａ及び図８Ｂを用いて実施例４の作用効果を説明する。図８Ａは、実施例４に係る冷却ファン装置を吐き出し側から見た斜視図である。図８Ｂは、実施例１〜３に係る冷却ファン装置を吐き出し側から見た斜視図である。 Hereinafter, the effect of Example 4 is demonstrated using FIG. 8A and 8B. FIG. 8A is a perspective view of the cooling fan device according to the fourth embodiment as viewed from the discharge side. FIG. 8B is a perspective view of the cooling fan device according to the first to third embodiments as viewed from the discharge side.
実施例１〜３においては、リング１０１ｂの内径及び外径が増加する拡径部１０１ｂｂが主翼１０１ａの翼端後縁部１０１ａｂよりも吸い込み側に配置されている、すなわち、主翼１０１ａの翼端後縁部１０１ａｂがリング１０１ｂから突き出た形態となっている。そのため主翼１０１ａの圧力面側ＰＳと負圧面側ＳＳとの間の圧力差によって生じる渦ηが形成される。この渦ηは、図８Ｂに示すように、隣の主翼１０１ａと干渉することがあり、この干渉はプロペラの効率を低下させる要因となる。
In the first to third embodiments, the enlarged diameter portion 101bb in which the inner diameter and the outer diameter of the
一方、本実施例では、リング１０１ｂの内径及び外径が増加する拡径部１０１ｂｂが主翼１０１ａの翼端後縁部１０１ａｂよりも吐き出し側に配置されている。すなわち、リング１０１ｂの吐き出し側の端部１０１ｂｃが主翼１０１ａの翼端後縁部１０１ａｂよりも吐き出し側に配置され、翼端後縁部１０１ａｂがリング１０１ｂの内側に配置されている。これにより、主翼１０１ａの翼端後縁部１０１ａｂがリング１０１ｂの吐き出し側に突き出ていない形態となっている。
On the other hand, in the present embodiment, the enlarged diameter portion 101bb in which the inner diameter and the outer diameter of the
主翼１０１ａの圧力面側ＰＳと負圧面側ＳＳとの間の圧力差によって渦θが形成されるが、実施例１の渦ηは主翼１０１ａの翼端部１０１ａｃを乗り越えて巻き上がる渦であるのに対して、渦θは主翼１０１ａの翼端後縁部１０１ａｂから形成される渦である。渦θは渦ηに比べて、吐き出し側に形成されるため、隣の主翼１０１ａとの干渉が弱い。これにより、本実施例は実施例１に比べて、さらに効率が向上する。
The vortex θ is formed by the pressure difference between the pressure surface side PS and the suction surface side SS of the
［実施例５］
本発明の第五実施例（実施例５）を図９、図１０Ａ及び図１０Ｂにより説明する。なお、本実施例において実施例１〜３と共通する構成には、実施例１〜３と同じ符号を付し、説明を省略する。
[Example 5]
A fifth embodiment (embodiment 5) of the present invention will be described with reference to FIGS. 9, 10A and 10B. In addition, the same code | symbol as Example 1-3 is attached | subjected to the structure which is common in Example 1-3 in a present Example, and description is abbreviate | omitted.
図９は、本発明の第五実施例（実施例５）に係る建設機械の冷却装置の側断面図である。 FIG. 9 is a side cross-sectional view of a construction machine cooling apparatus according to a fifth embodiment (embodiment 5) of the present invention.
本実施例に係る冷却装置１０００Ｅの冷却ファン装置１００Ｅは、リング１０１ｂの吸い込み側の端部１０１ｂｄが、主翼１０１ａの翼端前縁部１０１ａｄよりも吸い込み側（主流αの流れ方向上流側）に配置されている。
In the cooling fan device 100E of the
本実施例では、主翼１０１ａの外縁（翼端部）１０１ａｃの全体が、リング１０１ｂの内側に配置される。すなわち、主翼１０１ａの翼端後縁部１０１ａｂはリング１０１ｂの端部１０１ｂｃよりも主流αの流れ方向において上流側（吸い込み側）に位置し、主翼１０１ａの翼端前縁部１０１ａｄはリング１０１ｂの端部１０１ｂｄよりも主流αの流れ方向において下流側（吐き出し側）に位置する。
In the present embodiment, the entire outer edge (wing tip) 101ac of the
本実施例においては、リング１０１ｂの端部１０１ｂｄと主翼１０１ａの翼端前縁部１０１ａｄとの位置関係が実施例４に対して変更されているが、それ以外の構成は実施例４と同様である。上記構成の変更に伴い、本実施例では、シュラウド２００、リング１０１ｂ及び円筒部２０１の形状及び構成を実施例１〜４に対して変更しているが、シュラウド２００、リング１０１ｂ及び円筒部２０１の各符号は、実施例１〜４と同じ符号を用いている。また、本実施例において変更した構成は実施例１〜３に適用してもよい。
In the present embodiment, the positional relationship between the end portion 101bd of the
以下、図１０Ａ及び図１０Ｂを用いて実施例５の作用効果を説明する。図１０Ａは、実施例５に係る冷却ファン装置を吸い込み側から見た斜視図である。図１０Ｂは、実施例１に係る冷却ファン装置を吸い込み側から見た斜視図である。 Hereinafter, the effect of Example 5 is demonstrated using FIG. 10A and 10B. FIG. 10A is a perspective view of the cooling fan device according to the fifth embodiment when viewed from the suction side. FIG. 10B is a perspective view of the cooling fan device according to the first embodiment when viewed from the suction side.
実施例１〜４においては、リング１０１ｂの吸い込み側の端部１０１ｂｄが主翼１０１ａの翼端前縁部１０１ａｄよりも吐き出し側に配置されている、すなわち、主翼１０１ａの翼端前縁部１０１ａｄがリング１０１ｂから突き出た形態となっている。そのため主翼１０１ａの圧力面側ＰＳと負圧面側ＳＳとの間の圧力差によって生じる渦ιが形成される。この渦ιは隣の主翼１０１ａと干渉することがあり、この干渉はプロペラの効率を低下させる要因となる。
In the first to fourth embodiments, the end 101bd on the suction side of the
一方、本実施例では、リング１０１ｂの吸い込み側の端部１０１ｂｄが主翼１０１ａの翼端前縁部１０１ａｄよりも吸い込み側に配置されている。すなわち、リング１０１ｂの吸い込み側の端部１０１ｂｄが主翼１０１ａの翼端前縁部１０１ａｄよりも吸い込み側に配置され、翼端前縁部１０１ａｄがリング１０１ｂの内側に配置されている。これにより、主翼１０１ａの翼端前縁部１０１ａｄが突き出ていない形態となっている。
On the other hand, in the present embodiment, the suction side end portion 101bd of the
主翼１０１ａの翼端前縁部１０１ａｄはリング１０１ｂにおおわれているため、図１０Ｂに示すような渦ιは形成されない。これにより、本実施例は実施例１に比べて、さらに効率が向上する。
Since the blade tip front edge portion 101ad of the
［変更例１］
図１２を用いて小翼１０１ｃの第一の変更例（変更例１）について説明する。図１２は、本発明に係る変更例１について、リングに形成した一枚の小翼の近傍を示しており、回転軸の軸方向から見た図である。
[Modification 1]
A first modified example (modified example 1) of the
一点鎖線ｌ１０１はファン１０１の回転中心Ｏを通る線分を示している。本変更例では、小翼１０１ｃを、翼後縁１０１ｃｂが翼前縁１０１ｃａのリング１０１ｂへの接続側端部１０１ｃｅに対して回転方向後方に位置するような角度θ１０１ｃで傾斜させている。すなわち、回転方向を正の角度方向、回転方向に対して逆方向を負の角度方向とする場合、角度θ１０１ｃが０よりも小さい値を有するように、小翼１０１ｃを傾ける（小翼１０１ｃを後傾させる）。例えば、小翼１０１ｃの角度θ１０１ｃを０度から−６０度に後傾させることにより、静圧効率が１．７％向上することを確認している。
An alternate long and
本変更例は、実施例１〜５に適用可能である。 This modified example is applicable to Examples 1-5.
［変更例２］
図１３を用いて小翼１０１ｃの第二の変更例（変更例２）について説明する。図１３は、本発明に係る変更例２について、リングに形成した一枚の小翼の近傍を拡大して示す図である。
[Modification 2]
A second modification example (modification example 2) of the
実施例１〜５の小翼１０１ｃは、図１３に破線で示すように、翼後縁１０１ｃｂが回転軸１０１ｅに対して平行である。これに対して本変更例では、図１３に実線で示すように、翼後縁１０１ｃｂを回転軸１０１ｅに対して傾斜させている。この場合、翼後縁１０１ｃｂにおける翼前縁１０１ｃａとの接続側端部１０１ｃｇが、翼後縁１０１ｃｂにおけるリング１０１ｂとの接続側端部１０１ｃｆよりも、回転軸１０１ｅに近づくように傾斜させている。すなわち、翼後縁１０１ｃｂの端部１０１ｃｇにおける回転半径は、端部１０１ｃｆにおける回転半径よりも小さくなるように、翼後縁１０１ｃｂが傾斜している。
In the
翼後縁１０１ｃｂを傾斜させることにより、静圧効率が最大で１．９％向上することを確認している。 It has been confirmed that the static pressure efficiency is improved by a maximum of 1.9% by inclining the blade trailing edge 101cb.
本変更例は、実施例１〜５に適用してもよい。また本変更例は、変更例１と組み合わせて、実施例１〜５に適用可能してもよい。 This modification may be applied to the first to fifth embodiments. Moreover, this modified example may be applied to the first to fifth embodiments in combination with the modified example 1.
［変更例３］
図１４を用いて小翼１０１ｃの第三の変更例（変更例３）について説明する。図１４は、本発明に係る変更例３について、リングに形成した一枚の小翼の近傍を拡大して示す図である。
[Modification 3]
A third modification example (modification example 3) of the
小翼１０１ｃは、翼前縁１０１ｃａと翼後縁１０１ｃｂとを接続する、例えば円弧などの曲線形状部を有していてもよい。すなわち小翼１０１ｃは、翼前縁１０１ｃａと翼後縁１０１ｃｂとが曲線を描く形状部で接続される。或いは、曲線に替えて、翼前縁１０１ｃａと翼後縁１０１ｃｂとを、翼前縁１０１ｃａと翼後縁１０１ｃｂとに対して傾斜した直線形状部で接続してもよい。
The
本変更例は、実施例１〜５に適用してもよい。また本変更例は、変更例１又は変更例２と組み合わせて、或いは変更例１及び変更例２と組み合わせて、実施例１〜５に適用可能してもよい。 This modification may be applied to the first to fifth embodiments. In addition, the present modification example may be applied to the first to fifth embodiments in combination with the first modification example or the second modification example, or in combination with the first modification example and the second modification example.
上述した各実施例及び変更例において、「翼」は本質的な流れ（空気流）を発生させるものである。例えば小翼１０１ｃは、本質的な流れを発生し、この流れを用いて逆流を抑制する。ここで本質的な流れとは、逆流を抑制することができる流れを意味する。
In each of the above-described embodiments and modifications, the “wing” generates an essential flow (air flow). For example, the
油圧ショベル等の建設機械に上述した冷却ファン装置を用いることにより、建設機械の信頼性を向上することができると共に、省エネ化を向上することができる。 By using the cooling fan device described above for a construction machine such as a hydraulic excavator, the reliability of the construction machine can be improved and energy saving can be improved.
なお、本発明は上記した各実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。 In addition, this invention is not limited to each above-mentioned Example, Various modifications are included. For example, the above-described embodiments have been described in detail for easy understanding of the present invention, and are not necessarily limited to those having all the configurations. Further, a part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of one embodiment. Further, it is possible to add, delete, and replace other configurations for a part of the configuration of each embodiment.
１０１…ファン（冷却ファン又はプロペラとも呼ばれ、リングファンで構成される）、１０１ａ…羽根（主翼）、１０１ａｂ…主翼１０１ａの翼端後縁部、１０１ａｃ…主翼１０１ａの翼端部、１０１ａｄ…主翼１０１ａの翼端前縁部、１０１ｂ…リング、１０１ｂｂ…リング１０１ｂの内径及び外径が増加する部分（拡径部）、１０１ｂｃ…リング１０１ｂの吐き出し側の端部、１０１ｂｄ…リング１０１ｂの吸い込み側の端部、１０１ｃ…小翼、１０１ｃａ…小翼１０１ｃの前縁、１０１ｄ…ボス、１０１ｅ…回転軸、１００Ａ〜１００Ｅ…冷却ファン装置（送風装置）、２００…シュラウド、２０１…円筒部、２０１ａ…円筒部２０１の吐き出し側の端部、３００…動力伝達機構、３０１，３０２…プーリ、３０３…ベルト、４００…エンジン、５００…熱交換器、ＰＳ…主翼１の圧力面側、ＳＳ…主翼１の負圧面側。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記リングは、冷却ファン装置の吐き出し方向下流側に向かって内径及び外径が拡大する拡径部と、前記拡径部の外周側に設けられた小翼と、を有し、
前記小翼は、前記リングファンの軸方向において、前記リングと前記シュラウドとの間に配置され、前記リングファンと一体で回転することを特徴とする冷却ファン装置。 In a cooling fan device comprising a plurality of main wings and a ring fan having a ring provided on an outer edge of the main wing, and a shroud arranged at intervals around the ring,
The ring has an enlarged diameter part whose inner diameter and outer diameter increase toward the downstream side in the discharge direction of the cooling fan device, and a small wing provided on the outer peripheral side of the enlarged diameter part,
The small fan is disposed between the ring and the shroud in the axial direction of the ring fan, and rotates integrally with the ring fan.
前記シュラウドは前記リングファンが配置される開口を有し、
前記シュラウドの前記開口よりも径方向外側に、前記シュラウドから吐き出し方向下流側に向かって突き出すように円筒部を設けたことを特徴とする冷却ファン装置。 The cooling fan device according to claim 1,
The shroud has an opening in which the ring fan is disposed;
A cooling fan device, wherein a cylindrical portion is provided on the radially outer side of the opening of the shroud so as to protrude toward the downstream side in the discharge direction from the shroud.
前記円筒部の吐き出し方向下流側の端部が、前記小翼の前縁よりも吐き出し方向下流側に位置し、前記リングの吐き出し方向下流側の端部よりも吸い込み側に位置することを特徴とする冷却ファン装置。 The cooling fan device according to claim 2,
An end of the cylindrical portion on the downstream side in the discharge direction is located on the downstream side in the discharge direction with respect to the leading edge of the winglet, and is located on the suction side with respect to an end on the downstream side in the discharge direction of the ring. Cooling fan device to do.
前記リングの前記拡径部は、前記主翼の翼端後縁部よりも吐き出し方向下流側に位置することを特徴とする冷却ファン装置。 The cooling fan device according to claim 1,
The cooling fan device according to claim 1, wherein the diameter-enlarged portion of the ring is located downstream of the blade tip trailing edge of the main wing in the discharge direction.
前記リングの前記拡径部が形成された側の端部とは反対側の端部は、前記リングファンが送風する主流の流れ方向において、前記主翼の翼端前縁部よりも上流側に位置することを特徴とする冷却ファン装置。 The cooling fan device according to claim 1,
The end portion of the ring opposite to the end portion on which the diameter-expanded portion is formed is located upstream of the front edge of the blade tip of the main wing in the flow direction of the main flow blown by the ring fan. A cooling fan device characterized by:
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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