JP7463040B2

JP7463040B2 - 可搬形作業機の内部冷却構造

Info

Publication number: JP7463040B2
Application number: JP2021088962A
Authority: JP
Inventors: 勇人齋藤; 愛齋藤
Original assignee: デンヨー株式会社
Priority date: 2021-05-27
Filing date: 2021-05-27
Publication date: 2024-04-08
Anticipated expiration: 2041-05-27
Also published as: JP2022181797A

Description

本発明は、エンジン駆動式の発電機，溶接機や燃料電池式可搬形発電装置のような可搬形作業機の内部冷却構造、特に、燃料電池式可搬形発電装置に好適な可搬形作業機の内部冷却構造に関するものである。

エンジン駆動式の発電機，溶接機や燃料電池式可搬形発電装置のような可搬形作業機は、エンジン，作業機本体等を筐体内に格納し、筐体内に冷却風を流して発熱するエンジンや作業機本体の冷却を行う。例えば、特許文献１に示される燃料電池式発電装置では、四角い箱型の筐体内を、制御装置，インバータ等を収納する電気室と、燃料電池本体を収納する本体室とに隔壁により区画し、電気室，本体室の底面にそれぞれ吸気口を設けている。

そして、電気室内に設けた電気室ファンにより、電気室の底面に設けた吸気口から電気室内に外気を吸引し、それにより電気室内に収納されている制御装置，インバータ等を冷却した後、電気室から隔壁の隙間を通して本体室内に導く。また、隔壁の隙間を通して電気室から導かれた空気とともに、本体室の底面に設けた吸気口から吸引された空気により本体室内に収納されている燃料電池本体を冷却し、冷却後の空気を本体室内に設けた本体室ファンにより外部に排出する。このようにして、空気の滞留部分が少ない効率的な換気ができるようにしている。

また、エンジン発電機等のエンジン作業機においては、エンジンや作業機本体を収納した四角い箱型筐体の側面や背面に吸気口を、上面前部に排気口を設けて、吸気口から吸引した空気を筐体内部に満遍なく流し、排気口から外部に排気する。このようにして、エンジンや作業機本体を冷却するようにしている。

特開２００７－２００６５０号公報

しかしながら、上記従来の可搬形作業機の内部冷却構造の内、上記可搬形作業機やエンジン作業機のように四角い箱型筐体にエンジンや作業機本体を収納したものでは、冷却空気が四角い箱型の中を流れるため、空気の流れが筐体内部の隅部で乱れてしまい、効率的な冷却ができないという問題点があった。また、特許文献１に示されるようなものは、吸気口が電気室と本体室の底面に設けられているため、十分な吸気量を確保するためには、装置のかさ上げが必要であり、その分、高さ方向のサイズが大きくなって設置場所が限定されるという問題点があった。

本発明は、そのような問題点に鑑み、作業機内での冷却空気の流れの乱れを少なくして冷却効率を上げること、及び、装置のかさ上げをすることなく十分な吸気量を確保できるようにすることを目的とするものである。

前記課題を解決するため、本願の請求項１に係る発明は、作業機本体を収納した筐体の長手方向両端部にそれぞれ半円筒状のフレームを、互いに対向させて立設し、上から見て筐体全体が小判状になるようにし、前記フレームの内の一方の面に吸気口を、他方のフレームの面に排気口を設け、前記筐体内側の曲面に沿って、前記吸気口から前記排気口に向けて冷却空気を流すようにしたことを特徴とする。

また、本願の請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において、前記吸気口と排気口に、先端縁が前記フレームの外周面に沿うような円弧状で、前記筐体の内側から外側に向かって斜め下に傾斜し、更に外側下向きに円錐状に丸みを持たせたルーバをそれぞれ複数枚平行に設けたことを特徴とする。

また、本願の請求項３に係る発明は、請求項１又は２に係る発明において、前記筐体の底部を横断するように、断面コの字状で両端が開口した溝型導風部材を伏せた状態で、所定の間隔をあけて平行に設け、それら前記導風部材の中間部側面に、互いに対向させて排出開口を設け、前記導風部材の両端の開口から吸引した空気を前記筐体内へ導入するようにしたことを特徴とする。

また、本願の請求項４に係る発明は、請求項３に係る発明において、前記筐体内部を上下２段に区画し、上段に前記作業機本体として燃料電池ユニットを配置し、下段にパワーコンディショナーを配置し、前記導風部材の前記排出開口から排出された空気により、筐体下段に配置された前記パワーコンディショナーを冷却した後、筐体上段に導入するようにしたことを特徴とする。

本発明は、次のような効果を奏する。
すなわち、請求項１に係る発明においては、作業機本体を収納した筐体の長手方向両端部にそれぞれ半円筒状のフレームを、互いに対向させて立設し、上から見て筐体全体が小判状になるようにし、前記フレームの内の一方の面に吸気口を、他方のフレームの面に排気口を設け、前記筐体内側の曲面に沿って、前記吸気口から前記排気口に向けて冷却空気を流すようにしたので、冷却空気の流れが乱れる隅部がなくなり、作業機内での冷却空気の流れの乱れが少なくなって冷却効率を上げることができる。また、吸気口と排気口を半円筒状のフレームの表面に設けることで、吸気口と排気口を横幅方向に大きくとれるようになって、その点でも冷却効率を上げることができる。

また、請求項２に係る発明においては、請求項１に係る可搬形作業機の内部冷却構造において、前記吸気口と排気口に、先端縁が前記フレームの外周面に沿うような円弧状で、前記筐体の内側から外側に向かって斜め下に傾斜し、更に外側下向きに円錐状に丸みを持たせたルーバをそれぞれ複数枚平行に設けたので、吸気口や排気口から中に入り込もうとする雨滴は、ルーバ先端部の円錐状の丸みにより落下して中に入りにくくなる。

また、請求項３に係る発明においては、請求項１又は２に係る可搬形作業機の内部冷却構造において、前記筐体の底部を横断するように、断面コの字状で両端が開口した溝型導風部材を伏せた状態で、所定の間隔をあけて平行に設け、それら前記導風部材の中間部側面に、互いに対向させて排出開口を設け、前記導風部材の両端の開口から吸引した空気を前記筐体内へ導入するようにしたので、可搬形作業機を移動させる際に、導風部材をフォークリフトの爪の差込部として利用でき、装置のかさ上げをすることなく十分な吸気量を確保できるようになる。

また、請求項４に係る発明においては、請求項３に係る可搬形作業機の内部冷却構造において、前記筐体内部を上下２段に区画し、上段に前記作業機本体として燃料電池ユニットを配置し、下段にパワーコンディショナーを配置し、前記導風部材の前記排出開口から排出された空気により、筐体下段に配置された前記パワーコンディショナーを冷却した後、筐体上段に導入するようにした。その結果、燃料電池ユニットが収納されている筐体内部上段に、筐体の長手方向両端部に設けた吸気口から排気口へと抜ける冷却風に加えて、
筐体下段からパワーコンディショナーを冷却した後の冷却空気も導入されることで、燃料電池ユニットを効率的に冷却することができる。

本発明の一実施例に係る燃料電池式可搬形発電装置を示す図である。図1の燃料電池式可搬形発電装置の内部構造を示す図である。フロントフレームとリアフレームを示す図である。ルーフパネルを示す図である。吸気ダクトを示す図である。吸気ルーバを示す図である。排気ダクトの組立図である。排気ダクトを示す図である。下段ベースと上段ベースの組立図である。制御装置室内のパワーコンディショナの配置を示す図である。制御装置室を架台カバーで覆った状態を示す図である。可搬形発電装置内部での冷却風の流れを示す図である。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施例に係る燃料電池式可搬形発電装置を示す図であり、図２は、図1の燃料電池式可搬形発電装置の内部構造を示す図であって、それぞれ、斜めフロント側から見た図と、それとは反対の斜めリア側から見た図とを示している。図１，図２において、符号１は、フロントフレーム、２はリアフレーム、３はルーフパネル、４は下段ベース、５，６はサイドドア、７，８はスプラッシャパネル、９は吸気口、１０は排気口、１１は吸気開口、１２は生成水排出口、１３は水素供給口、１４は吊りフック、１５は吊りフックカバー、１６は出力端子部、１７は操作パネル、１８は運転スイッチ、１９は非常停止ボタン、２０は上段ベース、２１は吊り金具、２２は制御箱、２３は電装品箱、２４はカバーである。

フロントフレーム１とリアフレーム２は、図３に示すように、半円筒形をしていて、リアフレーム２の下部には吸気口９が設けられ、フロントフレーム１の下部には排気口１０が設けられている。側面は、サイドドア５，６とスプラッシャパネル７，８で覆われており、サイドドア５，６は、上辺を中心にして上下方向に回転し、開閉できるようになっている。

上部はルーフパネル３で覆われている。ルーフパネル３は、図４に示すように、前後は半円筒形で上部の全周は丸みを持たせ、裏側には、フロントフレーム１，リアフレーム２に取り付ける面を設けている。また、長手方向中央部を横断するように，断面がコの字状の吊りフック取付金具３ａが設けられており、その中央部には、吊りフック１４を取り付けるための吊りフック取付部３ｂが設けられている。そして、吊りフックカバー１５は、吊りフック取付金具３ａの開口部全体をカバーするように取り付けられる。さらに、吊りフック取付金具３ａの一方の端部には、カバー２４，２４用のカバー取付ブラケット３ｃ，３ｃが設けられている。

図１，図２に示すように、この燃料電池式可搬形発電装置の底部には下段ベース４が設けられ、下段ベース４の左右両側面には、吸気開口１１，１１が設けられており、吸気口９だけでなく吸気開口１１，１１からも冷却用の空気を内部に導入できるようになっている。

下段ベース４の上には、上段ベース２０が配置され、上段ベース２０の上には、燃料電池ユニット（図示せず）が配設される。上段ベース２０の上の一方の側部には、燃料電池ユニットの制御箱２２及び電装品箱２３が配設され、他方の側部は、カバー２４，２４が配設されて、吸気口９から吸引された空気は、制御箱２２，電装品箱２３とカバー２４，２４の間を流れて、それらの間にある燃料電池ユニットを冷却した後、排気口１０から排出されるようになっている。

また、下段ベース４の両側部中央には、吊り金具２１，２１の下端部が取り付けられており、それら吊り金具２１，２１の上端部には、吊りフック取付金具３ａを介して吊りフック１４が取り付けられる。そして、その吊りフック１４は、吊りフックカバー１５により、常時は覆われる。

吸気口９の内側には、断面がコの字状の吸気ダクト９ａが設けられ、図５に示すように、その内面には、複数枚の整流板９ｂ，９ｂ，９ｂが垂直方向に設けられている。そして、吸気ダクト９ａのコの字状側壁部に、複数枚の吸気ルーバ９ｃ，９ｃ，９ｃを平行に取り付ける。吸気ルーバ９ｃ，９ｃ，９ｃは、先端縁がリアフレーム２の外周面に沿うような円弧状に形成されていて、図６に示すように、筐体の内側から外側に向かって斜め下に傾斜するように設けて、更に外側下向きに円錐状に丸みを持たせている。

また、排気口１０の内側には枠状の排気ダクト１０ａが設けられているが、図７に示すように、その内面を筐体の内側に向けていて、上部には開口部があり、該開口部の下側外面には、複数枚の整流板１０ｃ，１０ｃ，１０ｃが垂直方向に設けられている。そして、上記開口部には、上と左右の三面が台形板で囲まれ下方が開放された排気ダクトカバー１０ｂが外側から被せられる。その排気ダクトカバー１０ｂの内側には、図８に示すように、複数枚の整流板１０ｇ，１０ｇが垂直方向に設けられている。なお、それらの整流板１０ｇ，１０ｇは、排気ダクト１０ａに設けた整流板１０ｃ，１０ｃ，１０ｃの間に位置するように配置する。

また、排気ダクト１０ａの両側面で、排気ダクトカバー１０ｂの下側に、断面がＬ字状のルーバ固定部材１０ｆ，１０ｆを取り付けて、それらの上端間を覆うように排気ルーバ上板１０ｅを取り付け、その下側には、上記吸気ルーバ９ｃ，９ｃ，９ｃと同様な、複数枚の排気ルーバ１０ｄ，１０ｄ，・・・を一定間隔で平行に取り付けている。

吸気口９に、このような吸気ルーバ９ｃ，９ｃ，９ｃを設け、排気口１０に排気ルーバ１０ｄ，１０ｄ，・・・を設けたことにより、各ルーバに当たった雨滴は、円弧状をした各ルーバの円錐状の丸みを持った先端部から落下して、吸気口９や排気口１０から中に入りにくくなる。

図９は、下段ベースと上段ベースの組立図である。下段ベース４の下段ベース底板４ａは、中間部が長方形で長手方向両端部が半円形をしていて全体が小判状に形成されており、その下段ベース底板４ａ上を横断するように、断面コの字状で両端が開口した溝型の導風部材４ｂを伏せた状態で、所定の間隔をあけて平行に設けている。それら導風部材４ｂの中間部側面には、互いに対向させて排出開口４ｃを設けている。

また、下段ベース底板４ａの両側辺部には、垂直に下段ベース側板４ｄを設け、導風部材４ｂが当接する部分は開口させている。また、下段ベース底板４ａのフロント側には、垂直に下段ベース前板４ｅを、リア側には、垂直に下段ベース後板４ｆを設けている。そして、下段ベース側板４ｄの上部には、断面がＬ字状の下段ベース側部上板４ｇ，４ｇを、下段ベース前板４ｅと下段ベース後板４ｆの上部には、下段ベース端部上板４ｈ，４ｈ
を設けている。

左右の下段ベース側板４ｄ，４ｄには、吊り金具２１を取り付けるためのブラケット４ｉ，４ｉを設けており、また、一方の下段ベース側板４ｄには、燃料電池生成水を生成水排出口１２（図１）から外部へ排出するためのドレンジョイント４ｊを設けている。

そして、下段ベース４の上には、上段ベース２０を載置して取り付ける。上段ベース２０の上段ベース底板２０ａは、下段ベース底板４ａと同様に、小判状に形成されており、その上段ベース底板２０ａの中央部には、導風部材４ｂの排出開口４ｃから排出された冷却空気を上方に導入するための通風孔２０ｂを設けている。

また、上段ベース底板２０ａには、角パイプ２０ｃ，２０ｃ，・・・を立設して、それらの上端に上段ベース上板２０ｄを載せて固定し、架台とする。そして、上段ベース底板２０ａと上段ベース上板２０ｄのそれぞれ対向する位置に、燃料電池生成水処理用のホースを通すための排水ホース挿通孔２０ｅ，２０ｅを設けている。

この上段ベース底板２０ａと上段ベース上板２０ｄの間の空間を制御装置室として、図１０に示すように、燃料電池で発電した直流電圧を交流電圧に変換するためのパワーコンディショナー２５，２５，・・・とパワーコンディショナー制御装置２６を設置する。そして、上段ベース上板２０ｄの上は、燃料電池ユニット室として、そこに燃料電池スタック３０ａ，エアクリーナ３０ｂ，ラジエータ３０ｃ，ラジエータファン３０ｄ等とからなる燃料電池ユニット３０を設置する。

燃料電池スタック３０ａは、水素供給口１３（図１）から供給された水素と、エアクリーナ３０ｂから吸い込んだ空気中の酸素とを化学反応させる所である。ラジエータ３０ｃは、燃料電池スタック３０ａ内で水素と酸素が反応する際に発生する熱を吸収して高温になった冷却水を冷却する。ラジエータファン３０ｄは、ラジエータ３０ｃを冷却するためのファンで、筐体内に配置することで、筐体内の冷却風を外部へ吸い出す。

パワーコンディショナー２５は複数のユニットにユニット化されていて、それぞれのユニットは、四角いボックスに収納され、それぞれ、ＤＣファン２５ａによりパワーコンディショナー冷却用の空気を吸い込んで、ボックス内を冷却し、空気排出口２５ｂから排出するようにしている。

図１１は、制御装置室を架台カバーで覆った状態を示す図である。符号は、図５，図８，図１０のものに対応しており、２０ｆは架台カバー、２０ｇは排風開口である。架台の一方の側面は、排風開口２０ｇを有する架台カバー２０ｆで覆われ、他方の側面は開口部がない裏カバー（図示せず）で覆われている。また、架台のフロント側は排気ダクト１０ａで塞がれ、リア側は吸気ダクト９ａで塞がれている。

したがって、架台内では、前記上段ベース底板２０ａの通風孔２０ｂから導入された冷却空気が、各パワーコンディショナー２５を冷却した後、排風開口２０ｇから排出されて、燃料電池ユニット３０が収納されている上部へ流れていく。

筐体内の冷却風の流れは、燃料電池ユニット３０のラジエータファン３０ｄによる吸出効果により生じる。図１２は、可搬形発電装置内部での冷却風の流れを示す図である。図中にＦ１で示す流れは、下段ベース４横の吸気開口１１，１１，１１，１１から外気が吸い込まれ、導風部材４ｂの排出開口４ｃ，上段ベース底板２０ａの通風孔２０ｂを通り、架台内の制御装置室に送られて、パワーコンディショナー２５とパワーコンディショナー制御装置２６を冷却する。

その後、パワーコンディショナー２５のＤＣファン２５ａにより、制御装置室を覆う架台カバー２０ｆ，２０ｆの排風開口２０ｇ，２０ｇから冷風Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４となって上方へ排出される。冷風Ｆ２は、排風開口２０ｇから電装品箱２３の横を通り、燃料電池ユニット室に送られ、燃料電池スタック３０ａの冷却にも利用される。冷風Ｆ３，Ｆ４は、排風開口２０ｇからサイドドア５と電装品箱２３の間を通り、電装品箱２３上部の空間から燃料電池ユニット室に入り、燃料電池スタック３０ａの冷却にも利用される。

冷風Ｆ５は、リアフレーム２の吸気口９から取り込まれて、吸気ダクト９ａの整流板９ｂにより整流され、リアフレーム２内側曲面に沿って燃料電池ユニット室内に導入され、燃料電池スタック３０ａ，ラジエータ３０ｃを冷却した後、整流板１０ｇ，１０ｃで整流され、フロントフレーム１の内側曲面に沿って回り込んだ冷風Ｆ５（図示なし）と一緒に、排風Ｆ６として排気口１０から外部に排出される。

燃料電池ユニット室は、左右の一方の側に制御箱２２と電装品箱２３，２３が設置され、他方の側はカバー２４，２４で覆われており、冷却風はそれらの間を吹き抜けるように流れていく。そして、燃料電池ユニット室内を冷却した空気は、ラジエータファン３０ｄにより、排気ダクト１０ａ，排気ダクトカバー１０ｂ，排気ルーバ１０ｄを整流されながらよどみなく流れていく。燃料電池ユニット３０の冷却対象は、燃料電池スタック３０ａとラジエータ３０ｃという狭い範囲に限定されるので、このようにすれば非常に効率的に冷却ができる。

１フロントフレーム
２リアフレーム
３ルーフパネル
４下段ベース
・サイドドア
・スプラッシャパネル
９吸気口
１０排気口
１１吸気開口
１２生成水排出口
１３水素供給口
１４吊りフック
１５吊りフックカバー
１６出力端子部
１７操作パネル
１８運転スイッチ
１９非常停止ボタン
２０上段ベース
２１吊り金具
２２制御箱
２３電装品箱
２４カバー
２５パワーコンディショナー
２６パワーコンディショナー制御装置
３０燃料電池ユニット

Claims

作業機本体を収納した筐体の長手方向両端部にそれぞれ半円筒状のフレームを、互いに対向させて立設し、上から見て筐体全体が小判状になるようにし、前記フレームの内の一方の面に吸気口を、他方のフレームの面に排気口を設け、前記筐体内側の曲面に沿って、前記吸気口から前記排気口に向けて冷却空気を流すようにしたことを特徴とする可搬形作
業機の内部冷却構造。
前記吸気口と前記排気口に、先端縁が前記フレームの外周面に沿うような円弧状で、前記筐体の内側から外側に向かって斜め下に傾斜し、更に外側下向きに円錐状に丸みを持たせたルーバをそれぞれ複数枚平行に設けたことを特徴とする請求項１に記載の可搬形作業機の内部冷却構造。
前記筐体の底部を横断するように、断面コの字状で両端が開口した溝型導風部材を伏せた状態で、所定の間隔をあけて平行に設け、それら前記導風部材の中間部側面に、互いに対向させて排出開口を設け、前記導風部材の両端の開口から吸引した空気を前記筐体内へ導入するようにしたことを特徴とする請求項１又は２に記載の可搬形作業機の内部冷却構造。
前記筐体内部を上下２段に区画し、上段に前記作業機本体として燃料電池ユニットを配置し、下段にパワーコンディショナーを配置し、前記導風部材の前記排出開口から排出された空気により、筐体下段に配置された前記パワーコンディショナーを冷却した後、筐体上段に導入するようにしたことを特徴とする請求項３に記載の可搬形作業機の内部冷却構造。