JP4811864B2 - Cooling system - Google Patents

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Description

本発明は、水冷式の冷却装置に関する。   The present invention relates to a water-cooled cooling device.

電気ハイブリッド仕様の車両には、モータ/ジェネレータや、モータ/ジェネレータを制御するためのインバータなどの電気装置が搭載されている。これらのモータ/ジェネレータやインバータは冷却する必要があり、水冷式のものが多く、水冷専用の冷却回路を設置する必要がある（例えば、特許文献１参照）。   Electric hybrid specification vehicles are equipped with electric devices such as a motor / generator and an inverter for controlling the motor / generator. These motors / generators and inverters need to be cooled, and many are water-cooled, and a cooling circuit dedicated to water-cooling needs to be installed (see, for example, Patent Document 1).

図５は、電気ハイブリッド仕様の油圧ショベルの旋回フレーム11に搭載された電気系統の冷却装置の概略配置を示し、旋回フレーム11上の空スペースに、水冷タンク12、水冷ポンプ13、水冷式インバータ14、水冷式旋回モータ/ジェネレータ15、水冷式メインモータ/ジェネレータ16および冷却ファン付き冷却ユニット（ラジエータ）17などを配置し、これらを水冷回路用ホース18で順次連通して冷却水を無端状に循環させる水冷専用の冷却回路を構成している。
特開２００５−３５４７６号公報（第５頁、図５） FIG. 5 shows a schematic arrangement of an electric system cooling device mounted on a swing frame 11 of an electric hybrid type hydraulic excavator. In an empty space on the swing frame 11, a water cooling tank 12, a water cooling pump 13, a water cooling inverter 14, a water cooling Water-cooling system in which a rotary motor / generator 15, a water-cooled main motor / generator 16, a cooling unit with a cooling fan (radiator) 17, etc. are arranged in series and are continuously communicated by a water-cooling circuit hose 18. A dedicated cooling circuit is configured.
Japanese Patent Laying-Open No. 2005-35476 (5th page, FIG. 5)

しかしながら、旋回フレーム11上の限られたスペースに水冷回路用の各機器を分散配置することは困難な場合がある。   However, it may be difficult to disperse and arrange the water cooling circuit devices in a limited space on the swivel frame 11.

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、取付相手の省スペース化に適合する冷却装置を提供することを目的とする。   This invention is made in view of such a point, and it aims at providing the cooling device which adapts to the space-saving of an other party.

請求項１に記載された発明は、タンク取付空間部を囲む少なくとも左右および下側の３方に冷却水収納部を有する水冷タンクと、この水冷タンクのタンク取付空間部に装着された冷却水冷却用の冷却ユニットと、上記水冷タンクに取付けられた水冷ポンプとを具備し、上記冷却ユニットは、冷却水の入口および出口となる２つの冷却水口を有する水冷パイプおよび放熱フィンがパネル状に構成された熱交換器と、この熱交換器に冷却風を供給する冷却ファンとを一体に備え、上記水冷タンク内の冷却水を上記水冷ポンプにより汲み上げて水冷対象部に供給することで水冷対象部を冷却するとともに、この水冷対象部から戻された冷却水を上記冷却ユニットの上記水冷パイプを経て上記水冷タンク内に循環させる冷却回路を備えた冷却装置である。 The invention described in claim 1 includes a water-cooled tank having a cooling water storage section to the 3-way of at least left and right and lower surrounding the tank mounting space, cooling water cooled mounted in the tank mounting space of the water cooling tank And a water cooling pump attached to the water cooling tank . The cooling unit includes a water cooling pipe having two cooling water ports as an inlet and an outlet for cooling water, and a radiation fin in a panel shape. The heat exchanger and a cooling fan that supplies cooling air to the heat exchanger are integrated, and the water cooling target part is pumped up by the water cooling pump and supplied to the water cooling target part. to cool, cooler der provided with a cooling circuit for circulating to the water cooling tank through the water-cooling pipe of the cooling unit the cooling water returned from the water-cooled target portion .

請求項２に記載された発明は、請求項１記載の冷却装置における水冷タンクの冷却水収納部が、矩形断面の管状部材により凹形に構成されたものである。   According to a second aspect of the present invention, the cooling water storage portion of the water cooling tank in the cooling device according to the first aspect is configured in a concave shape by a tubular member having a rectangular cross section.

請求項３に記載された発明は、請求項１または２記載の冷却装置における水冷タンクが、防錆処理された金属板により構成されたものである。 According to a third aspect of the present invention, the water-cooled tank in the cooling device according to the first or second aspect is constituted by a rust-proof metal plate .

請求項１に記載された発明によれば、タンク取付空間部を囲む少なくとも左右および下側の３方に冷却水収納部を有する水冷タンクは、フレーム構造であるから、そのタンク取付空間部に冷却ユニットをコンパクトに一体化することができ、取付相手の省スペース化に適合する冷却装置を提供できる。さらに、冷却ユニット・水冷タンク間の配管を簡単にできる。水冷タンクと冷却ユニットと水冷ポンプとをコンパクトに一体化できるとともに、これらの間の配管を省略または簡単にできる。また、これらをサブ組みしてモジュール化することで、これらの取付相手への搭載も容易にできる。 According to the first aspect of the present invention, the water cooling tank having the cooling water storage portions at least on the left and right sides and the lower side surrounding the tank mounting space portion has a frame structure. The unit can be integrated in a compact manner, and a cooling device suitable for space saving of the mounting partner can be provided. Furthermore, piping between the cooling unit and the water cooling tank can be simplified. The water cooling tank, the cooling unit, and the water cooling pump can be integrated in a compact manner, and piping between them can be omitted or simplified. Moreover, by mounting these components in a sub-assembly, it is possible to easily mount them on the mounting counterpart.

請求項２に記載された発明によれば、水冷タンクの冷却水収納部は、矩形断面の管状部材により凹形に構成されたので、冷却ユニット支持フレームとしての十分な強度を容易に確保できる。また、矩形断面の管状部材により凹形に構成された冷却水収納部を有する水冷タンクは、冷却水を収納した状態での安定性が高く、冷却ユニットの振動低減にも役立つ。   According to the second aspect of the present invention, since the cooling water storage portion of the water cooling tank is formed in a concave shape by the tubular member having a rectangular cross section, sufficient strength as a cooling unit support frame can be easily secured. In addition, a water cooling tank having a cooling water storage portion configured in a concave shape by a tubular member having a rectangular cross section has high stability in a state where cooling water is stored, and is useful for reducing vibration of the cooling unit.

請求項３に記載された発明によれば、防錆処理された金属板により構成された水冷タンクは、タンク内面での錆の発生を防止できる。 According to the third aspect of the present invention, the water-cooled tank composed of the rust-proof metal plate can prevent the occurrence of rust on the tank inner surface .

以下、本発明を、図１乃至図４に示された一実施の形態を参照しながら詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to one embodiment shown in FIGS.

図４に示される作業機械21は、電気ハイブリッド仕様の油圧ショベルであり、下部走行体22上に上部旋回体23が旋回可能に設けられ、この上部旋回体23上に作業装置24などが搭載されている。   The work machine 21 shown in FIG. 4 is an electric hybrid type hydraulic excavator, and an upper swing body 23 is turnably provided on a lower traveling body 22, and a work device 24 and the like are mounted on the upper swing body 23. ing.

図３は、電気ハイブリッド仕様の油圧ショベルの上部旋回体23を構成する機体フレーム23fを示し、機体フレーム23fの中心部には水冷式旋回モータ/ジェネレータ25が取付けられ、機体フレーム23fの後部一側には水冷式メインモータ/ジェネレータ26が搭載され、機体フレーム23fの後部他側には水冷式インバータ27と、冷却装置（ラジエータ）28が搭載されている。   FIG. 3 shows a fuselage frame 23f constituting the upper swing body 23 of an electric hybrid hydraulic excavator. A water-cooled swing motor / generator 25 is attached to the center of the fuselage frame 23f, and one side of the rear of the fuselage frame 23f is shown. Is mounted with a water-cooled main motor / generator 26, and a water-cooled inverter 27 and a cooling device (radiator) 28 are mounted on the other side of the rear part of the body frame 23f.

水冷式旋回モータ/ジェネレータ25は、下部走行体22に対し上部旋回体23を旋回駆動する電動モータとして機能するとともに、上部旋回体23が有する旋回エネルギを電気エネルギに変換しつつ制動を行なう発電機として機能する。   The water-cooled swing motor / generator 25 functions as an electric motor that swings and drives the upper swing body 23 with respect to the lower traveling body 22, and also performs a braking operation while converting the swing energy of the upper swing body 23 into electric energy. Function as.

水冷式メインモータ/ジェネレータ26は、機体フレーム23f上に設置されたエンジン（図示せず）の動力軸に接続され、蓄電器から供給された電気エネルギにより作動してエンジンの動力不足を補う際の電動モータとして機能するとともに、エンジンの余剰動力を電気エネルギに変換して蓄電装置に蓄える際の発電機として機能する。   The water-cooled main motor / generator 26 is connected to a power shaft of an engine (not shown) installed on the body frame 23f, and is operated by electric energy supplied from a capacitor to compensate for engine power shortage. In addition to functioning as a motor, it functions as a generator for converting surplus power of the engine into electrical energy and storing it in a power storage device.

水冷式インバータ27は、これらの水冷式旋回モータ/ジェネレータ25や、水冷式メインモータ/ジェネレータ26を制御する。
冷却装置28は、これらの水冷式旋回モータ/ジェネレータ25、水冷式メインモータ/ジェネレータ26および水冷式インバータ27を冷却水により冷却するものである。 The water-cooled inverter 27 controls the water-cooled swing motor / generator 25 and the water-cooled main motor / generator 26 .
The cooling device 28 cools the water-cooled swing motor / generator 25, the water-cooled main motor / generator 26, and the water-cooled inverter 27 with cooling water.

図１および図２に示されるように、この冷却装置28は、中央部のタンク取付空間部31を囲む３方に矩形断面の管状部材により構成された冷却水収納部32a，32b，32cを凹形に配置した水冷タンク32と、この水冷タンク32のタンク取付空間部31に装着された冷却水冷却用の冷却ユニット33とを備え、水冷タンク32の一側には、取付板34によって、水冷タンク32内の冷却水を汲み上げて水冷対象部に供給する電動式の水冷ポンプ35が取付けられている。   As shown in FIG. 1 and FIG. 2, the cooling device 28 is provided with concave cooling water storage portions 32a, 32b, and 32c formed by tubular members having a rectangular cross section in three directions surrounding the tank mounting space portion 31 at the center. And a cooling unit 33 for cooling the cooling water mounted in the tank mounting space 31 of the water cooling tank 32. A water cooling tank 32 is mounted on one side of the water cooling tank 32 by a mounting plate 34. An electric water cooling pump 35 that pumps the cooling water in the tank 32 and supplies it to the water cooling target part is attached.

水冷タンク32は、防錆処理された金属板、例えば亜鉛などでプレコートされたメッキ鋼板により構成されたタンクであり、横長形状の下側の冷却水収納部32aと、この下側の冷却水収納部32aの一側部上および他側部上にそれぞれ連通可能に立設された塔形の一側の冷却水収納部32bおよび他側の冷却水収納部32cとが、一連に連通された内空部を有している。   The water cooling tank 32 is a tank made of a rust-proof metal plate, for example, a plated steel plate pre-coated with zinc, etc., and has a horizontally long lower cooling water storage portion 32a and the lower cooling water storage. The cooling water storage part 32b on one side of the tower and the cooling water storage part 32c on the other side, which are erected so as to be able to communicate with each other on one side and the other side of the part 32a, are connected in series. Has a void.

下側の冷却水収納部32aは、底板36と、左右の端板37と、逆凹形断面のカバー板38とを溶接付けしたものである。底板36には、冷却装置28を機体フレーム23fに取付けるための取付穴36hが設けられている。また、カバー板38には水抜き用の排水口39および弁40が設けられている。   The lower cooling water storage portion 32a is formed by welding a bottom plate 36, left and right end plates 37, and a cover plate 38 having a reverse concave cross section. The bottom plate 36 is provided with an attachment hole 36h for attaching the cooling device 28 to the body frame 23f. Further, the cover plate 38 is provided with a drain port 39 and a valve 40 for draining water.

一側の冷却水収納部32bおよび他側の冷却水収納部32cは、それぞれ、大きさの異なる２枚のＬ形断面の立板41，42を突合せて溶接付けし、それらの上端開口に天板43を溶接付けしたものである。   The cooling water storage part 32b on one side and the cooling water storage part 32c on the other side are respectively welded by butting two L-shaped cross-sections 41 and 42 having different sizes, and the top end openings thereof are ceiling-mounted. The plate 43 is welded.

一側の冷却水収納部32bの立板41の側面に、前記取付板34を介して水冷ポンプ35が取付けられ、天板43に給水口44および栓45が設けられている。他側の冷却水収納部32cの立板41の側面には、水冷ポンプ35の吸込口に接続された吸込管46を挿入する挿入口47と、冷却水の戻し口48とが設けられている。49は、水冷ポンプ35の吐出口である。   A water cooling pump 35 is attached to the side surface of the standing plate 41 of the cooling water storage portion 32b on one side via the mounting plate 34, and a water supply port 44 and a plug 45 are provided on the top plate 43. An insertion port 47 for inserting the suction pipe 46 connected to the suction port of the water cooling pump 35 and a return port 48 for the cooling water are provided on the side surface of the standing plate 41 of the cooling water storage portion 32c on the other side. . 49 is a discharge port of the water cooling pump 35.

冷却ユニット33は、水冷パイプおよび多数の放熱フィンがパネル状に構成された熱交換器51と、この熱交換器51に冷却風を供給する冷却ファン52とを備えている。熱交換器51の一側下部と他側上部とに冷却水口53，54がそれぞれ設けられている。   The cooling unit 33 includes a heat exchanger 51 in which a water-cooled pipe and a large number of radiating fins are configured in a panel shape, and a cooling fan 52 that supplies cooling air to the heat exchanger 51. Cooling water ports 53 and 54 are respectively provided at one side lower part and the other side upper part of the heat exchanger 51.

熱交換器51の一側部および他側部にそれぞれ設けられた取付部55が、一側の冷却水収納部32bの立板41と、他側の冷却水収納部32cの立板41との間に、ボルト・ナット56によりそれぞれ固定されている。   Mounting portions 55 provided on one side and the other side of the heat exchanger 51 are respectively connected to the standing plate 41 of the cooling water storage portion 32b on one side and the standing plate 41 of the cooling water storage portion 32c on the other side. In between, they are fixed by bolts and nuts 56 respectively.

そして、これらの水冷タンク32、水冷ポンプ35、水冷式旋回モータ/ジェネレータ25、水冷式メインモータ/ジェネレータ26および水冷式インバータ27、冷却ユニット33、水冷タンク32を水冷回路用ホース（図示せず）で無端状に連通して、冷却水を無端状に循環させる水冷専用の冷却回路を構成する。   These water cooling tank 32, water cooling pump 35, water cooling type turning motor / generator 25, water cooling type main motor / generator 26 and water cooling type inverter 27, cooling unit 33, and water cooling tank 32 are connected to a water cooling circuit hose (not shown). In this way, a cooling circuit dedicated to water cooling is configured to communicate endlessly and circulate cooling water endlessly.

次に、この実施の形態の作用効果を説明する。   Next, the function and effect of this embodiment will be described.

水冷タンク32内の冷却水を水冷ポンプ35により汲み上げ、水冷式旋回モータ/ジェネレータ25に供給して、その電動発熱部を冷却し、さらに水冷式メインモータ/ジェネレータ26に供給して、その電動発熱部を冷却し、さらに水冷式インバータ27に供給して、その発熱部を冷却する。これらの冷却作用により温度上昇した冷却水は、冷却ユニット33に供給して、その冷却ファン52により冷却し、温度低下した冷却水を水冷タンク32に戻す。   The cooling water in the water cooling tank 32 is pumped up by the water cooling pump 35 and supplied to the water cooling type slewing motor / generator 25 to cool its electric heat generating part, and further supplied to the water cooling type main motor / generator 26 for its electric heat generation. Is cooled and further supplied to the water-cooled inverter 27 to cool the heat generating portion. The cooling water whose temperature has been increased by these cooling actions is supplied to the cooling unit 33 and cooled by the cooling fan 52, and the cooling water whose temperature has decreased is returned to the water cooling tank 32.

タンク取付空間部31を囲む少なくとも３方に冷却水収納部32a，32b，32cを有する水冷タンク32は、フレーム構造であるから、そのタンク取付空間部31に冷却ユニット33をコンパクトに一体化することができ、取付相手の省スペース化に適合する冷却装置28を提供できる。すなわち、水冷タンク32が、冷却ユニット33の支持フレームを兼用するため、省スペースでの配置が可能となる。さらに、冷却ユニット33・水冷タンク32間の配管を簡単にできる。   Since the water cooling tank 32 having the cooling water storage portions 32a, 32b and 32c in at least three sides surrounding the tank mounting space 31 has a frame structure, the cooling unit 33 is integrated into the tank mounting space 31 in a compact manner. Therefore, it is possible to provide the cooling device 28 that is suitable for space saving of the mounting partner. That is, since the water cooling tank 32 also serves as a support frame for the cooling unit 33, it can be arranged in a space-saving manner. Furthermore, piping between the cooling unit 33 and the water cooling tank 32 can be simplified.

水冷タンク32の冷却水収納部32a，32b，32cは、矩形断面の管状部材により凹形に構成されたので、冷却ユニット支持フレームとしての十分な強度を容易に確保できる。また、矩形断面の管状部材により凹形に構成された冷却水収納部32a，32b，32cを有する水冷タンク32は、冷却水を収納した状態での安定性が高く、冷却ユニット33の振動低減にも役立つ。   Since the cooling water storage portions 32a, 32b, 32c of the water cooling tank 32 are formed in a concave shape by a tubular member having a rectangular cross section, sufficient strength as a cooling unit support frame can be easily secured. Further, the water cooling tank 32 having the cooling water storage portions 32a, 32b and 32c configured in a concave shape by a tubular member having a rectangular cross section has high stability in a state where the cooling water is stored, and reduces the vibration of the cooling unit 33. Also useful.

防錆処理された金属板により構成された水冷タンク32は、タンク内面での錆の発生を防止できる。すなわち、亜鉛メッキ鋼板の採用により、防錆および製造容易化を図れるとともに、フレーム構造を簡単に形成できる。   The water-cooled tank 32 composed of a rust-proof metal plate can prevent the occurrence of rust on the inner surface of the tank. That is, by adopting a galvanized steel sheet, it is possible to prevent rust and facilitate manufacture, and to easily form a frame structure.

水冷タンク32と冷却ユニット33と水冷ポンプ35とをコンパクトに一体化できるとともに、これらの間の配管を省略または簡単にできる。また、これらをサブ組みしてモジュール化することで、これらの機体フレーム23fなどの取付相手への搭載も容易にできる。   The water cooling tank 32, the cooling unit 33, and the water cooling pump 35 can be integrated in a compact manner, and piping between them can be omitted or simplified. Further, by sub-assembling them into modules, it is possible to easily mount them on the mounting counterpart such as the body frame 23f.

なお、作業機械は、油圧ショベルに限定されるものではなく、要するに、冷却装置28が搭載される機体に適用できる。   The work machine is not limited to a hydraulic excavator, and can be applied to an airframe on which the cooling device 28 is mounted.

上記水冷タンク32は、凹形に形成したが、タンク取付空間部31を囲む４方に冷却水収納部を有する４角枠状のフレーム構造にしても良い。   Although the water cooling tank 32 is formed in a concave shape, it may have a quadrangular frame shape frame structure having cooling water storage portions in four directions surrounding the tank mounting space portion 31.

本発明は、作業機械などの車両の水冷設備に利用可能である。   The present invention is applicable to water cooling equipment for vehicles such as work machines.

本発明に係る冷却装置の一実施の形態を示す斜視図である。It is a perspective view which shows one Embodiment of the cooling device which concerns on this invention. 同上冷却装置の反対側の斜視図である。It is a perspective view of the other side of a cooling device same as the above. 同上冷却装置の機体への搭載状態を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the mounting state to the airframe of a cooling device same as the above. 同上冷却装置を搭載した作業機械の側面図である。It is a side view of the working machine carrying a cooling device same as the above. 従来の冷却装置の機体への搭載例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the example of mounting to the body of the conventional cooling device.

28 冷却装置
31 タンク取付空間部
32 水冷タンク
32a，32b，32c 冷却水収納部
33 冷却ユニット
35 水冷ポンプ
51 熱交換器
52 冷却ファン
53，54 冷却水口 28 Cooling system
31 Tank mounting space
32 Water cooling tank
32a, 32b, 32c Cooling water storage
33 Cooling unit
35 Water cooling pump
51 heat exchanger
52 cooling fan
53, 54 Cooling water inlet

Claims (3)

タンク取付空間部を囲む少なくとも左右および下側の３方に冷却水収納部を有する水冷タンクと、
この水冷タンクのタンク取付空間部に装着された冷却水冷却用の冷却ユニットと、
上記水冷タンクに取付けられた水冷ポンプとを具備し、
上記冷却ユニットは、冷却水の入口および出口となる２つの冷却水口を有する水冷パイプおよび放熱フィンがパネル状に構成された熱交換器と、この熱交換器に冷却風を供給する冷却ファンとを一体に備え、
上記水冷タンク内の冷却水を上記水冷ポンプにより汲み上げて水冷対象部に供給することで水冷対象部を冷却するとともに、この水冷対象部から戻された冷却水を上記冷却ユニットの上記水冷パイプを経て上記水冷タンク内に循環させる冷却回路を備えた
ことを特徴とする冷却装置。 A water-cooled tank having a cooling water storage part in at least three sides of the left and right sides and the lower side surrounding the tank mounting space part;
A cooling unit of the mounted cooling water cooled in the tank mounting space of the water cooling tank,
A water cooling pump attached to the water cooling tank ,
The cooling unit includes a water cooling pipe having two cooling water ports serving as cooling water inlets and outlets, a heat exchanger in which heat radiation fins are configured in a panel shape, and a cooling fan for supplying cooling air to the heat exchanger. Ready for one,
The cooling water in the water cooling tank is pumped by the water cooling pump and supplied to the water cooling target part to cool the water cooling target part, and the cooling water returned from the water cooling target part is passed through the water cooling pipe of the cooling unit. A cooling device comprising a cooling circuit that circulates in the water cooling tank . 水冷タンクの冷却水収納部は、
矩形断面の管状部材により凹形に構成された
ことを特徴とする請求項１記載の冷却装置。 The cooling water storage part of the water cooling tank
The cooling device according to claim 1, wherein the cooling device is formed in a concave shape by a tubular member having a rectangular cross section. 水冷タンクは、防錆処理された金属板により構成された
ことを特徴とする請求項１または２記載の冷却装置。 The cooling device according to claim 1 or 2, wherein the water cooling tank is made of a rust-proof metal plate.
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