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【発明の名称】 作業機械の暖房装置
【発明者】 【氏名】原 正敏
【住所又は居所】広島市安佐南区祇園３丁目１２番４号 コベルコ建機株式会社広島本社内

【氏名】伊藤 久之
【住所又は居所】広島市安佐南区祇園３丁目１２番２５号 コベルコ建機エンジニアリング株式会社内

【氏名】宮岡 諭
【住所又は居所】広島市安佐南区祇園３丁目１２番２５号 コベルコ建機エンジニアリング株式会社内
【要約】 【課題】電動式の作業機械において、エンジン駆動の暖房システムを生かして高い暖房性能が得られ、かつ、安全性を確保する。

【解決手段】ラジエータ１１内の水を小容量のサブタンク２７に送ってここで加熱し、ポンプ１４によりヒータユニット１５の熱交換器１６を通ってラジエータ１１に戻るルートで循環させて暖房を行うようにした。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 暖房用の熱媒体となる液体を収容する暖房用タンクと、この暖房用タンク内の液体を加熱する電熱器と、熱交換器及び温風ファンを有するヒータユニットと、電動機によって駆動される暖房用ポンプとを具備し、上記電熱器により加熱された液体を上記暖房用ポンプによって上記ヒータユニットの熱交換器を通る経路で循環させるように構成したことを特徴とする作業機械の暖房装置。
【請求項２】 オイルタンク内の作動油をオイルポンプによりアクチュエータに送り、このアクチュエータから排出された作動油をオイルクーラーを介してオイルタンクに戻すように構成され、上記オイルクーラーを暖房用タンクとして、このオイルクーラー内の熱媒体としての作動油を電熱器で加熱し、この作動油を暖房用ポンプによってヒータユニットの熱交換器を通る経路で循環させるように構成したことを特徴とする請求項１記載の作業機械の暖房装置。
【請求項３】 暖房用の熱媒体となる液体を収容するタンクとしてメインタンクと、このメインタンクよりも小容量のサブタンクとを設け、上記メインタンクから上記サブタンクに送られた液体をサブタンク内で電熱器によって加熱し、ヒータユニットの熱交換器を通る経路で循環させるように構成したことを特徴とする請求項１または２記載の作業機械の暖房装置。
【請求項４】 サブタンク内で加熱された液体をヒータユニットの熱交換器を通ってサブタンクに戻す第１循環ラインと、上記加熱された液体の少なくとも一部を上記熱交換器を通さずにメインタンクに戻す第２循環ラインとを設け、この第２循環ラインに、液体の温度が予め設定された温度に達したときに開くサーモ弁を設けたことを特徴とする請求項３記載の作業機械の暖房装置。
【請求項５】 電熱器によって加熱される熱媒体の温度を検出する温度検出手段を設け、熱媒体の温度が予め設定された温度に達したときに上記温度検出手段からの信号に基づいて電熱器への通電を停止させるように構成したことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の作業機械の暖房装置。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は電動機を動力源とする作業機械の暖房装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】たとえば油圧ショベルは、一般的にはエンジンを動力源として作動し、運転室内の暖房もエンジン熱を利用して行われる。
【０００３】このエンジン駆動の油圧ショベルにおける暖房システムの概要を図５によって説明する。
【０００４】１はエンジン２に冷却水を供給するラジエータで、このラジエータ１に温水循環ライン３が接続されている。
【０００５】この温水循環ライン３には、エンジン２により図示しない伝動機構を介して駆動される温水ポンプ４と、ヒータユニット５の熱交換器６が設けられ、エンジン熱によって加熱され昇温したラジエータ１内の水がこの循環ライン３を循環しながら、熱交換器６で放熱して暖房作用が行われる。７はヒータユニット５を構成する温風ファン、８はバッテリを電源として同ファン７を駆動する電動機である。
【０００６】ところが、トンネル内や建物内のように換気が悪い場所、またはエンジン騒音が問題となる場所等で使用される油圧ショベルの場合、エンジンに代えて、商用電源またはバッテリで駆動される電動機が動力源として搭載され、電動油圧ショベルとして改装される場合がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】この場合、エンジン熱を暖房に利用できなくなるため、暖房用として新たな熱源を設ける必要がある。
【０００８】そこで従来は、図５の暖房システムを残したまま、これとは別に電熱器を運転室内に設置し、この電熱器の熱を直接、またはファンで温風に変えて運転室内に放出し暖房効果を得るようにしている。
【０００９】しかし、この直接加熱方式によると、図５の温水式暖房システムと比較して、熱効率が悪くて暖房性能が格段に低下するとともに、電熱器を狭い運転室内で運転者の近くに設置せざるを得ないため、危険であった。
【００１０】本発明はこのような問題を解決し、電動式でありながら、エンジン駆動の暖房システムを生かして高い暖房性能が得られ、かつ、安全性を確保することができる作業機械の暖房装置を提供するものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、暖房用の熱媒体となる液体を収容する暖房用タンクと、この暖房用タンク内の液体を加熱する電熱器と、熱交換器及び温風ファンを有するヒータユニットと、電動機によって駆動される暖房用ポンプとを具備し、上記電熱器により加熱された液体を上記暖房用ポンプによって上記ヒータユニットの熱交換器を通る経路で循環させるように構成したものである。
【００１２】請求項２の発明は、請求項１の構成において、オイルタンク内の作動油をオイルポンプによりアクチュエータに送り、このアクチュエータから排出された作動油をオイルクーラーを介してオイルタンクに戻すように構成され、上記オイルクーラーを暖房用タンクとして、このオイルクーラー内の熱媒体としての作動油を電熱器で加熱し、この作動油を暖房用ポンプによってヒータユニットの熱交換器を通る経路で循環させるように構成したものである。
【００１３】請求項３の発明は、請求項１または２の構成において、暖房用の熱媒体となる液体を収容するタンクとしてメインタンクと、このメインタンクよりも小容量のサブタンクとを設け、上記メインタンクから上記サブタンクに送られた液体をサブタンク内で電熱器によって加熱し、ヒータユニットの熱交換器を通る経路で循環させるように構成したものである。
【００１４】請求項４の発明は、請求項３の構成において、サブタンク内で加熱された液体をヒータユニットの熱交換器を通ってサブタンクに戻す第１循環ラインと、上記加熱された液体の少なくとも一部を上記熱交換器を通さずにメインタンクに戻す第２循環ラインとを設け、この第２循環ラインに、液体の温度が予め設定された温度に達したときに開くサーモ弁を設けたものである。
【００１５】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、電熱器によって加熱される熱媒体の温度を検出する温度検出手段を設け、熱媒体の温度が予め設定された温度に達したときに上記温度検出手段からの信号に基づいて電熱器への通電を停止させるように構成したものである。
【００１６】上記構成によると、暖房用タンク内の液体を加熱し、この液体を暖房用ポンプによりヒータユニットの熱交換器を通る経路で循環させるという、エンジン式作業機械の温水式暖房システムと基本的に同じ方式を用いるため、同システムと同等の暖房性能を確保することができる。
【００１７】すなわち、電熱器によって運転室内を直接加熱する方式と比較して、格段に高い暖房性能を得ることができ、かつ、安全性を確保することができる。
【００１８】また、エンジン式作業機械に搭載された設備を利用する（暖房用タンクとしてラジエータまたはオイルクーラーを利用し、ヒータユニット及び暖房配管をそのまま用いる）ことが可能であり、こうすることによって新たに付加すべき設備が少なくてすむため、設備コスト及びスペースの点で有利となる。
【００１９】この場合、請求項３，４の構成によると、大容量のメインタンクから小容量のサブタンクに液体を送り、このサブタンク内の液体を加熱するため、メインタンク内の大量の液体を加熱する場合と比較して、液体を短時間で必要温度まで加熱することができる。しかも、余った熱をメインタンクに蓄熱できるため、熱損失が少ない。
【００２０】このため、機械の運転開始時、及び中断後の運転再開時の暖房の立ち上がりが早くなるため、この点で暖房性能をより高めることができる。
【００２１】とくに請求項４の構成によると、液体温度が低い間は液体を第１循環ラインに流してサブタンクルートで早く昇温させることができるため、暖房の立ち上がりを一層良くすることができる。また、液体温度が設定値まで上昇すると液体の少なくとも一部を第２循環ラインによりメインタンクに戻して冷却するため、システム全体の過熱を防止し、暖房温度を自動調整することができる。
【００２２】さらに、電熱器容量が小さくてすむため、設備コスト及びランニングコストが安くてすむ。
【００２３】請求項５の構成によると、液体温度に応じて電熱器の運転が制御され、自動温度調整作用が働くため、電熱器及び液体の過熱を防止できるとともに、無駄な電力消費を抑えることができる。
【００２４】この場合、請求項４の構成と組み合わせれば、メインタンクへの液体の戻し作用と電熱器の運転停止作用によって液体を速やかに冷却し、過熱防止効果を高めることができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】本発明の実施形態を図１〜図４によって説明する。
【００２６】第１実施形態（図１参照）
１１は暖房用タンクとしてのラジエータで、このラジエータ１１内に電熱器１２が設けられ、ラジエータ内の水がこの電熱器１２によって加熱される。
【００２７】ラジエータ１１には、ポンプ用電動機１３によって駆動される暖房用ポンプ１４が接続され、同ポンプ１４によって、ラジエータ１１内の水が、ヒータユニット１５の熱交換器１６を通ってラジエータ１１に戻る循環ライン１７を循環するように構成されている。１８はヒータユニット１５の温風ファン、１９はその駆動源としての電動機である。
【００２８】なお、ヒータユニット１５は、エンジン駆動の作業機械に元々装備された暖房用システムのヒータユニットをそのまま利用し、ポンプ１４も、暖房システムのポンプを電動機駆動方式に変換するだけでそのまま利用することができる。
【００２９】また、ラジエータ１１内に温度検出手段としてのサーモスイッチ２０が設けられ、ラジエータ内の水温が予め設定された温度（以下、運転停止温度）以上に上がったときに、このサーモスイッチ２０が働いて電熱器１２への通電が遮断されるように構成されている。
【００３０】この構成によると、電熱器１２によって加熱され昇温したラジエータ１１内の水がポンプ１４によって循環ライン１７を循環しながら、この温水の熱がヒータユニット１５により運転室内に放出される。
【００３１】すなわち、エンジン駆動の作業機械に元々装備された温水暖房システムと基本的に同じ暖房作用が働くため、同システムと同等の暖房性能、つまり、電熱器によって直接運転室内を加熱する方式と比較して格段に高い暖房性能を得ることができる。
【００３２】しかも、電熱器１２の熱をヒータユニット１５によって運転室内に放出するため、上記直接加熱方式の場合のような火災等のおそれが無く、安全性を確保することができる。
【００３３】また、ラジエータ１１、ヒータユニット１５及び暖房配管というエンジン駆動式作業機械に装備された暖房設備をそのまま利用できるため、新たに付加すべき設備が少なくてすみ、設備コスト及びスペースの点で有利となる。
【００３４】第２実施形態（図２参照）
第１実施形態との相違点のみを説明する。油圧ショベルのような油圧式の作業機械においては、図２に示すようにオイルタンク２１内の作動油をオイルポンプ２２からコントロールバルブ２３を介して油圧アクチュエータ２４に送り、同アクチュエータ２４から出た作動油をオイルクーラー２５で冷却してオイルタンク２１に戻す構成がとられている。
【００３５】この構成は、作業機械をエンジン駆動式から電動式に改装する場合も、オイルポンプ２２の駆動源がエンジンから電動機２６に代わる点を除いてそのまま採用される。
【００３６】第２実施形態においては、このような構成を備えた作業機械において、オイルクーラー２５を暖房タンクとして利用する構成がとられている。
【００３７】すなわち、オイルクーラー２５内に電熱器１２が設けられ、この電熱器１２によって加熱された作動油が、第１実施形態と同じ、暖房用ポンプ１４、ヒータユニット１５を備えた循環ライン１７を循環して暖房作用を行うように構成されている。
【００３８】この構成によっても、既存設備（オイルクーラー、ヒータユニット及び暖房配管）を利用して高い暖房性能を得ることができる。
【００３９】第３実施形態（図３参照）
上記第１及び第２両実施形態では、暖房用タンクとしての大容量のラジエータ１１またはオイルクーラー２５内の液体を加熱して循環させる構成をとったのに対し、第３実施形態においては、暖房タンクとして大容量のメインタンクと、これよりも小容量のサブタンクが設けられ、メインタンク内の液体がサブタンクで加熱され、循環するように構成されている。
【００４０】ここでは、ラジエータ１１を暖房用タンクとして用いる第１実施形態の温水暖房方式に適用した場合を例示しているが、オイルクーラー２５を暖房用タンクとして用いる第２実施形態のオイル暖房方式にも以下同様に適用することができる。
【００４１】メインタンクとしてのラジエータ１１とは別にサブタンク２７が設けられ、ラジエータ１１から送られた水がこのサブタンク２７内で電熱器１２によって加熱され、循環ライン１７により、ヒータユニット１５を通ってラジエータ１１に戻るルートで循環するように構成されている。
【００４２】この場合、サブタンク２７の容量は、電熱器１２の単位時間当たりの発熱容量に見合う蓄熱水容量として設定される。
【００４３】なお、上記発熱容量をＱ、蓄熱水容量をＡとすると、両者は次の式で表される。
Ａ＝Ｑ／（循環水温度−設定冷水温度）×水の比熱【００４４】このように、ラジエータ１１内の大量の水を直接加熱するのではなく、サブタンク２７に小出しに出して少量ずつ加熱するため、第１、第３実施形態の場合と比較して、水を短時間で必要温度まで加熱することができる。
【００４５】従って、機械の運転開始時、及び中断後の運転再開時の暖房の立ち上がりが早くなるため、この点で暖房性能をより高めることができる。
【００４６】また、電熱器１２の容量が小さくてすむため、設備コスト及びランニングコストが安くてすむ。
【００４７】第４実施形態（図４参照）
第４実施形態においては、第３実施形態の構成において、循環ラインとして、ポンプ１４から出た水を熱交換器１６を通ってサブタンク２７に戻す第１循環ライン２８と、ポンプ１４から出た水の一部を熱交換器１６を通さずにラジエータ１１に戻す第２循環ライン２９とが設けられるとともに、第２循環ライン２９にサーモ弁３０が設けられている。
【００４８】このサーモ弁３０は、水温が、これ以上上がると過熱状態となる値として予め設定された温度（たとえば９０゜Ｃ）以下では閉じ、水温がこの設定温度に達したときに開くように設定されている。
【００４９】こうすれば、サブタンク２７内の水温が設定温度以下のときはサーモ弁３０が閉じるため、サブタンク２７内の水が、第１循環ライン２８によってサブタンク２７からヒータユニット１５を通ってサブタンク２７に戻るルートで循環する。
【００５０】このため、暖房の立ち上がり時に水温を暖房適温まで速やかに昇温させ、暖房中は熱損失を小さくすることができる。
【００５１】一方、水温が設定温度を超えるとサーモ弁３０が開くため、サブタンク２７から出た水の一部が第２循環ライン２９によってラジエータ１１に入り、ここで冷却されてサブタンク２７に戻るため、水及びヒータユニット１５の過熱を防止し、暖房温度を自動的に調整することができる。
【００５２】なお、第１循環ライン２８における熱交換器１４の入口部分に、上記設定温度を超えると閉じるサーモ弁を設け、このサーモ弁の閉じ作用と第２循環ライン２９のサーモ弁３０の開き作用により、サブタンク２７から出た温水の全部をラジエータ１１に戻すように構成してもよい。
【００５３】また、この第４実施形態において、サブタンク２７内の水温でオン・オフするサーモスイッチを設け、第１〜第３各実施形態と同様に設定温度以上で電熱器１２への通電を停止するようにしてもよい。
【００５４】一方、第１〜第４各実施形態において、暖房の立ち上がり時に熱媒体としての液体が未だ低温でヒータユニット１５から冷風が放出されることを防止するために、液体温度が暖房に適した温度に達するまでは温風ファン１８及びポンプ１４の運転を停止させ、液体温度が暖房適温に達したときにこれらの運転を開始させるように構成してもよい。
【００５５】さらに、上記実施形態では、作業機械の既存設備をできるだけ利用して設備を簡単かつ低コストにするために暖房用タンクとしてラジエータ１１またはオイルクーラー２５を利用する構成をとったが、暖房性能を高める点のみの観点から、新たに電動式専用の暖房用タンクを設けてもよい。
【００５６】
【発明の効果】上記のように本発明によると、暖房用タンク内の液体を加熱し、この液体を暖房用ポンプによりヒータユニットの熱交換器を通る経路で循環させるという、エンジン駆動式作業機械の温水式暖房システムと基本的に同じ方式を用いるため、同システムと同等の暖房性能を確保し、電熱器によって運転室内を直接加熱する方式と比較して、暖房性能を格段に高め、かつ、安全性を確保することができる。
【００５７】また、エンジン式作業機械に搭載された設備を利用する（暖房用タンクとしてラジエータまたはオイルクーラーを利用し、ヒータユニット及び暖房配管をそのまま用いる）ことが可能であり、こうすることによって新たに付加すべき設備が少なくてすむため、設備コスト及びスペースの点で有利となる。
【００５８】この場合、請求項３，４の発明によると、大容量のメインタンクから小容量のサブタンクに液体を送り、このサブタンク内の液体を加熱するため、メインタンク内の大量の液体を加熱する場合と比較して、液体を短時間で必要温度まで加熱することができる。しかも、余った熱をメインタンクに蓄熱できるため、熱損失が少ない。
【００５９】このため、機械の運転開始時、及び中断後の運転再開時の暖房の立ち上がりが早くなるため、この点で暖房性能をより高めることができる。
【００６０】とくに請求項４の発明によると、液体温度が低い間は液体を第１循環ラインに流してサブタンクルートで早く昇温させることができるため、暖房の立ち上がりを一層良くすることができる。また、液体温度が設定値まで上昇すると液体の少なくとも一部を第２循環ラインによりメインタンクに戻して冷却するため、システム全体の過熱を防止し、暖房温度を自動調整することができる。
【００６１】さらに、電熱器容量が小さくてすむため、設備コスト及びランニングコストが安くてすむ。
【００６２】請求項５の発明によると、液体温度に応じて電熱器の運転が制御され、自動温度調整作用が働くため、電熱器及び液体の過熱を防止できるとともに、無駄な電力消費を抑えることができる。
【出願人】 【識別番号】０００２４６２７３
【氏名又は名称】コベルコ建機株式会社
【住所又は居所】広島県広島市安佐南区祇園３丁目１２番４号
【識別番号】０００１０５６８２
【氏名又は名称】コベルコ建機エンジニアリング株式会社
【住所又は居所】広島県広島市安佐南区祇園３丁目１２番２５号
【出願日】 平成１４年３月１８日（２００２．３．１８）
【代理人】 【識別番号】１０００６７８２８
【弁理士】
【氏名又は名称】小谷 悦司 （外２名）
【公開番号】 特開２００３−２６７０３７（Ｐ２００３−２６７０３７Ａ）
【公開日】 平成１５年９月２５日（２００３．９．２５）
【出願番号】 特願２００２−７４８５１（Ｐ２００２−７４８５１）