JP2009264142A - 建設機械の空調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】空調装置における放熱空気加熱部をエンジン冷却水のための冷却器として利用し、エンジンの冷却性能を向上させる。
【解決手段】冷房装置を構成するエバポレータ２０４と、このエバポレータ２０５の下流側に配置され、暖房装置を構成するエンジン冷却水による空気加熱部３０１と、前記空気加熱部３０１の上流側及び下流側にそれぞれ設けた第１及び第２のダンパ４０４，４０５とを有するエアコンユニットを備えた建設機械の空調装置において、前記エアコンユニットによる冷房時に、前記放熱空気加熱部３０１に前記エンジン冷却水を供給し、この放熱空気加熱部３０１に外気導入管５０１から取り込んだ空気を通過させた後、外気排出管５０２から排出するように、放熱用のブロワ５０３、前記第１乃至前記第４のダンパ４０４，４０５，５０５、５０７、及び前記温水バルブ３０４を制御する制御手段とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、水冷式冷却装置を備えた建設機械の空調装置に係り、更に詳しくは建設機械における水冷式冷却装置の冷却性能を更に向上させることができる建設機械の空調装置に関する。

建設機械の空調装置は、冷却装置の構成要素であるエキスパンションバルブや冷媒の気化熱として周囲の空気の熱を吸収する空気冷却部となるエバポレータなどの機器と、暖房装置の構成要素であるエンジンで暖められた冷却水の一部を取り込み、空気を加熱する放熱空気加熱部とを、共通の構成要素として内蔵したユニットを備えたものがある（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００２−６１２３０号公報（段落０００４−００１２．図２．）

上述した建設機械の空調装置は、その制御装置によって風量、冷却温度等を調整することによって、取り込んだ空気を冷却装置を構成するエバポレータに通過させて、その空気温度を下げた後、暖房装置を構成する放熱空気加熱部を通過させて、空気の温度を調節し、この温度調節された空気を、建設機械の運転室に供給し、運転室内を空調している。

上述した空調装置を備えた建設機械においては、粉塵等が発生する環境下で使用される場合が多いので、エンジン冷却水を冷却するラジエータに目詰まりを生じることにより、ラジエータによるエンジン冷却水の冷却性能が低下し、エンジンがオーバーヒートすることがあり、この点を改善することが要求されている。

このため、上記の点を改善するに際し、本発明者は、空調装置を備えた建設機械（車両）を、外気温度が高い地域や、夏期に稼働させた場合、空調装置は、冷房機能を発揮させるように使用し、暖房機能を発揮させないのが一般的である。即ち、
上述した空調装置における放熱空気加熱部は、放熱を行わないか、行っていても温度調節として、冷却装置を構成するエバポレータを通過して冷却された空気に、温風を混合させて温度調節を行う程度で使用されており、空調装置における放熱空気加熱部の放熱能力を十分に利用していないことに着目し、本発明を提案したものである。

本発明は、上述の着目に基づいてなされたもので、空調装置における放熱空気加熱部をエンジン冷却水のための冷却器として利用し、エンジンの冷却性能を向上させることができる建設機械の空調装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、第１の発明は、冷房装置を構成するエバポレータと、このエバポレータの下流側に配置され、暖房装置を構成するエンジン冷却水による空気加熱部と、前記空気加熱部の上流側及び下流側にそれぞれ設けた第１及び第２のダンパとを有するエアコンユニットを備えた建設機械の空調装置において、前記エアコンユニットにおける前記第１のダンパと前記空気加熱部の上流側との間に繋がる外気導入管と、前記エアコンユニットにおける前記第２のダンパと前記空気加熱部の下流側との間に繋がる外気排出管と、前記外気導入管に設けた放熱用のブロワと、前記外気導入管内に開閉可能に設けた第３のダンパと、前記外気導入管内に開閉可能に設けた第４のダンパと、前記放熱空気加熱部への前記エンジン冷却水の供給量を調節する温水バルブと、前記エアコンユニットによる冷房時に、前記放熱空気加熱部に前記エンジン冷却水を供給し、この放熱空気加熱部に前記外気導入管から取り込んだ空気を通過させた後、前記外気排出管から排出するように、前記放熱用のブロワ、前記第１乃至前記第４のダンパ、及び前記温水バルブを制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。

また、第２の発明は、第１の発明において、前記制御手段は、前記エンジン冷却水の温度を検出する温度センサからの検出信号を取り込み、この検出信号の値が予め記憶した設定値より超えた場合に、前記放熱用のブロワに駆動信号を出力し、前記第１及び第２のダンパに閉信号を、前記第３及び第４のダンパ及び前記温水バルブに開信号を出力することを特徴とする。

更に、第３の発明は、第１又は第２の発明において、前記放熱用のブロワは、前記エアコンユニットにおけるブロアの風量より小さい風量に設定したことを特徴とする。

本発明によれば、空調装置における放熱空気加熱部をエンジン冷却水のための冷却器として利用することができるので、特に、建設機械を外気温度が高い地域や、夏期に稼働させた場合におけるエンジンの温度上昇を更に抑えることができる。その結果、エンジンの作動効率が向上し、建設機械の稼働率を向上させることができる。

以下、本発明の建設機械の空調装置の実施の形態を図面を用いて説明する。
図１は、本発明の建設機械の空調装置の一実施の形態を示す系統図である。この図１において、１は建設機械に搭載した水冷式のエンジン、２はエンジン１によって起動されるファン、３はエンジンの冷却水を冷却するラジエータで、このラジエータ３は冷却水供給管４と冷却水戻り管５によってエンジン１に連結されている。

建設機械の運転室を空調する空調装置は、冷房装置２００と、暖房装置３００とを備えている。また、これらの冷房装置２００と暖房装置３００との共通の構成要素が設けられるエアコンユニット４００を備えている。

冷房装置２００は、冷媒を冷却するコンデンサ２０１と、コンデンサ２０１から送られる冷媒の水分を除去するとともに、冷媒を貯めるレシーバドライヤ２０２と、このレシーバドライヤ２０２から送られてくる高圧で液状の冷媒を絞り、低圧の霧状に噴霧するエキスパンションバルブ２０３と、後述するエアコンユニット４００のユニットケーシング４０１内に収納され、冷媒の気化熱として周囲の空気の熱を吸収する空気冷却部、すなわちエバポレータ２０４と、このエバポレータ２０４から送られてきた冷媒を圧縮し、上述のコンデンサ２０１に送るコンプレッサ２０５と、エバポレータ２０４の上流側に設けた外気導入口２０６及び運転室の内気導入口２０７を有し、ユニットケーシング４０１の上流側に連結する導入管２０８と、導入管２０８に設けられ、アクチュエータ２０９によって外気導入口２０６及び内気導入口２０７を開閉動するダンパ２１０と、エバポレータ２０４の上流側に設けたブロア２１１と、空気を運転室に吹き出す送風口２１２を有し、ユニットケーシング４０１の下流側に連結するする送風管２１３とによって構成されている。

前述したコンデンサ２０１は、ファン２からの送風を受けるように、ラジエータ３の前方に配置されている。コンプレッサ２０５は、エンジン１によって駆動される。

暖房装置３００は、ユニットケーシング４０１内に冷却風通路を形成するように、エバポレータ２０４の下流側に設けた空気加熱部３０１と、エンジン１で暖められた冷却水の一部を空気加熱部３０１に送る管路３０２と、空気加熱部３０１で放熱した冷却水をエンジン１に戻す管路３０３と、管路３０２に設けられ、空気加熱部３０１を使用するときに開けられる温水バルブ３０４とによって構成されている。

エアコンユニット４００は、そのユニットケーシング４０１内に上述した冷房装置２００と上述した暖房装置３００が共有する構成要素、すなわち冷房装置２００のエバポレータ２０４、暖房装置３００の空気加熱部３０１、及びアクチュエータ４０２，４０３によって空気加熱部３０１の上流側と下流側との通路をそれぞれ開閉作動するダンパ４０４，４０５が配置されている。

前述した空気加熱部３０１をエンジン冷却水の冷却装置として使用するために、エアコンユニット４００には、エンジン冷却水の冷却装置５００が設けられている。この冷却装置５００は、エアコンユニット４００のユニットケーシング４０１における空気加熱部３０１の上流側とダンパ４０４との間に連結する外気導入管５０１と、エアコンユニット４００のユニットケーシング４０１における空気加熱部３０１の下流側とダンパ４０５との間に連結する外気排出管５０２と、外気導入管５０１に設けられ、ブロア２１１よりも風量が小さい放熱用のブロワ５０３と、外気導入管５０１における放熱用のブロワ５０３の上流側に配置され、アクチュエータ５０４によって外気導入管５０１を開閉するダンパ５０５と、外気排出管５０２内に配置され、アクチュエータ５０６によって外気排出管５０２を開閉するダンパ５０７とで構成されている。

前述した冷房装置２００、暖房装置３００及び冷却装置５００を制御するために、上述の冷房装置２００を構成するエバポレータ２０４には、このエバポレータ２０４の温度に応じてコンプレッサ２０５を制御するサーミスタ等の第１の温度センサ６が設けられている。また、ラジエータ３の冷却水供給管４には、この冷却水供給管４を流れる冷却水の温度を検出する第２の温度センサ７が設けられている。

第１の温度センサ６及び第２の温度センサ７の検出信号は、制御装置８に取り込まれる。制御装置８には、表示部を有する制御盤９が接続されている。制御装置８は、制御盤９からの冷房指令を入力すると、エアコンユニット４００におけるアクチュエータ４０２，４０３を駆動し、ダンパ４０４，４０５を図の点線で示すように回動して、吸い込んだ空気が冷房装置２００を構成するエバポレータ２０４を通過するように、導入管２０８と送風管２１３とを連通するとともに、ブロア２１１に駆動信号を出力する。これにより、エバポレータ２０４を通過して冷却された冷却風が、送風管２１３を通り、送風口２１２から運転室に吹き出されて、図示しない運転室内を冷却する。また、制御装置８は、エバポレータ２０４を通過して冷却された空気に温風を混合させて、温度調節を行うために、冷風の一部が空気加熱部３０１を通過するように、ダンパ４０４，４０５の回動量を制御することができる。

また、制御装置８は、制御盤９からの暖房指令を入力すると、エアコンユニット４００におけるアクチュエータ４０２，４０３を駆動し、ダンパ４０４，４０５を図１の実線で示すように回動して、吸い込んだ空気が暖房装置３００の空気加熱部３０１を通過するように、導入管２０８と送風管２１３とを連通させるとともに、ブロア２１１に駆動信号を出力し、更に温水バルブ３０４に開信号を出力する。これにより、空気加熱部３０１を通過して暖められた温風が、送風管２１３を通り、送風口２１２から運転室に吹き出されて、図示しない運転室内を暖房する。

なお、上述した冷房及び暖房時、冷気又は暖気が、冷却装置５００を構成する外気導入管５０１、及び外気排出管５０２に流出しないように、冷却装置５００を構成するダンパ５０５、及びダンパ５０７は、制御装置８からの指令に基づいて図１の点線で示すように、外気導入管５０１、及び外気排出管５０２を閉じている。

また、制御装置８は、第２の温度センサ７で検出した温度が、記憶部に記憶した設定温度より高い場合に冷却装置５００を制御駆動する信号を、エアコンユニット４００に出力する。エアコンユニット４００は、制御装置８からの冷却制御指令によって、エアコンユニット４００におけるアクチュエータ４０２，４０３が駆動されて、ダンパ４０４，４０５を図の点線で示すように回動して、外気導入管５０１から吸い込んだ空気が暖房装置３００の空気加熱部３０１を通過するように、冷却装置５００を構成する外気導入管５０１、及び外気排出管５０２を連通させるとともに、放熱ブロア５０３に駆動信号を出力し、更に温水バルブ３０４に開信号を出力する。これにより、空気加熱部３０１に流入するエンジン冷却水が、外気導入管５０１に流入した外気により冷却される。空気加熱部３０１を通過して暖められた温風は、外気排出管５０２から排出される。

また、制御装置８は、冷却装置５００の駆動時に、エンジン冷却水を冷却している旨の表示信号を制御盤９の表示部に出力する。

次に、上述した本発明の建設機械の空調装置の一実施の形態の動作を図面を用いて説明する。
本発明の建設機械の空調装置の一実施の形態を冷房駆動する場合を、図２を用いて説明する。
制御装置８は、制御盤９からの冷房指令に基づいて、エアコンユニット４００におけるアクチュエータ４０２，４０３を駆動し、ダンパ４０４，４０５を図２の実線で示すように回動して、吸い込んだ空気が冷房装置２００を構成するエバポレータ２０４を通過するように、導入管２０８と送風管２１３とを連通するとともに、ブロア２１１に駆動信号を出力する。

一方、冷房装置２００は、制御盤９からの指令に基づいて、コンプレッサ２０５が駆動される。コンプレッサ２０５で圧縮された冷媒は、コンデンサ２０１に送られて、ファン２によって生起した空気流によって冷却される。冷却された冷媒はレシーバドライヤ２０２に送られて水分を除去されて貯められたのち、エキスパンションバルブ２０３に送られる。このエキスパンションバルブ２０３は、エバポレータ２０４内に冷媒を噴霧する。このエバポレータ２０４は、噴霧された冷媒の気化熱としてエバポレータ２０４の周囲の空気から熱を吸収する。熱を吸収した冷媒は、コンプレッサ２０５に送られて再び圧縮され、コンデンサ２０１に送られる。このようにして冷媒が循環している間、エバポレータ２０４は周囲の空気の熱を吸収している。

この間、エバポレータ２０４の上流側に設けたブロア２１１は、ダンパ４０４，４０５の開度に応じて、外気導入口２０７および内気導入口２０６の少なくとも一方と送風口２１２の間に空気流を生起させている。これにより、空気流に従って流れる空気が、エバポレータ２０４を通過するときに冷却され、送風口２１２から吹き出されて、図示しない運転室内に供給され、運転室内を冷却する。

また、本発明の建設機械の空調装置の一実施の形態を暖房駆動する場合を図３を用いて説明する。
制御装置８は、制御盤９からの暖房指令に基づいて、エアコンユニット４００におけるアクチュエータ４０２，４０３を駆動し、ダンパ４０４，４０５を図３の実線で示すように回動して、吸い込んだ空気が暖房装置３００の空気加熱部３０１を通過するように、導入管２０８と送風管２１３とを連通させるとともに、ブロア２１１に駆動信号を出力し、更に、温水バルブ３０４に開信号を出力する。

一方、エンジン４１で加熱されたエンジン冷却水は、ラジエータ３に送られ、他の一部が管路３０２、及び温水バルブ３０４を通して、空気加熱部３０１に送られる。この空気加熱部３０１では、冷却水が放熱する。放熱した冷却水は、管路３０３を介して再びエンジン１に戻る。このようにしてエンジン冷却水が循環している間、空気加熱部３０１はエンジン冷却水の熱を放出している。

この間、ブロア２１１は、ダンパ４０４，４０５の開度に応じて、外気導入口２０６または内気導入口２０６と送風口２１２の間に空気流を生起させている。これにより、空気流に従って流れる空気が、空気加熱部３０１を通過するときに暖められ、送風口２１２から運転室内に吹き出されて、運転室を暖房する。

なお、冷却装置５００を構成するダンパ５０５、及びダンパ５０７は、上述した冷房及び暖房時、冷気又は暖気が、冷却装置５００を構成する外気導入管５０１、及び外気排出管５０２に流出しないように、制御装置８からの指令に基づいて図３の実線で示すように、外気導入管５０１、及び外気排出管５０２を閉じている。

次に、上述した空調装置を備えた建設機械を、外気温度が高い地域や、夏期に稼働させた場合におけるエンジン冷却水の冷却動作を、図４を用いて説明する。
上述した空調装置を備えた建設機械を、外気温度が高い地域や、夏期に稼働させた場合において、制御装置８は、制御盤９からの冷房指令に基づいて、冷房装置２００を冷房駆動させている。この状態において、エンジン冷却水の温度は、第２の温度センサ７で検出されて、制御装置８に入力される。

制御装置８は、第２の温度センサ７で検出した温度が、記憶部に記憶した設定温度より高い場合に冷却装置５００を制御駆動する信号を、エアコンユニット４００に出力する。エアコンユニット４００は、制御装置８からの冷却制御指令によって、エアコンユニット４００におけるアクチュエータ４０２，４０３が駆動されて、ダンパ４０４，４０５を図４の実線で示すように回動して、外気導入管５０１から吸い込んだ空気が暖房装置３００の空気加熱部３０１を通過するように、冷却装置５００を構成する外気導入管５０１、及び外気排出管５０２を連通させるとともに、放熱ブロア５０３に駆動信号を出力し、更に温水バルブ３０４に開信号を出力する。これにより、空気加熱部３０１に流入するエンジン冷却水が、外気導入管５０１に流入した外気により冷却される。空気加熱部３０１を通過して暖められた温風は、外気排出管５０２から排出される。また、制御装置８は、上述した冷却装置５００の駆動時に、エンジン冷却水を冷却している旨の表示信号を制御盤９の表示部に出力する。

これにより、建設機械を、外気温度が高い地域や、夏期に稼働させた場合、暖房装置３００を構成する空気加熱部３０１を、エンジン冷却水の冷却部として用いることができる。
その結果、特に、建設機械を外気温度が高い地域や、夏期に稼働させた場合におけるエンジンの温度上昇に伴う出力を抑えることができ、エンジンの作動効率が向上し、建設機械の稼働率を向上させることができる。

なお、本発明の空調装置は、エンジン出力の小さい、例えばミニショベル等の小形の建設機械に適用すると有効である。

本発明の建設機械の空調装置の一実施の形態を示す系統図である。 図１に示す本発明の建設機械の空調装置の一実施の形態を冷房駆動させた場合の系統図である。 図１に示す本発明の建設機械の空調装置の一実施の形態を暖房駆動させた場合の系統図である。 図１に示す本発明の建設機械の空調装置の一実施の形態をエンジン冷却水を冷却させる場合の系統図である。

符号の説明

１ エンジン
２ ファン
３ ラジエータ
２００ 冷房装置
２０１ コンデンサ
２０４ エバポレータ
２０５ コンプレッサ
２１０ ダンパ
２１２ 送風口
３００ 暖房装置
３０１ 空気加熱部
３０１ 管路
３０３ 管路
３０４ 温水バルブ
４００ エアコンユニット
４０１ ユニットケーシング
４０４ ダンパ
４０５ ダンパ
５００ 冷却装置
５０１ 外気導入管
５０２ 外気排出管
５０３ 放熱用のブロワ
５０５ ダンパ
５０７ ダンパ

Claims (3)

1. 冷房装置を構成するエバポレータと、このエバポレータの下流側に配置され、暖房装置を構成するエンジン冷却水による空気加熱部と、前記空気加熱部の上流側及び下流側にそれぞれ設けた第１及び第２のダンパとを有するエアコンユニットを備えた建設機械の空調装置において、
   前記エアコンユニットにおける前記第１のダンパと前記空気加熱部の上流側との間に繋がる外気導入管と、
   前記エアコンユニットにおける前記第２のダンパと前記空気加熱部の下流側との間に繋がる外気排出管と、
   前記外気導入管に設けた放熱用のブロワと、
   前記外気導入管内に開閉可能に設けた第３のダンパと、
   前記外気導入管内に開閉可能に設けた第４のダンパと、
   前記放熱空気加熱部への前記エンジン冷却水の供給量を調節する温水バルブと、
   前記エアコンユニットによる冷房時に、前記放熱空気加熱部に前記エンジン冷却水を供給し、この放熱空気加熱部に前記外気導入管から取り込んだ空気を通過させた後、前記外気排出管から排出するように、前記放熱用のブロワ、前記第１乃至前記第４のダンパ、及び前記温水バルブを制御する制御手段とを備えた
   ことを特徴とする建設機械の空調装置。
2. 請求項１記載の建設機械の空調装置において、
   前記制御手段は、前記エンジン冷却水の温度を検出する温度センサからの検出信号を取り込み、この検出信号の値が予め記憶した設定値より超えた場合に、前記放熱用のブロワに駆動信号を出力し、前記第１及び第２のダンパに閉信号を、前記第３及び第４のダンパ及び前記温水バルブに開信号を出力することを特徴とする建設機械の空調装置。
3. 請求項１又は２に記載の建設機械の空調装置において、
   前記放熱用のブロワは、前記エアコンユニットにおけるブロアの風量より小さい風量に設定したことを特徴とする建設機械の空調装置。

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