JP6114220B2 - せん孔作業車両用冷房システムおよびこれを備えるせん孔作業車両、並びに工業用水の運用システムおよび運用方法 - Google Patents

Description

本発明は、オペレータに向けて冷風を供給する冷房システムを備えた作業車両に係り、特に、さく岩機を有するせん孔作業車両用として好適な冷房システムおよびこれを備えるせん孔作業車両、並びに工業用水の運用システムおよび運用方法に関する。

オペレータに向けて冷風を供給する冷房システムを備えた作業車両としては、例えば特許文献１ないし２に記載の技術が開示されている。
これら文献に記載の冷却システムは、通常のエアコン同様のシステム構成であって、コンプレッサで冷媒を圧縮して液化し、液化した冷媒が、コンデンサからレシーバを介してエバポレータ内に噴射されて気化し、気化した冷媒がエバポレータ周りの熱を奪ってエバポレータを冷やし、そこに送風機の風を通過させて作業車両のオペレータに向けて冷風を供給するものである。

特開２０００−９４９３２号公報（図７） 特開２０００−９４９４８号公報（図１０）

しかしながら、特許文献１ないし２記載の作業車両用冷却システムは、コンプレッサを作動させる動力源が必要となる。そのため、電力消費量が大きくなるという問題がある。
特に、上述のように、一般的なエアコンは常時外気を導入し、冷媒にて空気を冷却する構造である。従って、坑内雰囲気の温度が非常に高い場合は、一般的なエアコンでは能力不足となり、冷房効果が期待できない場合がある。そのため、このような状況に対応するためには、より消費電力が大きく、能力の高いエアコンが必要となり、電力コストだけでなく電力設備コストも必要となり、好ましくないという問題がある。
このような電力消費量や電力設備コストの問題は、トンネルや鉱山等の坑内で用いられるせん孔作業車両のように、外部からの電力供給に制限を受けやすい作業環境で使用される作業車両においては極めて重要な問題である。

そこで、本発明は、このような問題点に着目してなされたものであって、せん孔作業車両にて使用される工業用水をより効率良く使用し、コンプレッサを不要として電力消費を抑制しつつオペレータの作業空間の冷房を行うことのできるせん孔作業車両用冷房システムおよびこれを備えるせん孔作業車両を提供することを目的とする。また、せん孔に使用される工業用水を、より効率良く使用し得る工業用水の運用システムおよび工業用水の運用方法を提供することを目的とする。

ところで、さく岩機を有するせん孔作業車両においては、繰粉排出用のフラッシング流体がさく岩機に供給されて繰粉を排出しつつさく孔が行われる。トンネルや鉱山等の坑内では、労働衛生上の見地から繰粉排出用のフラッシング流体には工業用水が用いられる。
従来、せん孔作業車両に供給される工業用水は、フラッシングの他、さく岩機の作動油の冷却に用いられるところ、本発明者は、上記問題点を解決すべく鋭意検討した結果、工業用水を更に効果的に使用することができるとの知見を得た。
すなわち、上記課題を解決するために、本発明の第一の態様は、さく岩機を有するせん孔作業車両に用いられてオペレータの作業空間を冷房する冷房システムであって、さく岩機に供給する工業用水とオペレータの作業空間を冷房するための空気とをフラッシング用水として用いる前の段階で熱交換する冷房装置と、該冷房装置で冷却された空気を前記作業空間に送気する送風機とを有することを特徴とする。

本発明の第一の態様に係るせん孔作業車両用冷房システムによれば、さく岩機にフラッシング用水として供給される工業用水を、冷房装置によって、フラッシング用水として用いる前の段階でオペレータの作業空間を冷房するための空気と熱交換し、その冷却された空気を、送風機によってオペレータの作業空間に送気することができるので、オペレータの作業空間を冷房するための空気をコンプレッサを要いることなく冷却することができる。そして、冷房装置で昇温した工業用水は、問題なく、作動油冷却用やフラッシング用水としてさく岩機に供給することができる。そのため、コンプレッサを不要として電力消費を抑制しつつ、オペレータの作業空間を冷房することができる。また、せん孔作業車両にて使用される工業用水をより効率良く使用することができる。
ここで、本発明の第一の態様に係るせん孔作業車両用冷房システムにおいて、前記作業空間の周囲を囲うシート部材を有することは好ましい。このような構成であれば、作業空間が外気温度で可及的に温まらないようにする上で好適である。

また、上記課題を解決するために、本発明の第二の態様は、さく岩機を有するせん孔作業車両であって、オペレータの作業空間を冷房する冷房システムを備え、前記冷房システムとして、第一の態様に係るせん孔作業車両用冷房システムが備えられていることを特徴とする。
本発明の第二の態様に係るせん孔作業車両によれば、第一の態様に係るせん孔作業車両用冷房システムが備えられているので、コンプレッサを不要として電力消費を抑制しつつ、オペレータの作業空間を冷房することができる。また、せん孔作業車両にて使用される工業用水をより効率良く使用することができる。

また、上記課題を解決するために、本発明の第三の態様は、さく岩機のせん孔用に供給される工業用水を運用するシステムであって、オペレータの作業空間を冷房するための空気と工業用水とを熱交換する冷房装置と、該冷房装置を経由して昇温した工業用水とさく岩機の作動油とを熱交換する作動油冷却装置と、該作動油冷却装置を経由して昇温した工業用水をフラッシング用水としてさく岩機に供給するフラッシング用流体供給部とを有することを特徴とする。

本発明の第三の態様に係る工業用水の運用システムによれば、供給時に比較的低温である工業用水を冷媒として、冷房装置および作動油冷却装置の順に段階的に昇温させ、冷媒として用いた後には、フラッシング用流体供給部に送ってフラッシング用流体として更に用いるので、コンプレッサを不要として電力消費を抑制しつつオペレータの作業空間を冷房し、さらに作動油の冷却を行い、さらに、フラッシング用流体を供給するという３つの目的を効率良く全て果たすことができる。よって、さく岩機にて使用される工業用水をより効率良く使用することができる。
さらに、上記課題を解決するために、本発明の第四の態様は、さく岩機のせん孔用に供給される工業用水を運用する方法であって、オペレータの作業空間に送るための空気と工業用水とを熱交換し、その後に、前記空気と熱交換して昇温した工業用水とさく岩機の作動油とを熱交換し、その後に、前記作動油と熱交換して昇温した工業用水をフラッシング用水としてさく岩機に供給することを特徴とする。

本発明の第四の態様に係る工業用水の運用方法によれば、上記第三の態様同様の作用効果を奏する。また、上記第一の態様同様に、コンプレッサを不要として電力消費を抑制しつつ、オペレータの作業空間冷房用の冷気を作ることができる。よって、さく岩機にて使用される工業用水をより効率良く使用することができる。

上述のように、本発明によれば、コンプレッサを不要として電力消費を抑制しつつ、オペレータの作業空間の冷房を行うことができる。また、さく岩機にて使用される工業用水をより効率良く使用することができる。

本発明の一態様に係るせん孔作業車両の一実施形態を説明する正面図である。 図１のせん孔作業車両に搭載された工業用水の運用システム（せん孔作業車両用冷房システムを含む）を説明するブロック図である。 図１のせん孔作業車両に搭載された冷房装置の説明図であり、同図（ａ）はその正面図、（ｂ）は右側面図であり一部を破断して図示している。

以下、本発明の一実施形態について、図面を適宜参照しつつ説明する。
図１に示すせん孔作業車両は、トンネルや鉱山等の坑内において、さく孔作業に使用される作業車両である。同図に示すように、このせん孔作業車両１は、前後に走行用の車輪１４およびアウトリガ１６を有する台車２を備えている。台車２は、前部車体２１と後部車体２２とが別体に形成され、相互が連結機構２３により左右方向に屈曲自在に連結されたアーティキュレート式となっている。

台車２の前部車体２１の前方には、さく岩機であるドリフタ１２、ガイドシェル１５およびブーム１３を備えてなるさく孔装置２０が搭載されている。また、台車２の後部車体２２には、エンジンや電動モータ、および、エンジンないし電動モータで駆動される油圧ポンプ８２（同図には不図示、図２参照）を有する駆動機構２６が搭載されている。上記さく孔装置２０は、搭載された油圧ポンプ８２の圧油により駆動されるようになっている。
前部車体２１の上部には、走行時の運転席２４が設けられている。また、また、前部車体２１の上部前方には、上記さく孔装置２０によるさく孔等を行う、走行以外の操作部２５が設けられている。運転席２４および操作部２５がオペレータＰの作業空間Ｓになっている。

作業空間Ｓの上部には、作業空間上方を覆って落下物からオペレータＰを保護するためのヘッドガード３０が前部車体２１の機台３２に支持されている。ヘッドガード３０の屋根部３９は、左右一対の支柱３４の上部に固定されている。ヘッドガード３０の屋根部３９からは、透明なカーテン５９が吊り具４３を介して開閉可能に垂下され、このカーテン５９により、オペレータＰの作業空間の左右および後方が囲われている。カーテン５９は、防熱性の高いシート部材であり、これにより、オペレータＰの作業空間Ｓが外気温度で温まらないように、作業空間Ｓの前方を除いて囲繞している。

ここで、このせん孔作業車両１は、上記作業空間のオペレータＰに向けて冷気を送る冷房システムを含む、工業用水の運用システムが装備されている。
詳しくは、図２にシステム構成のブロック図を示すように、この工業用水の運用システム４０は、冷房装置５０、作動油冷却装置６０およびフラッシング用流体供給部７０を備えている。
冷房装置５０は、工業用水の供給口５３および排出口５４を有する。供給口５３は、配管９３および給水用バルブ９４を介して不図示の工業用水源に接続され、給水用バルブ９４を開くことにより、工業用水が工業用水供給口５３から供給される。工業用水排出口５４には、工業用水排出用の配管９５が接続されている。また、冷房装置５０には、空気導入口５１と空気排出口５２が設けられている。空気導入口５１は、配管９１を介して送風機８０に接続されており、また、空気排出口５２には、オペレータＰの作業空間Ｓに繋がる送気管路９２が接続されている。

本実施形態の例では、図１に示すように、冷房装置５０は、作業空間Ｓの外であって前部車体２１の運転席２４よりも後方に配置されている。送気管路９２は、作業空間Ｓの内部まで延長されている。本実施形態の例では、送風機８０は、前部車体２１の機台３２上であって作業空間Ｓの内部に配置されている。送風機８０の給気口は、カーテン５９で囲われた作業空間Ｓの内側の空気を吸い込む位置に設置されている。

ここで、上記冷房装置５０の一例を図３に示す。同図に示すように、この冷房装置５０は、二重管式の熱交換器であって、中空円筒状の胴体５５と、胴体５５の内部に軸線ＣＬ方向に沿って互いに離隔配置された多数の冷却管５６とを有する。胴体５５の内部は風洞となっており、多数の冷却管５６との間で熱交換が行われるようになっている。胴体５５の側面には、同図（ｂ）に示すように、軸方向前側（同図左側）に空気導入口５１が形成されるとともに、側面反対側かつ軸方向後側に空気排出口５２が形成されている。

胴体５５の後端部（同図（ｂ）の右側）は、後部カバー５７で封止され、反対側の前端部は前部カバー５８で封止されている。前後のカバー５７，５８の内側は、チャンバー室として画成されており、多数の冷却管５６の端部開口部が前後のカバー５７，５８内のチャンバー室に連通している。前部カバー５８には、軸方向に沿って二つの開口部が形成され、一方が上記工業用水供給口５３であり、他方が工業用水排出口５４になっている。工業用水供給口５３から供給された工業用水は、前部カバー５８のチャンバー室を介して往路となる冷却管５６から後部カバー５７のチャンバー室に入り、後側のチャンバー室から復路となる冷却管５６を通って工業用水排出口５４から排出される。
これにより、胴体５５の風洞内の空気と多数の冷却管５６を流れる工業用水との間で熱交換が行われる。熱交換により冷却された空気は、空気排出口５２から送気管路９２を介して作業空間Ｓの内に導かれる。一方、熱交換により昇温された工業用水は、工業用水排出口５４から配管９５を介して作動油冷却装置６０に導かれる。なお、作動油冷却装置６０は、前部車体２１の機台３２下部に装備されている（図１参照）。

図２に戻って、作動油冷却装置６０は、油圧ポンプ８２の油圧回路８４に介装された熱交換器であって、上記ドリフタ１２を含むさく孔装置２０を駆動するための作動油を冷却水により冷却するものである。本実施形態では、図２に示すように、上記配管９５が冷却水供給口６１に接続されており、上記冷房装置５０を経て昇温した工業用水は、配管９５を介して冷却水供給口６１に供給される。これにより、冷房装置５０を経由して昇温した工業用水は、更に、油圧回路８４の作動油と熱交換されて作動油を冷却する。
そして、図２に示すように、作動油冷却装置６０にて油圧回路８４の作動油と熱交換後の工業用水は、冷却水排出口６２から配管９６を介してドリフタ１２のフラッシング用流体供給部７０に導入される。これにより、作動油冷却装置６０を経由して昇温した工業用水は、フラッシング用水としてフラッシング用流体供給部７０からドリフタ１２に供給されるようになっている。

次に、上記せん孔作業車両１に装備された工業用水の運用システム４０の動作およびその作用効果について説明する。
せん孔作業車両１でさく孔作業を行う場合には、さく孔位置付近までせん孔作業車両１を走行させ、アウトリガ１６を張り出して台車２の安定を確保する。次いで、ガイドシェル１５をブーム１３でさく孔位置に移動させ、その後、ドリフタ１２を駆動してさく孔をする。さく孔作業時は、繰粉排出用のフラッシング流体がドリフタ１２に供給され、繰粉を排出しつつさく孔が行われる。トンネルや鉱山等の坑内では、労働衛生上の見地から繰粉排出用のフラッシング流体には工業用水が用いられる。

ここで、上記さく孔作業に係る操作は、作業空間Ｓ内でオペレータＰが行うところ、このせん孔作業車両１は、冷房装置５０と送風機８０とを有する冷房システムを有し、冷房装置５０は、工業用水とオペレータの作業空間を冷房するための空気とをフラッシング用水として用いる前の段階で熱交換し、送風機８０は、冷房装置５０で冷却した空気をオペレータＰの作業空間Ｓに送気するので、作業空間Ｓを冷房することができる。
上記冷房装置５０と送風機８０による冷房効果を確認するために、性能確認試験を実施した。表１に性能確認試験の結果を示す。なお、冷房効果の測定は、熱電対式温度計を用いて測定対象の温度を測定した。冷房装置５０のエア出口温度（空気排出口５２の位置）の測定結果は、測定温度が定常となったときの温度を記録した。

表１に示すように、工業用水の供給温度によりエア出口温度に差異はあるものの、いずれの測定においても、外気温度を下げることができ、冷房効果のあることが確認された。
そして、この冷房装置５０は、水源から順次供給される工業用水を冷媒としており、昇温した工業用水を循環することなく作動油冷却装置６０に送る構成なので、オペレータの作業空間を冷房するための空気を、コンプレッサを要いることなく冷却することができる。また、このせん孔作業車両１の冷房システムは、作業空間Ｓの周囲を囲うシート部材であるカーテン５９を有するので、作業空間Ｓが外気温度で可及的に温まらないようにすることができる。

また、このせん孔作業車両１の冷房システムは、送風機８０が前部車体２１の機台３２上であって作業空間Ｓの内部に配置されており、送風機８０の給気口は、カーテン５９で囲われた作業空間Ｓの内側の空気を吸い込む位置に設置されているので、冷房装置５０を介して温度を下げた空気を再び冷房装置５０に導入するサイクルを構成することができる。そのため、作業空間Ｓの外から高温の外気を導入する場合に比べ、効果的に作業空間Ｓの内部を冷房することができる。

そして、このせん孔作業車両１は、上記冷房システムを含む工業用水の運用システム４０を備えており、この運用システム４０は、作動油冷却装置６０を有し、作動油冷却装置６０は、冷房装置５０を経由して昇温した工業用水とドリフタ１２の作動油とを熱交換する構成なので、作業空間Ｓの冷房用に熱交換後の工業用水を、更に、作動油の冷却用として用いることができる。なお、上記冷房装置５０を有しない場合に比べ、冷房装置５０を介することにより工業用水は昇温するものの、その昇温の程度は、油圧回路８４の作動油の油温に比べてはるかに小さい。よって、作業空間Ｓの冷房用に熱交換後の工業用水であっても、作動油冷却装置６０での実用上、なんら問題なく油圧回路８４の作動油を冷却することができる。

さらに、この運用システム４０は、作動油冷却装置６０を経由して昇温した工業用水が、フラッシング用水としてフラッシング用流体供給部７０からドリフタ１２に供給されるようになっているので、冷媒として使用後の工業用水を、更にフラッシング用流体として使用することができる。
このように、このせん孔作業車両１によれば、上記冷房システムを含む工業用水の運用システム４０により、供給時に比較的低温である工業用水を冷媒として用い、冷房装置５０および作動油冷却装置６０の順に段階的に昇温させ、冷媒として用いた後には、フラッシング用流体供給部７０に送ってフラッシング用流体として更に用いるので、コンプレッサを不要として電力消費を抑制しつつオペレータＰの作業空間Ｓを冷房し、作動油の冷却を行い、さらに、フラッシング用流体を供給するという３つの目的を効率良く全て果たすことができる。よって、せん孔作業車両１にて使用される工業用水をより効率良く使用することができる。

なお、本発明に係るせん孔作業車両用冷房システムおよびこれを備えるせん孔作業車両、並びに工業用水の運用システムおよび運用方法は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しなければ種々の変形が可能である。
例えば、上記実施形態では、作業空間Ｓの周囲を囲うシート部材であるカーテン５９を備えた例で説明したが、これに限定されず、カーテン５９を設けない構成としてもよい。しかし、作業空間Ｓが外気温度で可及的に温まらないようにする上では、作業空間Ｓの周囲を囲うシート部材を設けることが好ましい。

また、例えば上記実施形態では、送風機８０の給気口が、カーテン５９で囲われた作業空間Ｓの内側の空気を吸い込む位置に設置されている例で説明したが、カーテンの有無によらず、これに限定されない。しかし、冷気を導入するサイクルを構成する上では、送風機８０の給気口を、カーテン５９で囲われた作業空間Ｓの内側の空気を吸い込む位置に設置することが好ましい。

１ せん孔作業車両
２ 台車
１２ ドリフタ（さく岩機）
１３ ブーム
１４ 車輪
１５ ガイドシェル
１６ アウトリガ
２０ さく孔装置
２１ 前部車体
２２ 後部車体
２３ 連結機構
２４ 運転席
２５ 操作部
２６ 駆動機構
３０ ヘッドガード
３２ 機台
３４ 支柱
３９ 屋根部
４０ 工業用水の運用システム
４３ 吊り具
５０ 冷房装置
５１ 空気導入口
５２ 空気排出口
５３ 工業用水供給口
５４ 工業用水排出口
５５ 胴体
５６ 冷却管
５７ 後部カバー
５８ 前部カバー
５９ カーテン（シート部材）
６０ 作動油冷却装置
６１ 冷却水供給口
６２ 冷却水排出口
７０ フラッシング用流体供給部
８０ 送風機
８２ 油圧ポンプ
８４ 油圧回路
９２ 送気管路
９４ 給水用バルブ
９１、９３、９５、９６ 配管
Ｐ オペレータ
Ｓ 作業空間

Claims (5)

1. さく岩機を有するせん孔作業車両に用いられてオペレータの作業空間を冷房する冷房システムであって、
   さく岩機に供給する工業用水とオペレータの作業空間を冷房するための空気とをフラッシング用水として用いる前の段階で熱交換する冷房装置と、該冷房装置で冷却された空気を前記作業空間に送気する送風機とを有することを特徴とするせん孔作業車両用冷房システム。
2. 前記作業空間の周囲を囲うシート部材を有することを特徴とする請求項１に記載のせん孔作業車両用冷房システム。
3. さく岩機を有するせん孔作業車両であって、
   オペレータの作業空間を冷房する冷房システムを備え、
   前記冷房システムとして、請求項１または２に記載のせん孔作業車両用冷房システムが備えられていることを特徴とするせん孔作業車両。
4. さく岩機のせん孔用に供給される工業用水を運用するシステムであって、
   オペレータの作業空間を冷房するための空気と工業用水とを熱交換する冷房装置と、該冷房装置を経由して昇温した工業用水とさく岩機の作動油とを熱交換する作動油冷却装置と、該作動油冷却装置を経由して昇温した工業用水をフラッシング用水としてさく岩機に供給するフラッシング用流体供給部とを有することを特徴とする工業用水の運用システム。
5. さく岩機のせん孔用に供給される工業用水を運用する方法であって、
   オペレータの作業空間に送るための空気と工業用水とを熱交換し、その後に、前記空気と熱交換して昇温した工業用水とさく岩機の作動油とを熱交換し、その後に、前記作動油と熱交換して昇温した工業用水をフラッシング用水としてさく岩機に供給することを特徴とする工業用水の運用方法。

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