JP6291431B2 - エクスパンションタンク - Google Patents

Description

本発明は、エンジン冷却装置に係り、特にエンジン冷却装置を循環する冷却水の体積変化に伴う圧力変動を吸収するとともに当該冷却水の気液分離を行うエクスパンションタンクに関する。

一般に、油圧ショベル等の建設機械には、原動機としてのエンジンと、エンジンとラジエータとの間に形成された冷却水回路に冷却水を循環させてエンジンを冷却するエンジン冷却装置とが搭載されている。そして、この冷却水回路には、冷却水に含まれるエアを除去するとともに、内部に確保された空気室を空気バネとして作用させて冷却水の体積変化に伴う圧力変動を吸収する密閉式のリザーブタンク（いわゆる、エクスパンションタンク）が搭載される傾向がある。

従来のエクスパンションタンクでは、タンク内が隔壁によって複数の分離室に仕切られており、各分離室の下部には分離室の相互間で冷却水を流通させるための冷却水用連通穴が形成されるとともに、各分離室の上部には各分離室に確保された空気室の相互間で空気を流通させるための空気用連通穴が形成されている。冷却水回路からタンク内に導入された冷却水は、タンク内の複数の分離室を通過しながら気液分離された後、冷却水回路に送出される。

しかしながら、このようなエクスパンションタンクでは、各分離室に確保される空気室の容量がタンクの給水量によって変動するため、タンクに冷却水が過剰に給水された場合、各分離室で確保される空気室の容量が減少し、冷却水の体積変化に伴う圧力変動が十分に吸収できず、冷却水回路の内圧が過度に上昇することで冷却水回路を構成する部品が損傷するおそれがある。これに対して、ユーザが冷却水を過剰に給水された場合でも冷却水の体積変化に伴う圧力変動を吸収できるエクスパンションタンクとして、例えば特許文献１に記載のものがある。

特許文献１に記載のエクスパンションタンクでは、冷却水用連通穴のみが形成された分離室を設けたことにより、この分離室の冷却水用連通穴より上方部分がタンクの給水量によらず空気室として確保されるため、タンクに冷却水が過剰に給水された場合でも冷却水の体積変化に伴う圧力変動を吸収することができる。

特許第３８６７６０７号公報

しかしながら、特許文献１に記載のエクスパンションタンクでは、エンジン冷却装置から冷却水を導入するための導入口とタンク内からエンジン冷却装置に冷却水を送出するための送出口が同一の分離室に開口しているため、冷却水が分離室を通過する回数が少なくタンク内に形成される流路が短くなり、冷却水の気液分離性能を十分に確保することができない。仮に、導入口と送出口とをそれぞれ別の分離室に開口させ、冷却水用連通穴のみが形成された分離室を導入口が形成された分離室と送出口が形成された分離室との間に配置すれば、長い流路を形成することは可能である。しかし、冷却水用連通穴のみが形成された分離室は他の分離室よりも水位が低いため、冷却水がこの分離室を通過する際に流れが乱れて泡立ちが発生し、気液分離性能が低下するおそれがある。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、冷却水の気液分離性能を確保するとともに、冷却水が過剰に給水された場合でもエンジン冷却装置を循環する冷却水の体積変化に伴う圧力変動を吸収することができるエクスパンションタンクを提供することである。

上記課題を解決するために、本発明は、エンジン冷却装置に設けられ、このエンジン冷却装置を循環する冷却水の気液分離を大気に対し密閉された状態で行うエクスパンションタンクにおいて、タンク内が隔壁によって、複数の分離室で構成される第１の分離室群と、複数の分離室で構成される第２の分離室群とに仕切られ、前記エンジン冷却装置から冷却水を導入するための導入口が前記第１の分離室に開口するように形成され、タンク内から前記エンジン冷却装置に冷却水を送出するための送出口が所定の高さより低い位置で前記第２の分離室に開口するように形成され、タンク内に冷却水を給水するための給水口が前記所定の高さより高い位置で前記第１の分離室に開口するように形成され、前記第１の分離室群を構成する複数の分離室と前記第２の分離室群を構成する複数の分離室とは、前記隔壁の前記所定の高さ位置よりも低い位置に設けられた冷却水用連通穴を介して、連通されており、前記第１の分離室群を構成する複数の分離室はそれぞれ、前記隔壁の前記所定の高さ位置より高い位置に設けられた第１の空気用連通穴を介して、他の前記第１の分離室群を構成する分離室と連通されており、前記第２の分離室群を構成する複数の分離室はそれぞれ、前記隔壁の前記所定の高さ位置より高い位置に設けられた第２の空気用連通穴を介して、他の前記第２の分離室群を構成する分離室と連通されており、前記第１の分離室群を構成する複数の分離室のうち少なくとも一つの分離室は、前記隔壁の前記所定の高さ位置に設けられた第３の空気用連通穴を介して、前記第２の分離室群を構成する複数の分離室のいずれかの分離室に連通し、前記所定の高さは、前記冷却水の体積変化に伴う圧力変動を吸収可能な空気量に基づいて設定されているものとする。

このように構成した本発明においては、冷却水が通過する複数の分離室（第１及び第２の分離室）の水位を所定の高さ以上に保つことで冷却水の気液分離性能を維持するとともに、エクスパンションタンクの給水水位に関わらず第２の分離室の所定の高さより上方部分を空気室として確保することにより、エクスパンションタンクに過剰に給水された場合でもエンジン冷却装置を循環する冷却水の体積変化に伴う圧力変動を吸収することができる。

本発明によれば、エクスパンションタンクにおいて、エンジン冷却装置を循環する冷却水の気液分離性能を維持するとともに、冷却水が過剰に給水された場合でも冷却水の体積変換に伴う圧力変動を吸収できる。

本発明の第１の実施形態に係るエクスパンションタンクを備えたエンジン冷却装置の全体構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る油圧ショベルの側面図である。 第１の実施形態に係るエクスパンションタンクの側面図である。 第１の実施形態に係るエクスパンションタンクの上面図である。 図３のＡ１−Ａ１断面図である。 図３のＢ１−Ｂ１断面図である。 図３のＣ１−Ｃ１断面図である。 図３のＣ１−Ｃ１断面において冷却水の主な流れ方向を示す図である。 図４のＤ１−Ｄ１断面において給水時のタンクの水位の変化を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係るエクスパンションタンクを備えたエンジン冷却装置の全体構成を示す図である。 第２の実施形態に係るエクスパンションタンクの側面図である。 第２の実施形態に係るエクスパンションタンクの上面図である。 図１２のＡ２−Ａ２断面図である。 図１２のＢ２−Ｂ２断面図である。 図１２のＣ２−Ｃ２断面図である。 図１２のＣ２−Ｃ２断面において冷却水の主な流れを示す図である。 ＦＵＬＬラインを超えて給水した状態でのエクスパンションタンクの上面図である。 図１７のＤ２−Ｄ２断面図である。

本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の実施形態では、クローラ式の油圧ショベルに搭載されたエンジン冷却装置に本発明を適用した場合を例に説明するが、本発明の適用対象はこれに限られず、ラジエータとエンジンとの間で冷却水を循環させてエンジンを冷却するエンジン冷却装置であれば、ホイール式の油圧ショベルや、油圧クレーン、ホイールローダ、トラクタ等の他の建設機械に搭載されたエンジン冷却装置にも広く適用できる。

＜第１の実施形態＞
本発明の第１の実施形態について、図１〜図９を用いて説明する。

図１は、本実施形態に係るエクスパンションタンクを備えたエンジン冷却装置の全体構成を示す図である。エンジン冷却装置９０は、ラジエータ８０と、ウォーターポンプ９１と、サーモスタット９２と、ウォータージャケット９３と、ＥＧＲクーラ９４と、サーモスタット９２と、エクスパンションタンク３０とを備えている。ここで、図１中の矢印は、冷却水（冷却水中に空気が含まれる場合も含む）が流路（配管、ホースを含む）及び流れ方向を示している。

ラジエータ８０は、ラジエータアッパーホース５０を介してエンジン９からの冷却水が流入するアッパータンク８０Ａと、アッパータンク８０Ａの下側に接続され、複数の冷却水細管及び当該複数の冷却水細管の外周に設けられた複数の放熱フィンを有するラジエータコア８０Ｂと、ラジエータコア８０Ｂの下側に接続され、ラジエータコア８０Ｂで冷却された冷却水をラジエータロアホース５１を介してエンジン９に流出させるロアータンク８０Ｃとを備えている。ラジエータコア８０Ｂの冷却水細管に導入された冷却水の熱は、エンジン９によって回転駆動される冷却ファン１０により機体外部から取り込んだ冷却風によって放熱される。なお、冷却ファン１０の駆動源はこれにエンジン９に限られず、電動機などの他の駆動源を用いても良い。

ウォーターポンプ９１は、エンジン９の動力により駆動され、サーモスタット９２またはロアータンク８０Ｃから吸入した冷却水をウォータージャケット９３及びＥＧＲクーラ９４に向けて吐出することで冷却水を循環させる。

ウォータージャケット９３は、エンジン９のシリンダ（図示せず）の周囲に設けられた水路であり、ウォーターポンプ９１から送り出された冷却水は主にここを通過する際にエンジン９と熱交換してエンジン９を冷却する。

ＥＧＲクーラ９４は、ＥＧＲ管路（図示せず）に設けられ、このＥＧＲ配管を通過するエンジン排気の一部（以下「ＥＧＲガス」という）と冷却水との熱交換によりＥＧＲガスを冷却する。冷却されたＥＧＲガスは、吸入空気と混合されて再度シリンダ内に導入される。なお、ＥＧＲクーラ９４及びこれに関連する冷却系は省略が可能である。

サーモスタット９２は、冷却水温度に応じて水路を開閉する弁装置であり、冷却水温度が開弁温度以上のときに開き、これによりラジエータ８０に冷却水が導入される。一方、開弁温度未満のときはサーモスタット９２は閉じており、冷却水はラジエータ８０に導入されることなく循環する。なお、図１の例では、サーモスタット９２は、エンジン９（ウォータージャケット９３及びＥＧＲクーラ９４）の外部（アッパータンク８０Ａ）に冷却水が出ていく流路に設置されているが、外部（ロアータンク８０Ｃ）からエンジン９の内部（ウォーターポンプ９１）に冷却水が入ってくる流路に設置しても良い。

エクスパンションタンク３０は、完全密閉式のリザーブタンクであり、エンジン冷却装置９０を循環する冷却水のエアを取り除く（気液分離を行う）とともに、タンク内の空気室を空気バネとして作用させることで冷却水の体積変化に伴う冷却水回路内の圧力変動を吸収する。

タンク３０の上面には冷却水を給水するための給水ポート３１が設けられており、給水ポート３１には給水時を除いてキャップ３２が取り付けられている。冷却水の給水後にキャップ３２を締めることでタンク３０内が密閉される。また、タンク３０の上部又はキャップ３２には、タンク内部の空気圧を調整可能な圧力弁（図示せず）を設けることが好ましい。

タンク３０の側面にはタンク水位よりも高い位置にエア抜きポート３４が設けられており、エア抜きポート３４にはラジエータ８０から空気を含んだ冷却水を導入するためのエア抜き配管５２の一端が取り付けられている。エア抜き配管５２の他端はラジエータ８０のアッパータンク８０Ａの上端部に接続されている。

タンク３０の底面には、空気を除去した冷却水を冷却水回路に送出するメイクアップポート３３が設けられており、メイクアップポート３３には略垂直方向に設置されたメイクアップ配管５４の上端が取り付けられている。メイクアップ配管５４の下端はラジエータロアホース５１に接続されている。また、タンク３０は、メイクアップポート３３がアッパータンク８０Ａの内部空洞の最上部よりも高くなるように配置されている。これにより、エア抜き配管５２からタンク３０に導入された冷却水は、タンク３０内で気液分離された後、メイクアップ配管５４を介してラジエータロアホース５１に供給される。なお、図１の例では、エア抜き配管５２は、タンク３０の側面に接続されているが、タンク３０の上面や底面に接続しても良い。

図２は、エンジン冷却装置９０が搭載された建設機械の一例としての油圧ショベルの外観図である。油圧ショベル１は、自走可能な下部走行体２と、下部走行体２上に旋回可能に搭載された上部旋回体４と、土砂の掘削作業等を行う作業装置５とにより大略構成されている。なお、以下の説明で使用する「前」「後」「左」「右」は、運転席７１に着座したオペレータを基準としている。

下部走行体２は、左右のクローラフレーム２１と、左右のクローラフレーム２１のそれぞれに巻き掛けられた左右の履帯２２と、左右の履帯２２をそれぞれ独立に駆動する左右の走行モータ２３（全て左側のみ図示）とを有する。

上部旋回体４は、支持機構としての旋回フレーム６を有し、旋回フレーム６の前部左側には、オペレータが着座する運転席７１、各油圧アクチュエータ２Ａ，５Ｄ，５Ｅ，５Ｆを操作するための操作レバー（図示せず）等が配設されたキャブ７が設けられている。旋回フレーム６の後端部には、作業装置５との重量バランスをとるためのカウンタウエイト８が取り付けられている。旋回フレーム６の後部には、外装カバー１１、エンジンカバー１０及びカウンタウエイト８等により機械室２５が画成されている。機械室２５には、原動機としてのエンジン９（図１参照）、エンジン冷却装置９０（図１参照）、エンジン９により駆動される油圧ポンプ、旋回装置３を駆動することにより下部走行体２に対して上部旋回体４（旋回フレーム６）を旋回駆動する旋回モータ（図示せず）、油圧ポンプの吐出油を各油圧アクチュエータ２Ａ，５Ｄ，５Ｅ，５Ｆに分配して供給するコントロールバルブ等が搭載されている。また、外装カバー１１には、エンジン冷却装置９０（ラジエータ８０）に冷却風を供給するための縦長の複数の孔からなる流入口１３が形成されている。

作業装置５は、上部旋回体４に俯仰動可能に取り付けられたブーム５Ａと、ブーム５Ａの先端に回動可能に取り付けられたアーム５Ｂと、アーム５Ｂの先端に回動可能に取り付けられたバケット５Ｃとを有する。ブーム５Ａはブームシリンダ５Ｄの伸縮により俯仰動し、アーム５Ｂはアームシリンダ５Ｅの伸縮により回動し、バケット５Ｃはバケットシリンダ５Ｆの伸縮により回動する。

エンジン冷却装置９０が備えるエクスパンションタンク（以下単に「タンク」という）３０の構成について、図３〜図８を参照して説明する。

図３はタンク３０の側面図であり、図４はタンク３０の上面図である。タンク３０の内部は、隔壁４２により互いに前後左右に隣り合う四角柱状の６個の分離室Ｒ１〜Ｒ６に仕切られている。タンク３０の上面には、タンク３０に冷却水を給水するための給水ポート３１が分離室Ｒ５に開口するように形成されており、給水ポート３１の上端には、給水時を除いて圧力弁付きキャップ３２が取り付けられている。タンク３０の側面には、エア抜き配管５２を接続するためのエア抜きポート３４が分離室Ｒ６に開口するように形成されている。タンク３０の底面には、メイクアップ配管５４を取り付けるためのメイクアップポート３３が分離室Ｒ２に開口するように形成されている。タンク３０の作業者が目視確認できる側面には、給水の目安を示すＦＵＬＬライン４０と、タンク３０の気液分離性が十分に確保されるために必要な水位を示すＬＯＷライン４１とが表示されている。

分離室Ｒ１〜Ｒ６のそれぞれは、隔壁４２の下端付近に形成された冷却水用連通穴４４を介して隣り合う分離室のいずれかと連通しているとともに、隔壁４２の上端付近に形成された空気用連通穴４５ａ，４５ｂ又は隔壁４２のＦＵＬＬライン４０の高さ位置に形成された空気用連通穴４５ｃを介して隣り合う分離室のいずれかと連通している。

図５は図３のＡ１−Ａ１断面図であり、タンク３０の空気用連通穴４５ａ，４５ｂの高さ位置における断面を示す図である。図５に示すように、分離室Ｒ４〜Ｒ５は空気用連通穴４５ａを介して連通し、分離室群Ｘを構成している。一方、分離室Ｒ１〜Ｒ３は空気用連通穴４５ｂを介して連通し、分離室群Ｙを構成している。分離室群Ｘを構成する分離室のそれぞれは、空気用連通穴４５ａ，４５ｂの高さ位置において、分離室Ｙを構成する分離室のいずれとも連通していない。なお、分離室群Ｘ及びＹを構成する分離室の数は１つ以上であれば特に限定はない。また、分離室Ｘ又はＹを１つの分離室で構成した場合は、空気用連通穴４５ａ又は４５ｂが不要となる。

図６は図３のＢ１−Ｂ１断面図であり、タンク３０の空気用連通穴４５ｃ（ＦＵＬＬライン）の高さ位置における断面を示す図である。図６に示すように、分離室Ｒ１と分離室Ｒ４が空気用連通穴４５ｃを介して連通している。分離室Ｒ２，Ｒ３，Ｒ５，Ｒ６は、空気用連通穴４５ｃの高さ位置において、他のいずれの分離室とも連通していない。

図７は図３のＣ１−Ｃ１断面図であり、タンク３０の冷却水用連通穴４４の高さ位置における断面を示す図である。図７に示すように、分離室Ｒ１〜Ｒ６は冷却水用連通穴４４を介して連通している。

図８は、図３のＣ１−Ｃ１断面において、冷却水の主な流れを示す図である。図８に示すように、分離室Ｒ１〜Ｒ６は冷却水用連通穴４４の高さ位置において一本の流路５０を形成している。これにより、エア抜きポート３４（図４参照）から分離室Ｒ６に導入された冷却水の大部分は、流路５０を形成している分離室Ｒ６，Ｒ５，Ｒ４，Ｒ１，Ｒ２を通過しながら気液分離され、分離室Ｒ２の底面に開口するメイクアップポート３３から送出される。

次に、タンク３０にＦＵＬＬライン４０を超えて冷却水を給水した場合の分離室Ｒ１〜Ｒ６の水位の変化について、図５〜図７及び図９を用いて説明する。図９は、図４のＤ１−Ｄ１断面において給水時のタンク３０の水位の変化を示す図である。

給水ポート３１から分離室Ｒ５に供給された冷却水は、冷却水用連通穴４４を介して他の分離室Ｒ１〜Ｒ４，Ｒ６に流入する（図７参照）。ここで、冷却水用連通穴４４よりも高い位置において、分離室Ｒ１〜Ｒ３は空気用連通穴４５ｂを介して互いに連通し、分離室Ｒ４〜Ｒ６は空気用連通穴４５ａを介して互いに連通しており（図５参照）、分離室Ｒ１と分離室Ｒ４とは空気用連通穴４５ｃを介して連通しているため（図６参照）、分離室Ｒ１〜Ｒ６の上部の空気は相互に流通可能である。そのため、図９（ａ）に示すように、水位の上昇とともに分離室Ｒ１〜Ｒ６に滞留する空気は分離室Ｒ５に開口している給水ポート３１から外部に排出され、分離室Ｒ１〜Ｒ６の水位は空気用連通穴４５ｂの高さに達するまで均一に上昇する。

分離室Ｒ１〜Ｒ６の水位が空気用連通穴４５ｃ（ＦＵＬＬライン４０）の高さ位置に達して以降も給水を継続した場合は、図９（ｂ）に示すように、分離室群Ｘ（分離室Ｒ４〜Ｒ５）の空気は分離室Ｒ５に開口している給水ポート３１から外部に排出されるため、分離室群Ｘ（分離室Ｒ４〜Ｒ６）の水位６０ａは均一に上昇する。ここで、空気用連通穴４５ｃより高い位置において分離室群Ｘ（分離室Ｒ４〜Ｒ６）と分離室群Ｙ（分離室Ｒ１〜Ｒ３）とは連通しておらず（図５参照）、分離室群Ｙ（分離室Ｒ１〜Ｒ３）に滞留している空気は分離室Ｒ５に開口している給水ポート３１から外部に排出されないため、分離室群Ｙ（分離室Ｒ１〜Ｒ３）の水位６０ｂは空気用連通穴４５ｃ（ＦＵＬＬライン４０）の高さ位置に保たれる。なお、空気用連通穴４５ｃの高さは、冷却水の体積変化に伴う圧力変動を吸収可能な空気量が分離室群Ｙ（分離室Ｒ１〜Ｒ３）に確保されるように設定するのが望ましい。

以上のように構成したエクスパンションタンク３０によれば、エア抜きポート３４から導入された冷却水が複数（少なくとも５つ）の分離室を通過するように冷却水用連通穴４４を配置したことにより、冷却水の気液分離性能を確保することができる。

また、ＦＵＬＬライン４０を越えて給水された場合でも、分離室群Ｙ（分離室Ｒ１〜Ｒ３）に一定容量の空気室を確保することができ、この空気室を空気バネとして作用させることでエンジン冷却水の体積変化に伴う圧力変動を吸収することができる。

さらに、冷却水の体積変化に伴う冷却水回路内の圧力変動を吸収するのに必要な空気量が分離室群Ｙ（分離室Ｒ１〜Ｒ３）に確保されるように空気用連通穴４５ｃの高さを設定したことにより、タンク３０の上端付近まで給水された場合でも、エンジン冷却水の体積変化に伴う圧力変動を吸収することができる。

また、分離室群Ｘ（分離室Ｒ４〜Ｒ６）内の空気を空気用連通穴４５ａを介して流通させるとともに、分離室群Ｙ（分離室Ｒ１〜Ｒ３）の空気を空気用連通穴４５ｂを介して流通させることにより、機体と共にタンク３０が傾斜した場合でも、分離室群Ｘ（分離室Ｒ４〜Ｒ６）の水位と分離室群Ｙ（分離室Ｒ１〜Ｒ３）の水位とがそれぞれ均一となり、タンク３０内の流路５０において流れが安定し、冷却水への空気の混入が抑えられる。

さらに、空気用連通穴４５ｃが形成された高さ位置にＦＵＬＬライン４０を表示したことにより、作業者はタンク水位がＦＵＬＬライン４０を目安に給水する。それにより分離室群Ｘ（Ｒ４〜Ｒ６）と分離室群Ｙ（Ｒ１〜Ｒ３）の水位が等しくなり、タンク３０内の流路５０において流れがより安定し、冷却水への空気の混入が更に抑えられる。

＜第２の実施形態＞
本発明の第２の実施形態について、図１０〜図１８を用いて説明する。なお、図１０〜図１８において、第１の実施形態（図１〜図９）で説明した構成要素と同様の構成要素には同一の符号を付し、重複した説明は適宜省略する。

図１０は、第２の実施形態におけるエンジン冷却装置の全体構成を示す図である。図１０に示すエンジン冷却装置９０Ａの構成は、エンジン９の冷却水流路から抜いた冷却水が導入されるエア抜き配管５３がエクスパンションタンク３０Ａに接続されている点を除き、第１の実施形態と同様である。本実施形態においては、エア抜き配管５３のエンジン側の端部は、エンジン９内に構成される冷却水流路において水位が最も高くなる部分に接続されており、当該部分から空気を含む冷却水が抽出される。また、タンク３０Ａは、メイクアップポート３３がアッパータンク８０Ａの内部空洞の最上部よりも高く、エンジン９内に構成される冷却水流路において水位が最も高くなる部分よりも高い位置に来るように配置されている。なお、図１１の例では、ＥＧＲクーラ９４の出口側に接続された流路がエンジン内で最も高い位置を通過しているため、当該流路にエア抜き配管５３が接続されているが、冷却水流路の高さによっては、ウォータージャケット９３からサーモスタット９２に至る流路に接続されることもあるし、他の流路に接続されることもある。

エンジン冷却装置９０Ａが備えるエクスパンションタンク（以下適宜「タンク」という）３０Ａの構成について、図１１〜図１６を用いて説明する。

図１１はタンク３０Ａの側面図であり、図１２はタンク３０Ａの上面図である。タンク３０Ａの内部は、隔壁４２により互いに前後左右に隣り合う四角柱状の２５個の分離室ＲＡ１〜ＲＡ２５に仕切られている。タンク３０Ａの天面には、給水ポート３１が分離室Ｒ１２に開口するように形成されている。タンク３０Ａの側面には、ラジエータ側のエア抜き配管５２を接続するためのエア抜きポート３４ａが分離室ＲＡ１６に開口するように形成され、エンジン側のエア抜き配管５３を接続するためのエア抜きポート３４ｂが分離室ＲＡ６に開口するように形成されている。タンク３０Ａの底面には、メイクアップ配管５４を取り付けるためのメイクアップポート３３がタンク３０Ａの中心付近に配置された分離室ＲＡ１３の底面に開口するように形成されている。

分離室ＲＡ１〜ＲＡ２５のそれぞれは、隔壁４２の下端付近に形成された冷却水用連通穴４４を介して隣り合う分離室のいずれかと連通しているとともに、隔壁４２の上端付近に形成された空気用連通穴４５ａ，４５ｂ又は隔壁４２のＦＵＬＬライン４０の高さ位置に形成された空気用連通穴４５ｃを介して隣り合う分離室のいずれかと連通している。

図１３は図１１のＡ２−Ａ２断面図であり、タンク３０Ａの空気用連通穴４５ａ，４５ｂの高さ位置における断面を示す図である。図１３に示すように、タンク３０Ａの外周に配置された分離室ＲＡ１〜ＲＡ５，ＲＡ６，ＲＡ１０，ＲＡ１１，ＲＡ１５，ＲＡ１６，ＲＡ２０〜ＲＡ２５及び給水ポート３１が開口している分離室ＲＡ１２（破線枠３６の外側に配置された分離室）は空気用連通穴４５ａを介して連通し、分離室群Ｘを構成している。一方、分離室ＲＡ７〜ＲＡ９，ＲＡ１３，ＲＡ１４，ＲＡ１７〜ＲＡ１９（破線枠３６の内側に配置された分離室）も同様に空気用連通穴４５ｂを介して連通し、分離室群Ｙを構成している。分離室群Ｘを構成する分離室のそれぞれは、空気用連通穴４５ａ，４５ｂの高さ位置において、分離室Ｙを構成する分離室のいずれとも連通していない。

図１４は図１１のＢ２−Ｂ２断面図であり、タンク３０Ａの空気用連通穴４５ｃ（ＦＵＬＬライン４０）の高さ位置における断面を示す図である。図１４に示すように、分離室ＲＡ３と分離室ＲＡ８、分離室ＲＡ４と分離室ＲＡ９、分離室ＲＡ１４と分離室ＲＡ１５、分離室ＲＡ１８と分離室ＲＡ２３、及び分離室ＲＡ１９と分離室ＲＡ２４が空気用連通穴４５ｃを介して連通している。それ以外の分離室は、空気用連通穴４５ｃの高さ位置において、他のいずれの分離室とも連通していない。

図１５は図１１のＣ２−Ｃ２断面図であり、タンク３０Ａの冷却水用連通穴４４の高さ位置における断面を示す図である。図１５に示すように、分離室ＲＡ１〜ＲＡ２５のそれぞれは、冷却水用連通穴４４を介して隣り合う分離室のいずれか少なくとも１つと連通している。

図１６は、図１１のＣ２−Ｃ２断面において、タンク３０Ａ内を通過する冷却水の主な流路を示す図である。図１６に示すように、分離室ＲＡ１６，ＲＡ２１，ＲＡ２２，ＲＡ２３，ＲＡ２４，ＲＡ１９，ＲＡ１８，ＲＡ１３は、ラジエータ側のエア抜きポート３４ａからメイクアップポート３３に到るまでの主な流路５０ａを形成し、分離室ＲＡ６，ＲＡ１〜Ｒ４，ＲＡ９，ＲＡ８，ＲＡ１３は、エンジン側のエア抜きポート３４ｂからメイクアップポート３３に到るまでの主な流路５０ｂを形成している。ラジエータ側のエア抜きポート３４ａ（図１２参照）から分離室ＲＡ１６に導入された冷却水の大部分は、流路５０ａを形成している複数の分離室を通過しながら気液分離され、分離室ＲＡ１３の底面に開口するメイクアップポート３３から送出される。一方、エンジン側のエア抜きポート３４ｂ（図１２参照）から分離室ＲＡ６に導入された冷却水の大部分は、流路５０ｂを形成している複数の分離室を通過しながら気液分離され、分離室ＲＡ１３の底面に開口するメイクアップポート３３から送出される。なお、図１６に示す流路５０ａ，５０ｂは、エア抜きポート３４ａ，３４ｂから均等に冷却水を導入した場合の一例であり、冷却水用連通穴４４の配置、冷却水用連通穴４４の径、エア抜きポート３４ａ，３４ｂのそれぞれから導入される流量に応じて異なる流路が形成される。

次に、タンク３０ＡにＦＵＬＬライン４０を超えて冷却水を給水した場合の分離室ＲＡ１〜ＲＡ２５の水位の変化について、図１７及び図１８を用いて説明する。図１７は、ＦＵＬＬライン４０を超えて給水した状態でのタンク３０Ａの上面図であり、図１８は図１７のＤ２−Ｄ２断面図である。

本実施形態に係るタンク３０Ａに給水する場合も、第１の実施形態と同様に、分離室ＲＡ１〜ＲＡ２５の水位は空気用連通穴４５ｂの高さに達するまで均一に上昇する。分離室ＲＡ１〜ＲＡ２５の水位が空気用連通穴４５ｂ（ＦＵＬＬライン４０）の高さ位置に達して以降も給水を継続した場合は、分離室群Ｘの上部に滞留している空気は分離室Ｒ１２に開口している給水ポート３１から外部に排出されるため、分離室群Ｘ（図１７中、ハッチングで示す）の水位６０ａは均一に上昇する（図１８参照）。ここで、空気用連通穴４５ｃより高い位置において分離室群Ｘと分離室群Ｙとは連通しておらず（図１３参照）、分離室群Ｙの空気は分離室Ｒ１２に開口している給水ポート３１から外部に排出されないため、分離室群Ｙ（図１７中、無模様で示す）の水位６０ｂは空気用連通穴４５ｃ（ＦＵＬＬライン４０）の高さ位置に保たれる（図１８参照）。

以上のように構成したエクスパンションタンク３０Ａによれば、エア抜きポート３４ａ，３４ｂから導入された冷却水がそれぞれ複数（少なくとも８つ）の分離室を通過するように冷却水用連通穴４４を配置したことにより、エア抜きポート３４ａ，３４ｂから導入された冷却水の双方において気液分離性能を確保することができる。

また、ＦＵＬＬライン４０を越えて給水された場合でも、分離室群Ｘに一定容量の空気室を確保することができ、この空気室を空気バネとして作用させることでエンジン冷却水の体積変化に伴う圧力変動を吸収することができる。

さらに、冷却水の体積変化に伴う冷却水回路内の圧力変動を吸収するのに必要な空気量が分離室群Ｘに確保されるように空気用連通穴４５ｃの高さを設定したことにより、タンク３０の上端付近まで給水された場合でも、エンジン冷却水の体積変化に伴う圧力変動を吸収することができる。

また、分離室群Ｘを構成する分離室間で空気用連通穴４５ａを介して空気を流通させるとともに、分離室群Ｙを構成する分離室間で空気用連通穴４５ｂを介して空気を流通させることにより、機体と共にタンク３０Ａが傾斜した場合でも、分離室群Ｘ及び分離室群Ｙの水位がそれぞれ均一となり、タンク３０Ａ内の流路５０ａ，５０ｂにおいて流れが安定し、冷却水への空気の混入が抑えられる。

さらに、空気用連通穴４５ｂが形成された高さ位置にＦＵＬＬライン４０を表示したことにより、作業者はタンク水位がＦＵＬＬライン４０を目安に給水する。それにより分離室群Ｘと分離室群Ｙの水位が等しくなり、タンク３０Ａ内の流路５０ａ，５０ｂにおいて流れがより安定し、冷却水への空気の混入が更に抑えられる。

また、メイクアップポート３３をタンク３０Ａの中心付近に配置された分離室ＲＡ１３の底面に開口するように形成したことにより、機体と共にタンク３０Ａがいずれの方向に傾斜した場合でも、メイクアップポート３３の開口部から水面までの距離が適度に保たれ、メイクアップポート３３から冷却水回路内に空気が混入することを防止できる。

さらに、ＦＵＬＬライン４０を超えて水位が上昇し得る分離室群Ｘを、ＦＵＬＬライン４０の高さに水位が保たれる分離室群Ｙの外周を囲むように配置したことにより、作業者はタンク３０Ａ内の冷却水量の変化を外部から正確に把握することが可能となり、給水時にタンク３０Ａから溢水させるおそれが少なくなる。

なお、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内の様々な変形例が含まれる。例えば、上記の実施形態におけるタンク３０，３０Ａは、メイクアップポート３３がアッパータンク８０Ａの内部空洞の最上部よりも高くなるように配置されているが、少なくともＬＯＷライン４１がアッパータンク８０Ａの内部空洞の最上部よりも高ければ、メイクアップポート３３がアッパータンク８０Ａの内部空洞の最上部よりも低くなるように配置しても良い。また、本発明は、上記の実施形態で説明した全ての構成を備えるものに限定されず、その構成の一部を削除したものも含まれる。また、ある実施形態に係る構成の一部を、他の実施形態に係る構成に追加又は置換することが可能である。

３０，３０Ａ…エクスパンションタンク、３１…給水ポート（給水口）、３３…メイクアップポート（送出口）、３４…エア抜きポート（導入口）、３４ａ…エア抜きポート（ラジエータ側）、３４ｂ…エア抜きポート（エンジン側）、４０…ＦＵＬＬライン（水位線）、４２…隔壁、４４…冷却水用連通穴（第１の連通穴）、４５ａ…空気用連通穴（第３の連通穴）、４５ｂ…空気用連通穴（第４の連通穴）、４５ｃ…空気用連通穴（第２の連通穴）、５０ａ…エンジン側から導入される冷却水の主な流路、５０ｂ…ラジエータ側から導入される冷却水の主な流路、６０ａ…分離室群Ｘの水位、６０ｂ…分離室群Ｙの水位、Ｒ１〜Ｒ３…分離室群Ｘを構成する分離室（第２の分離室）、Ｒ４〜Ｒ６…分離室群Ｙを構成する分離室（第１の分離室）、ＲＡ１〜ＲＡ５，ＲＡ６，ＲＡ１０，ＲＡ１１，ＲＡ１５，ＲＡ１６，ＲＡ２０〜ＲＡ２５…分離室群Ｘを構成する分離室（第３の分離室）、ＲＡ７〜ＲＡ９，ＲＡ１３，ＲＡ１４，ＲＡ１７〜ＲＡ１９…分離室群Ｙを構成する分離室（第４の分離室）

Claims (3)

1. 建設機械に搭載されたエンジン冷却装置に設けられ、このエンジン冷却装置を循環する冷却水の気液分離を大気に対し密閉された状態で行うエクスパンションタンクにおいて、
   タンク内が隔壁によって、複数の分離室で構成される第１の分離室群と、複数の分離室で構成される第２の分離室群とに仕切られ、
   前記エンジン冷却装置からタンク内に冷却水を導入するための導入口が前記第１の分離室に開口するように形成され、
   タンク内から前記エンジン冷却装置に冷却水を送出するための送出口が所定の高さより低い位置で前記第２の分離室に開口するように形成され、
   タンク内に冷却水を給水するための給水口が前記所定の高さより高い位置で前記第１の分離室に開口するように形成され、
   前記第１の分離室群を構成する複数の分離室と前記第２の分離室群を構成する複数の分離室とは、前記隔壁の前記所定の高さ位置よりも低い位置に設けられた冷却水用連通穴を介して、連通されており、
   前記第１の分離室群を構成する複数の分離室はそれぞれ、前記隔壁の前記所定の高さ位置より高い位置に設けられた第１の空気用連通穴を介して、他の前記第１の分離室群を構成する分離室と連通されており、
   前記第２の分離室群を構成する複数の分離室はそれぞれ、前記隔壁の前記所定の高さ位置より高い位置に設けられた第２の空気用連通穴を介して、他の前記第２の分離室群を構成する分離室と連通されており、
   前記第１の分離室群を構成する複数の分離室のうち少なくとも一つの分離室は、前記隔壁の前記所定の高さ位置に設けられた第３の空気用連通穴を介して、前記第２の分離室群を構成する複数の分離室のいずれかの分離室に連通し、
   前記所定の高さは、前記冷却水の体積変化に伴う圧力変動を吸収可能な空気量に基づいて設定されていることを特徴とするエクスパンションタンク。
2. 請求項１に記載のエクスパンションタンクにおいて、
   前記第１の分離室群は、前記第２の分離室群の外周を囲むように配置されたことを特徴とするエクスパンションタンク。
3. 請求項２に記載のエクスパンションタンクにおいて、
   前記送出口は、前記第２の分離室群を構成する複数の分離室のうち前記エクスパンションタンクの中心に最も近く配置された分離室の底面に開口するように形成されたことを特徴とするエクスパンションタンク。

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