JPWO2015163097A1 - 筐体の冷却液ドレイン構造および蓄電装置並びに建設機械 - Google Patents

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Abstract

被冷却体(14)が収容される筐体(11)の底部(11A)に設けられた冷却用流路(24)内から冷却液を排出する筐体の冷却液ドレイン構造であって、底部(11A)には、冷却用流路(24)を少なくとも一対の第1流路部(24A)および第2流路部(24B)に仕切る仕切壁(22)と、仕切壁(22)を跨いで第1流路部(24A)および第2流路部(24B)の両方に開口したドレイン孔(28)と、ドレイン孔(28)に着脱自在とされて当該ドレイン孔(28)を封止するドレイン栓(29)とが設けられ、ドレイン栓(29)の冷却用流路(24)内に露出する部位により、ドレイン孔(28)と第1流路部(24A)および第2流路部(24B)との連通部分での当該各流路部間の流れが抑制される。

Description

本発明は、筐体の冷却液ドレイン構造および蓄電装置並びに建設機械に関する。
近年の作業機械として、エンジンで駆動される油圧ポンプからの作動油にてブーム、アーム、およびバケット等の作業機を駆動するとともに、電動旋回モータにて上部旋回体を旋回駆動するハイブリッド型の油圧ショベルが知られている(例えば、特許文献1参照)。図8には、特許文献1の油圧ショベルで用いられているハイブリッド装置の配置が示されている。
図8に示す油圧ショベル1において、上部旋回体2の後方に設けられたエンジンルーム2A内には、図示略のクランクシャフトの軸方向が車幅方向(車両前後方向と直交する水平方向)と平行となるようにエンジン3が搭載されている。また、エンジン3に対して車幅方向の一方側には外方に向けて順に、冷却空気を外部からエンジンルーム2A内に引き込む冷却ファン4、引き込まれた冷却空気で冷却されるエンジンラジエータ5、ハイブリッドラジエータ6、および複数のハイブリッド機器が配置されている。
ハイブリッド機器としては、エンジン3の他方側に配置され、エンジン3によって駆動される図示略の発電モータ、発電モータで発電された電力を蓄電するキャパシタ7、当該電力のキャパシタ7への蓄電およびキャパシタ7からの供給を制御するインバータ8、キャパシタ7からの電力により駆動される電動旋回モータ9を備えている。キャパシタ7およびインバータ8は、ターミナルボックスと共にユニット化され、開閉自在なサイドカバー2Bを開けることでアクセス可能な位置に配置されている。
一方、キャパシタ7、インバータ8、および電動旋回モータ9は、ハイブリッドラジエータ6を含む専用の冷却水回路で冷却される。ハイブリッドラジエータ6で冷却された冷却水は、冷却水ポンプPにより配管W1を通って先ずキャパシタ7に送られる。キャパシタ7を冷却した冷却水は、配管W2を通ってキャパシタ7の上部に載置されたインバータ8に送られる。インバータ8を冷却した冷却水は、配管W3を通って電動旋回モータ9に送られる。電動旋回モータ9を冷却した冷却水は、配管W4を通ってハイブリッドラジエータ6に戻される。
特開2012−112102号公報
特許文献1に記載のように、冷却水によって冷却される例えばキャパシタ7においては、その筐体の底部に冷却用流路が形成されている。冷却用流路は、冷却水のインレットInおよびアウトレットOutが筐体の同じ側面に設けられるよう、平面視でU字状に形成されている。すなわちU字状の冷却用流路の一端側のインレットInから流入した冷却水は、途中で180度折り返されてアウトレットOutから流出する。このため、筐体の底部には、流れ方向の折り返し部分を境にして冷却用流路を上流側の流路部と下流側の流路部とに仕切る仕切壁が設けられている。また、キャパシタ7のメンテナンス時に、そのような冷却用流路内から冷却水を抜くためのドレイン孔が上流側の流路部と下流側の流路部とのそれぞれに設けられている。従って、車両が多少傾いた姿勢に停止していても、冷却水が各流路部に残留することがなく、いずれかの流路部のドレイン孔を通して確実に排水可能である。
ところで、メンテナンスを短時間で行うために、キャパシタ7から冷却水を効率的に排出させたいという要望がある。このため、ドレイン孔の孔径をより大きくすることが望まれている。
しかしながら、メンテナンス性を考えると、各ドレイン孔は互いに近い位置に設けられるのがよいが、キャパシタ7の筐体の大きさ等の制約から、孔径の大きなドレイン孔を2箇所に並設することができないという問題がある。
また、ドレイン孔が2箇所に設けられていること自体が、それらを封止するドレインプラグの着脱に手間がかかることとなり、その解決が望まれている。すなわち2つ目のドレイン孔からドレインプラグを取り外す際に、1つ目のドレイン孔からの冷却水が作業者にかかってしまい、作業性が悪い。
なお、以上の問題は、キャパシタ7に限らず、インバータ8やその他の機器の筐体においても、同様なドレイン構造を採用した場合に同様に生じる可能性がある。
本発明の目的は、メンテナンス性を向上させることができる筐体の冷却液ドレイン構造および蓄電装置並びに建設機械を提供することにある。
本発明の筐体の冷却液ドレイン構造は、被冷却体が収容される筐体の底部に設けられた冷却用流路内から冷却液を排出する筐体の冷却液ドレイン構造であって、前記底部には、前記冷却用流路を少なくとも一対の第1流路部および第2流路部に仕切る仕切壁と、前記仕切壁を跨いで前記第1流路部および第2流路部の両方に開口したドレイン孔と、前記ドレイン孔に着脱自在とされて当該ドレイン孔を封止するドレイン栓とが設けられ、前記ドレインプラグの前記冷却用流路内に露出する部位により、前記ドレイン孔と前記第1流路部および第2流路部との連通部分での当該各流路間の流れが抑制されることを特徴とする
本発明によれば、第1流路部および第2流路部に対しては、これらに跨るドレイン孔を1つだけ設ければよく、ドレイン孔に着脱されるドレイン栓も1つでよいから、ドレイン栓の着脱作業を容易にできる。また、ドレイン孔が1つであるため、ドレイン孔の孔径を大きくしても、ドレイン孔を確実に設けることができる。以上により、メンテナンス性を向上させることができる。
本発明の筐体の冷却液ドレイン構造において、前記仕切壁の前記ドレイン孔に対応した部分には、冷却液の排出方向に向かうに従って厚さが薄くなる案内部が設けられていることが好ましい。
本発明の筐体の冷却液ドレイン構造において、前記仕切壁の前記ドレイン孔に対応した部分は、他の部分とは異なる別部材とされたバイパスプラグで構成され、前記仕切壁には、前記バイパスプラグが取り付けられる切欠部が設けられていることが好ましい。
本発明の筐体の冷却液ドレイン構造において、前記冷却用流路は、前記筐体の底部に設けられた溝状部と、この溝状部を覆う流路カバーとで区画される冷却液の流通空間として形成され、前記バイパスプラグの前記ドレイン孔とは反対側の端部は、前記流路カバーで係止されていることが好ましい。
本発明の筐体の冷却液ドレイン構造において、前記バイパスプラグは、弾性材料で形成されていることが好ましい。
本発明の蓄電装置は、以上に説明したいずれかの冷却液ドレイン構造が採用された筐体を備えることを特徴とする。
本発明の建設機械は、当該蓄電装置が搭載されていることを特徴とする。
本発明の一実施形態に係る筐体の冷却液ドレイン構造が採用されたキャパシタを示す分解斜視図。 冷却液ドレイン構造の要部を示す平面図。 冷却液ドレイン構造の要部を示す断面図であり、図2の矢印III-IIIから見た断面図。 冷却液ドレイン構造の要部を示す断面図であり、図2の矢印IV-IVから見た断面図。 冷却用ドレイン構造に用いられるバイパスプラグを示す全体斜視図。 本発明の変形例を示す断面図。 本発明の別の変形例を示す断面図。 従来技術を説明するための斜視図。
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図1は、本実施形態の筐体の冷却液ドレイン構造が採用された蓄電装置としてのキャパシタを示す分解斜視図である。
図1において、キャパシタ10は、その機能や用途については、図8に基づいて説明した前述のキャパシタ7と同様であり、建設機械としてのハイブリッド型の油圧ショベル1に搭載される。キャパシタ10は、アルミダイカスト製で有底箱状の筐体11と、筐体11の上方の開口を塞ぐアルミダイカスト製の筐体カバー12と、筐体11の底部に対して当該筐体11の下面側からの複数のボルト10A(図3参照)により固定される流路カバー13と、筐体11内に収容される被冷却体としてのキャパシタアッシ14とを備えている。キャパシタ10にはその他、キャパシタアッシ14と外部とを電気的に接続する多数の電気配線等が設けられているが、図1ではそれらの図示を省略してある。
ここで先ず、流路カバー13は、アルミの押出形材製であり、その下面には押出方向に沿った複数条のフィン13Aを備えている。
キャパシタアッシ14は、複数のキャパシタユニット15を略直方体状とされた筐体11の長手方向に沿って並設した構造である。各キャパシタユニット15はさらに、複数のキャパシタモジュール16を上下の保持部材17,18およびアルミ製のヒートシンク19にて保持した構造である。キャパシタアッシ14で発生した熱は、ヒートシンク19を介して流路カバー13に伝わり、冷却液としての冷却水に放熱される。なお、このようなキャパシタアッシ14そのものは、本発明に直接関係がないため、さらなる説明を省略する。
以下、筐体11に設けられた冷却用ドレイン構造に関連する構成について詳説する。
筐体11の底部11Aには、当該底部11Aの四周の片縁11B,11C,11D、11Eに沿った環状の外側仕切壁21と、外側仕切壁21のうち一方の短辺側片縁11Bに沿った部分の略中央から他方の短辺側片縁11Dに向けて延設された仕切壁としての内側仕切壁22とが設けられている。内側仕切壁22において、短辺側片縁11B側の端部は外側仕切壁21と連続し、短辺側片縁11D側の端部は外側仕切壁21と連続していない。外側仕切壁21および内側仕切壁22は、底部11Aから所定の高さ寸法に突出して設けられ、これら外側仕切壁21および内側仕切壁22で仕切られた谷部分により溝状部23が形成されている。そして、外側仕切壁21および内側仕切壁22の突出端面である上端面には、液状シールを介して流路カバー13がボルト止めされ、当該溝状部23が覆われる。溝状部23とこの溝状部23を覆う流路カバー13とにより、冷却水を流通させる流通空間、すなわち冷却用流路24が形成される。ここで、外側仕切壁21は、冷却用流路24の外縁を規定するので、冷却対象であるキャパシタアッシ14の平面視形状に近い略矩形の環状である。
このような冷却用流路24は、中央の内側仕切壁22で仕切られた上流側の第1流路部24Aおよび下流側の第2流路部24Bとで平面視でU字状に形成されている。第1流路部24Aと第2流路部24Bの流路幅は略等しく、内側仕切壁22の短辺側片縁11D側の端部と外側仕切壁21の短辺側片縁11Dに沿った部分との距離は、この流路幅程度である。冷却用流路24は、第1流路部24Aの基端側から冷却水を流入させるインレット部25(図2参照)と、第2流路部24Bの終端側から冷却水を流出させるアウトレット部26(図2参照)とを備えている。これらインレット部25およびアウトレット部26は共に、短辺側片縁11B側の側壁部11Fに開口し、これらの開口部分には配管継手27がそれぞれ設けられ、各配管継手27には図8で示した配管W1,W2が接続される。
図2は、冷却液ドレイン構造の要部を示す平面図である。図3は、冷却液ドレイン構造の要部を示す断面図であり、図2の矢印III-IIIから見た断面図、図4は、図2の矢印IV-IVから見た断面図である。
図2ないし図4に示すように、筐体11の底部11Aにおいて、冷却水の流入出側寄りの位置には、内側仕切壁22を境にして、第1流路部24Aおよび第2流路部24Bの両方に開口した排出用のドレイン孔28が1つ設けられている。従って、ドレイン孔28からは、図4中に矢印で示すように、第1流路部24Aおよび第2流路部24Bの両方から冷却水を排出可能である。
ドレイン孔28には、少なくとも一部に図示略の雌ねじ部が設けられており、下方からボルト状のドレインプラグ29が螺合し、ドレイン孔28を封止する。なお、ドレインプラグ29にはオーリング29Aが貫挿され、ドレイン孔28の下部には、オーリング29Aが周方向にわたって当接する当接面が設けられている。また、筐体11の下面には、螺合されたドレインプラグ29の頭部が没入する凹部11Gが設けられ、キャパシタ10の搭載時にドレインプラグ29の頭部が他の部分にぶつかるのを抑制し、ドレインプラグ29に負荷が直接かからないようになっている。なお、ドレインプラグ29の頭部の周囲と凹部11Gとの間には、頭部に係止される工具を挿入するためのスペースが確保されている。
また、内側仕切壁22において、ドレイン孔28に対応した位置には、当該内側仕切壁22を分断するように切欠部22Aが設けられている。従って、ドレイン孔28の上方には、アルミダイカスト部分が存在しない。切欠部22Aは、上側の幅広部22Bと下側の狭小部22Cとにより構成され、幅広部22Bの底面が取付座22Dになっている。さらに、幅広部22Bの対向し合う内壁面22Eは、互いに平行な鉛直面にて形成されている。すなわち内壁面22E,22Eは、内側仕切壁22の延設方向に沿って間隔を空けて設けられている。このような切欠部22Aには、内側仕切壁22の他の部分とは異なる別部材とされたバイパスプラグ30が取り付けられている。本実施形態では、狭小部22Cは、ドレイン孔28の雌ねじ部の下孔として設けられている。そして、バイパスプラグ30は内側仕切壁22の一部であり、バイパスプラグ30を含んで内側仕切壁22全体が形成されている。
図5は、バイパスプラグ30を示す全体斜視図である。
図2ないし図5において、バイパスプラグ30は、全体が合成ゴム等の弾性材料で形成され、切欠部22Aの幅広部22Bに収まり、その下面が取付座22Dに着座する円板状の取付部31と、取付部31の下面中央から下方に突設され、切欠部22Aの狭小部22Cに収まる案内部32とを備えている。
取付部31の外周には、二面幅を構成する一対の平行な平面部31Aが設けられ、これらの平面部31Aが幅広部22Bの内壁面22Eと近接対向し、バイパスプラグ30の回転止めになっている。
案内部32は、上部の基端側が狭小部22C内に無理なく挿通される円柱状であるのに対して、冷却水の排出方向である下方の厚さが薄くなるように形成され、厚さが変化する部分の面は対向する一対の円弧面32Aによって形成されている。また、案内部32の下端面32Bは、細長い帯状とされている。円弧面32Aの下端縁は下端面32Bの長手方向に沿った長辺側の片縁を形成し、下端面32Bの長手方向は平面部31Aと直交している。
このバイパスプラグ30は、切欠部22Aに対し、平面部31Aと内壁面22Eとが対向するようにして上方から落とし込まれて取り付けられている。この際、バイパスプラグ30は、図3に示すように、下端面32Bの長手方向が第1流路部24Aおよび第2流路部24B内を流れる冷却水の流れ方向に沿う向きで、すなわち内側仕切壁22に沿う向きで切欠部22Aに取り付けられる。切欠部22Aに取り付けられたバイパスプラグ30は、ドレイン孔28の反対側を覆う流路カバー13に係止され、この流路カバー13によって押さえ込まれることで外れることはない。
そして、ドレインプラグ29が装着された状態では、冷却用流路24内において、ドレインプラグ29の上端と、バイパスプラグ30の下端面32Bとが近接対向するように各部品の寸法が設定されている。この結果、切欠部22Aは、ドレインプラグ29およびバイパスプラグ30によりほぼ完全に塞がれ、第1流路部24Aおよび第2流路部24B内を冷却水が循環する場合、切欠部22Aを通しての第1流路部24Aおよび第2流路部24Bの間での冷却水の行き来は殆ど生じない。
これに対し、ドレインプラグ29が外された排出時においては、図4に示すように、バイパスプラグ30の下方が開放されることとなる。このため、第1流路部24Aおよび第2流路部24Bからの冷却水がバイパスプラグ30の案内部32に沿ってドレイン孔28側に流れ、ドレイン孔28から排出される。
以上のような本実施形態によれば、以下の効果がある。
キャパシタ10の筐体11では、第1流路部24Aおよび第2流路部24Bに対し、これらに跨るドレイン孔28が1つだけ設けられ、ドレイン孔28に着脱されるドレインプラグ29も1つであるため、ドレインプラグ29の着脱作業を容易にできる。また、ドレイン孔28が1つであるから、ドレイン孔28の孔径を大きくしても、ドレイン孔28を確実に設けることができ、冷却水の排出をスムーズに行える。以上により、メンテナンス性を向上させることができる。
さらに、冷却用流路24内に露出したドレインプラグ29の上端がバイパスプラグ30の下端面32Bと近接対向しているので、ドレインプラグ29が装着されている通常稼働時には、ドレインプラグ29とバイパスプラグ30との間を冷却水が通ることは殆どなく、第1流路部24Aおよび第2流路部24B間をバイパスする流れを封止でき、キャパシタアッシ14を冷却水にて確実に冷却できる。
また、バイパスプラグ30の案内部32には、流れ方向に向かって次第に厚さが薄くなるように形成されているので、冷却水を円弧面32Aに沿ってスムーズに排出できるうえ、円弧面32Aであることにより、排出方向に沿った流路断面積が小さくなるのを防止できる。
バイパスプラグ30は、内側仕切壁22の中でも他の部分とは別部材であるから、取付部31や案内部32の形状、あるいは円弧面32Aの形状など、複雑な形状を容易に形成できる。
しかも、バイパスプラグ30は合成ゴム等の弾性材料で形成されているので、複雑な形状でも型成形によって容易に製造できるうえ、何らかの不都合でドレインプラグ29の装着時にその上端が下端面32Bに突き当たるようなことがあっても、ドレインプラグ29およびバイパスプラグ30が損傷しない。
さらに、冷却用流路24は、筐体11の底部11Aに設けられた溝状部23と、これを覆う流路カバー13とによって形成されていることから、中子を用いた重量鋳造によって筐体11を製造するのではなく、より精度のよいダイカストによって製造できる。
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、バイパスプラグの材質は、金属製でもよく、または合成ゴム以外の合樹脂製であってもよい。
バイパスプラグは二面幅を備えた円板状に限定されず、切欠部の内壁面と係止する形状であれば小判形状や四角形状でもよい。また、バイパスプラグの案内部として、円弧面の代わりに平坦な単なる傾斜面を備えた形状でもよい。
バイパスプラグは本発明に必須の構成ではなく、なくともよい。この場合、内側仕切壁をそのまま残すようにし、冷却用流路内では、ドレイン孔の開口面から露出するドレインプラグの上端を冷却流路の底面とほぼ面一となるように設けることで、当該ドレインプラグの上端と内側仕切壁の下面とを近接対向させてもよい。また、図6に示すように、内側仕切壁22にこれを分断する切欠部22Aを設けたうえで、切欠部22Aの内壁面に半割形状となる図示略の雌ねじ部を刻設しておき、雄ねじ部の長さの長いドレインプラグ29を用いて、ドレイン孔28と切欠部22Aとに螺合させ、ドレインプラグ29の上端を流路カバー13の下面に近接対向させてもよい。そのような切欠部を、内側仕切壁の下方に開口するよう上下方向の途中まで設け、切欠部の天面にドレインプラグの上端を近接対向させてもよい。
冷却液としては、水に限らず、不凍液等であってもよい。
ドレイン孔が設けられる位置は任意であり、内側仕切壁の延設方向の中央に対応した位置でもよい。
ドレイン栓としては、ドレインプラグの他、開閉機能を有するドレインコックでもよい。
冷却用流路を構成する流路部は、U字状に連続した第1、第2流路部に限らず、第1〜第3流路部を平面視でN字状に配置してもよいし、第4流路部以上を設けてもよい。また、複数の流路部を独立して設け、各流路部の一端側にインレットを設け、他端側にアウトレットをそれぞれ設け、各流路部の仕切り部分を本発明に係る仕切壁としてもよい。
また、図7に示すように、中子を用いた重力鋳造によって筐体11を製造して、流路カバーを省く構造にしてもよい。つまり、内側仕切壁22を分断するようにドレイン孔28を冷却用流路24の天面近傍まで設け、ドレインプラグ29の上端を当該天面と近接対向させる。なお、このような場合でも、中子を用いることで筐体11の底部11Hには、冷却用流路24内で垂下したフィン11Iを設けることができる。さらに、流路カバーが必要な場合としても、筐体の外郭をほぼ鋳造によって製造し、機械加工によって溝状部を形成する等してもよい。
筐体としては、インバータとして用いられるものや、その他、冷却が必要な被冷却体を収容するためのものであれば任意である。
本発明は、油圧ショベル以外のハイブリッド型の建設機械のキャパシタやインバータに利用できる他、ハイブリッド型のオンロードトラックや乗用車のキャパシタやインバータにも利用できる。
1…建設機械である油圧ショベル、10…蓄電装置であるキャパシタ、11…筐体、11A…底部、13…流路カバー、14…キャパシタアッシ(被冷却体)、22…内部仕切壁(仕切壁)、22A…切欠部、23…溝状部、24…冷却用流路、24A…第1流路部、24B…第2流路部、28…ドレイン孔、29…ドレイン栓であるドレインプラグ、30…バイパスプラグ、32…案内部。

Claims (7)

  1. 被冷却体が収容される筐体の底部に設けられた冷却用流路内から冷却液を排出する筐体の冷却液ドレイン構造であって、
    前記底部には、
    前記冷却用流路を少なくとも一対の第1流路部および第2流路部に仕切る仕切壁と、
    前記仕切壁を跨いで前記第1流路部および第2流路部の両方に開口したドレイン孔と、
    前記ドレイン孔に着脱自在とされて当該ドレイン孔を封止するドレイン栓とが設けられ、
    前記ドレイン栓の前記冷却用流路内に露出する部位により、前記ドレイン孔と前記第1流路部および第2流路部との連通部分での当該各流路部間の流れが抑制される
    ことを特徴とする筐体の冷却液ドレイン構造。
  2. 請求項1に記載の筐体の冷却液ドレイン構造において、
    前記仕切壁の前記ドレイン孔に対応した部分には、冷却液の排出方向に向かうに従って厚さが薄くなる案内部が設けられている
    ことを特徴とする筐体の冷却液ドレイン構造。
  3. 請求項1または請求項2に記載の筐体の冷却液ドレイン構造において、
    前記仕切壁の前記ドレイン孔に対応した部分は、他の部分とは異なる別部材とされたバイパスプラグで構成され、
    前記仕切壁には、前記バイパスプラグが取り付けられる切欠部が設けられている
    ことを特徴とする筐体の冷却液ドレイン構造。
  4. 請求項3に記載の筐体の冷却液ドレイン構造において、
    前記冷却用流路は、前記筐体の底部に設けられた溝状部と、この溝状部を覆う流路カバーとで区画される冷却液の流通空間として形成され、
    前記バイパスプラグの前記ドレイン孔とは反対側の端部は、前記流路カバーで係止されている
    ことを特徴とする筐体の冷却液ドレイン構造。
  5. 請求項3または請求項4に記載の筐体の冷却液ドレイン構造において、
    前記バイパスプラグは、弾性材料で形成されている
    ことを特徴とする筐体の冷却液ドレイン構造。
  6. 請求項1ないし請求項5のいずれか一項に記載の冷却液ドレイン構造が採用された筐体を備えている
    ことを特徴とする蓄電装置。
  7. 請求項6に記載の蓄電装置が搭載されている
    ことを特徴とする建設機械。
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