(57)【要約】【課題】冷却用に噴射される水分に起因して、ラジエタ等の機器に不具合を発生させることなく冷却対象を効率良く冷却できる建設機械の冷却装置を提供すること。【解決手段】エンジン１を有する建設機械の冷却装置において、水を貯蔵するとともに当該水をエンジン１の排熱で加熱して水蒸気を発生する蒸発器４と、蒸発器４で発生した水蒸気の圧力を利用して、噴射後に速やかに蒸発する程度にまで微細化された霧状の水を噴射する噴射装置１５，３０とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンを有する建設機械の冷却装置において、
水を貯蔵するための貯水手段と、
前記貯水手段内の水を前記エンジンの排熱で加熱して水蒸気を発生する蒸発手段と、
前記蒸発手段で発生した水蒸気の圧力を利用して、噴射後に速やかに蒸発する程度にまで微細化された霧状の水を噴射する噴射装置とを備えることを特徴とする建設機械の冷却装置。
【請求項２】
請求項１に記載の建設機械の冷却装置において、
前記蒸発手段からの蒸気を凝縮する凝縮手段をさらに備え、
前記噴射装置には、前記凝縮手段の凝縮水が噴射用の水として供給されていることを特徴とする建設機械の冷却装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の建設機械の冷却装置において、
前記噴射装置から噴射される水又は気体への加圧を補助するための加圧補助手段をさらに備えることを特徴とする建設機械の冷却装置。
【請求項４】
請求項３に記載の建設機械の冷却装置において、
前記建設機械は、前記エンジンによって駆動される油圧ポンプと、当該油圧ポンプからの圧油によって伸縮する油圧シリンダとを備えており、
前記加圧補助手段は、前記油圧シリンダに併設され、当該油圧シリンダの伸縮に伴って空気を圧縮する空気シリンダであることを特徴とする建設機械の冷却装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の建設機械の冷却装置において、
前記蒸発手段で発生した水蒸気で隔膜を介して水を加圧するダイアフラムポンプをさらに備え、
前記噴射装置は、前記ダイアフラムポンプによって加圧された水を噴射することを特徴とする建設機械の冷却装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかに記載の建設機械の冷却装置において、
前記噴射装置は、前記蒸発手段で発生した水蒸気を水とともに噴射することを特徴とする建設機械の冷却装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれかに記載の建設機械の冷却装置において、
前記冷却対象の温度が設定値以上のときに前記噴射装置による水の噴射を許可し、前記冷却対象の温度が当該設定値未満のときに前記噴射装置による水の噴射を休止する制御手段をさらに備えることを特徴とする建設機械の冷却装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれかに記載の建設機械の冷却装置において、
前記噴射装置は、エンジン、ラジエタ及びラジエタファンが収納されたエンジンルーム内に設置されており、当該エンジンルーム内に導入され冷却対象に到達する前の吸気に対して水を噴射することを特徴とする建設機械の冷却装置。
【請求項９】
請求項８のいずれかに記載の建設機械の冷却装置において、
前記エンジンルームの開口部と前記冷却対象の間に位置するように前記エンジンルーム内に設置されたダクトをさらに備え、
前記噴射装置は、前記ダクト内の吸気に水を噴射することを特徴とする建設機械の冷却装置。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれかに記載の建設機械の冷却装置において、
前記冷却装置の冷却対象は、前記エンジン、ラジエタ、バッテリ及び発熱性電気機械のうちの少なくとも１つであることを特徴とする建設機械の冷却装置。
【請求項１１】
エンジンルーム内にエンジン、ラジエタ及びファンを有する建設機械の冷却装置において、
前記エンジンルーム内に導入され冷却対象に到達する前の吸気に対して、噴射後に速やかに蒸発する程度にまで微細化された霧状の水を噴射する噴射装置を備えることを特徴とする建設機械の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジン、ラジエタ及びファンを有する建設機械の冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、土砂掘削用の油圧ショベルをはじめとした建設機械は、油圧アクチュエータを駆動するための油圧発生源である油圧ポンプを駆動するための原動機としてエンジンを搭載している。この種の建設機械には、トラック用のディーゼルエンジンを流用しているものもあり、エンジンと機械的に連結された油圧ポンプから吐出される高圧の油を油圧モータ等の油圧アクチュエータに供給している。例えば油圧ショベルでは、走行用の油圧モータでクローラを回転させ下部走行体を移動させたり、また、旋回用の油圧モータで上部旋回体を旋回させたり、多関節型の作業装置におけるブーム及びアームの上下動作やバケットの掘削動作を直動油圧シリンダで行っている。
【０００３】
ところで、上記のような建設機械は、トラック等の車両と同様に冷却液と大気を熱交換器（ラジエタ）で熱交換することでエンジンを冷やしているが、車両のように高速走行しない。そのため、ラジエタに走行風を導入することができず、車両と比較して冷却効率が悪くラジエタが大型化し、低コスト化や機体の小型化が比較的困難である。また、建設機械の操縦室は、作業時の視界確保のためにガラスの面積が多く、かつ、機体の小型化、操縦室の強度確保のために柱が太く間隔が狭い構造になっている。そのため、これらの理由等から操縦室内は狭い。したがって、日本のように夏季のある国や常夏の諸外国では、太陽の直射により操縦室の温度が上昇し易く、快適性が損なわれ易い。
【０００４】
このような背景の中、建設機械におけるエンジンの過熱を抑える技術として、熱交換機（ラジエタ）と、空気を吸引して当該熱交換機を通過させる冷却ファンと、当該冷却ファンに吸引される空気の流れの上流側に配置された噴水管と、当該噴水管に圧力水を供給するためのウオータポンプと、熱交換器中の液体の温度が所定値を越えたときに当該ウオータポンプを作動させる制御装置とを備えた建設機械が開示されている（特許文献１参照）。また、運転室フロントガラス面に噴射するための洗浄水が流通する配管に切替弁を設け、当該切替弁から熱交換器（ラジエタ）の位置まで、先端に噴霧ノズルを有する分岐配管を設け、当該切換弁の操作により洗浄水を熱交換器に噴霧して熱交換器を冷却するようにした建設機械が開示されている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−２３８８３０号公報
【特許文献２】特開２００４−３６０３０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１に係る技術では、噴水管から噴出した圧力水は、主として熱交換器での熱交換で気化するため、気化する前にエンジンルーム内の機器に付着することがある。そのため、圧力水の水質（純度）が悪いと、機器に付着した水が水アカなどの堆積物や錆を誘発してシステムの信頼性や耐久性を悪化させるおそれがある。また、エンジンルーム内の機器に付着した水に砂や埃が混じると、水分に結合して粘性のある泥となり、それが機器に付着することが懸念される。例えば、ラジエタやオイルクーラに通る風に砂や埃が混じっていると、水分と結合して粘性のある泥となり、それがラジエタフィンに堆積して詰まって冷却効率の低下を招いたり、エンジンルーム内を汚すおそれがある。また、圧力水の作製には、ウォータポンプ（昇圧手段）や水の補給が必要となる。
【０００７】
また、上記特許文献２に係る技術では、洗浄水を熱交換器等に直接噴霧しているので、特許文献１の技術と同様に熱交換器等に付着した水が堆積物や錆を誘発し、システムの信頼性や耐久性を悪化させるおそれがある。また、先と同様に、熱交換器等のエンジンルーム内の機器に付着した水分に起因して砂や埃が堆積することも懸念される。さらに、洗浄水の補給が通常の建設機械と比較して頻繁になるという課題も発生する。
【０００８】
本発明の目的は、冷却用に噴射される水分に起因して、ラジエタ等の機器に不具合を発生させることなく冷却対象を効率良く冷却できる建設機械の冷却装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記目的を達成するために、エンジンを有する建設機械の冷却装置において、水を貯蔵するための貯水手段と、前記貯水手段内の水を前記エンジンの排熱で加熱して水蒸気を発生する蒸発手段と、前記蒸発手段で発生した水蒸気の圧力を利用して、噴射後に速やかに蒸発する程度にまで微細化された霧状の水を噴射する噴射装置とを備えるものとする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、霧状の水の気化熱により温度低下した空気を冷却対象に導入できるので、ラジエタ等の機器に不具合を発生させることなく冷却対象を効率良く冷却できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る建設機械の冷却装置の概略図。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る蒸発器４及び水タンク３４へ注水する様子を示す図。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る蒸発器４の水が加熱される様子を示す図。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る噴射装置３０からミストが噴射されている様子を示す図。
【図５】エンジンルーム３９内においてエアフィルタ３８の直後に噴射装置３０を設置した油圧ショベルを示す図。
【図６】エンジンルーム３９の吸気口に取り付けられたダクト６６を備える油圧ショベルを示す図。
【図７】本発明の第２の実施の形態に係る建設機械の冷却装置の概略図。
【図８】本発明の第２の実施の形態に係る蒸発器４へ注水する様子を示す図。
【図９】本発明の第２の実施の形態に係る蒸発器４で発生した水蒸気が配管９内で凝縮される様子を示す図。
【図１０】本発明の第２の実施の形態に係る配管９内で発生した蒸留水が噴射装置３０に補給された様子を示す図。
【図１１】本発明の第２の実施の形態に係る噴射装置３０からミストが噴射されている様子を示す図。
【図１２】ダイアフラムポンプを利用してミストを噴射する噴射装置を備える建設機械の冷却装置の概略図。
【図１３】図１２に示した建設機械の冷却装置に係る蒸発器４へ注水する様子を示す図。
【図１４】図１２に示した建設機械の冷却装置に係る蒸発器４内の水が加熱される様子を示す図。
【図１５】図１２に示した建設機械の冷却装置に係る蒸発器４で発生した水蒸気が配管９内に導入される様子を示す図。
【図１６】図１２に示した建設機械の冷却装置に係る蒸発器４で発生した水蒸気が配管９内で凝縮される様子を示す図。
【図１７】図１２に示した建設機械の冷却装置に係る配管９内で発生した蒸留水がダイアフラムポンプ（第２チャンバ７２）に補給された様子を示す図。
【図１８】図１２に示した建設機械の冷却装置に係る第２チャンバ７２及び逆止弁１３を通過した蒸留水が噴射装置１５からミストとして噴射されている様子を示す図。
【図１９】本発明の第３の実施の形態に係る油圧ショベルの概略図。
【図２０】図１９に示した油圧ショベルにおいて油圧シリンダ４２が伸長してブーム４１が下がった状態を示す図。
【図２１】図１９に示した油圧ショベルにおいて油圧シリンダ４２が縮短してブーム４１が上がった状態を示す図。
【図２２】本発明の第３の実施の形態に係る空気ポンプの概略図。
【図２３】図２２に示した空気ポンプにおいて、ブームが降下して空気シリンダ４３が伸びたときの空気の流れの様子を示す図。
【図２４】図２２に示した空気ポンプにおいて、ブームが上昇して空気シリンダ４４が縮んだときの空気の流れの様子を示す図。
【図２５】図２２に示した空気ポンプにおいて、エアタンク５１内に過剰に入った空気がリリーフ弁４７で抜ける様子を示す図。
【図２６】図２２に示した空気ポンプにおいて、エアタンク５１内の空気をエアホース３３を介して供給先に供給する様子を示す図。
【図２７】図１に示した冷却装置の加圧補助手段として図２２に示した空気ポンプを利用した構成の概略図。
【図２８】図７に示した冷却装置の加圧補助手段として図２２に示した空気ポンプを利用した構成の概略図。
【図２９】図１２に示した冷却装置の加圧補助手段として図２２に示した空気ポンプを利用した構成の概略図。
【図３０】図２７に示した冷却装置から蒸発器４及び配管７を省略した冷却装置の概略図。
【図３１】図２８に示した冷却装置から切り換え弁８及び配管１０を省略した冷却装置の概略図。
【図３２】図２９に示した冷却装置から切り換え弁８及び配管１０を省略した冷却装置の概略図。
【図３３】本発明の第４の実施の形態に係る建設機械の冷却装置の概略図。
【図３４】図３３に示した冷却装置の冷却対象がエンジン１の場合におけるミスト噴射のフローチャート。
【図３５】図３３に示した冷却装置の冷却対象がバッテリの場合におけるミスト噴射のフローチャート。
【図３６】図３３に示した冷却装置の冷却対象がモータの場合におけるミスト噴射のフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。  
図１は本発明の第１の実施の形態に係る建設機械の冷却装置の概略図である。この図に示す冷却装置は、油圧ショベル（建設機械）のエンジンルーム内に設置されたものであり、蒸発器４と、噴射装置３０と、水タンク３４を備えている。当該エンジンルーム内には、ディーゼルエンジン１と、エンジン１の冷却液と空気を熱交換するためのラジエタ（熱交換器）２と、エンジンルーム（パワーユニット）内に空気を吸い込みラジエタ２に供給するためのファン（ラジエタファン）３とが設けられている。なお、油圧ショベルには油圧シリンダ等の複数の油圧アクチュエータ（図示せず）が搭載されており、当該複数の油圧アクチュエータに圧油を供給するための油圧ポンプ（図示せず）がエンジン１に機械的に連結されている。
【００１３】
水タンク３４は、噴射装置３０に供給して噴射するための水を貯蔵するためのものである。水タンク３４への給水は、水タンク３４の上部に設けられた注水口３５から行われる。
【００１４】
蒸発器４は、内部に水を貯蔵しており、当該水をエンジン１の排熱で加熱して水蒸気を発生するためのものである。すなわち、図に示した蒸発器４は、水を貯蔵するための貯水手段と、当該貯水手段内の水とエンジン排熱を熱交換することで水蒸気を発生するための蒸発手段として機能している。蒸発器４は、エンジン排熱と水の熱交換を効率良く行うために、エンジン１に近接又は接触してエンジンルーム内に設置されている。蒸発器４の上面には注水口５が設けられており、当該注水口５にはフタ６が取り付けられている。フタ６で注水口５を閉めると、蒸発器４を密閉でき、蒸発器４内で発生する水蒸気を加圧圧縮することができる。
【００１５】
噴射装置３０は、蒸発器４で発生した水蒸気の圧力を利用して、霧状の水（以下において「ミスト」と称することがある）を噴射するためのものである。以下で説明する実施の形態も含めて、本稿における噴射装置３０，１５から噴射されるミストは、噴射後に速やかに蒸発する程度（例えば、平均粒径４０μｍ以下で、好ましくは１０〜２０μｍ程度）にまで微細化されており、各種機器や人の衣服等を濡らすことが無いものとする。図に示した噴射装置３０は、圧縮気体系３１及び液水系３２から成る２流体ノズルを有しており、配管７を介して導入される水蒸気（圧縮蒸気）を、配管３７を介して導入される水とともに噴射することでミストを発生している。
【００１６】
配管７は、蒸発器４で発生し圧縮された水蒸気が流通するもので、蒸発器４における気相領域に開口している（例えば、配管７は、蒸発器４における最高水位よりも上方に接続されている）。配管２７は、水タンク３４内の水が流通するもので、水タンク３４における液相領域に開口している（例えば、配管３７は、水タンク３４の底面に接続されている）。
【００１７】
次に、本実施の形態に係る冷却装置の動作について図を用いて説明する。図２は本発明の第１の実施の形態に係る蒸発器４及び水タンク３４へ注水する様子を示している。なお、先の図と同じ部分には同じ符号を付して説明を省略することがある（後の図も同様とする）。この図に示すように、蒸発器４及び水タンク３４には水分１６が供給され、それぞれ適量まで補給される。蒸発器４及び水タンク３４に補給される水分１６としては、例えば、純水、水道水、雨水、運転室内のエアコンディショナーで発生する結露水等が利用可能であり、さらにこれらの水を回収する装置と蒸発器４及び水タンク３４とを配管等で接続しても良い。また、エンジン１の排ガスを人工膜に導入し、当該人工膜で毛管現象を利用して回収した当該排ガス中の水分も利用できる（例えば、公知の方法によれば、ディーゼル燃料１ガロン（約３．８リットル）から水１ガロンを取り出すことが可能）。
【００１８】
図３は本発明の第１の実施の形態に係る冷却装置における蒸発器４の水が加熱される様子を示す図である。この図に示すように、蒸発器４内に適度に貯水された水はエンジン１の熱によって加熱され、温水１８となる。なお、このときにフタ６は閉じており、蒸発器４は密封されている。また、その時にファン３は回転しており、外気１９を引き込んでラジエタ２に当てエンジン１の冷却を行っている。
【００１９】
図４は本発明の第１の実施の形態に係る冷却装置における噴射装置３０からミストが噴射されている様子を示す図である。蒸発器４内で水の蒸気化が進むと、この図に示すように噴射装置３０に向かって配管７の中を蒸気２１が流通する。そして、配管３７内が水分１６で満たされているときに、配管７に高圧の水蒸気２１が導入されると、配管３７内の水分１６が加圧されて微細なミスト２７となって噴射装置３０から噴射される。ミスト２７は、ファン３がエンジンルーム内に吸引した外気（空気）１９に対して噴射されており、外気１９から気化熱を奪って混入される。このとき、先述のとおり、噴射後にミスト２７は速やかに気化するので、冷却対象（ここではラジエタ２及びエンジン１）やその他の機器が濡れることで不具合が発生することはない。ミスト２７が混入した後の外気２８は、混入前の外気１９と比較して、例えば最大で約５℃程度の温度低下が生じる（温度低下の程度は、噴射装置３０のノズルの性能に依存する）。これにより、ファン３で外気２８を引き込んでラジエタ２に当てることで、ラジエタ２の冷却効率を向上させることができる。また、本実施の形態では、ミスト２７の噴射に必要な高圧蒸気はエンジン１の排熱を利用して生成しているので、圧縮機等の他の機器の追加が不要であるとともに、エンジン１の除熱にも寄与している。したがって、本実施の形態によれば、ミストの気化熱により温度低下した空気を冷却対象に導入することができるので、ラジエタ等の機器に不具合を発生させることなく冷却対象を効率良く冷却できる。
【００２０】
なお、上記の各図に示した例では、ラジエタ２（冷却対象）に向かってミスト２７を噴射する場合について説明したが、エンジンルーム内に導入され冷却対象（例えば、ラジエタ２）に到達する前の吸気にミストが噴射可能であれば、エンジンルーム内のどこに噴射装置３０を設置しても本実施の形態による冷却効果が得られる。すなわち、エンジンルーム内の外気（吸気）の流通経路における冷却対象の上流側で噴射すれば良い。そのひとつの例を図５に示す。
【００２１】
図５は、エンジンルーム３９内においてエアフィルタ３８の直後に噴射装置３０を設置した油圧ショベルを示す図である。この図に示す油圧ショベルは、エンジン１、ラジエタ２及びファン３が収納されたエンジンルーム３９と、操縦室４０と、エアフィルタ３８を備えている。エアフィルタ３８は、エンジンルーム３９内に取り込まれる外気１９に混入している砂や埃等を捕集するためのもので、エンジンルーム３９の吸気口（開口部）に取り付けられている。噴射装置３０は、外気１９の流通経路におけるエアフィルタ３８の下流側に設置されている。このように噴射装置３０を設置すると、エンジンルーム３９内に吸引された直後の外気１９にミストを噴射することができるので、エンジンルーム３９内全体の温度を下げることができる。
【００２２】
さらに、エンジンルーム３９の吸気口にダクトを取り付け、当該ダクト内を流通する吸気に対してミストを噴射するように噴射装置３０を設置しても良い。図６はエンジンルーム３９の吸気口に取り付けられたダクト６６を備える油圧ショベルを示す図であるこの図に示すようにダクト６６を設置し、ダクト６６内を流通する吸気に対してミストが噴射されるように噴射装置３０を設置する（なお、図に示した例では、噴射口がダクトの中央を向いている）。このようにダクト６６及び噴射装置３０を設置すると、ダクト６６の下流側に設置された機器には、必ず温度が低下した外気が導入されることになるので、冷却効率をさらに向上させることができる。なお、図６に示した例ではエンジンルーム３９の吸気口にダクト６６を取り付けた場合について説明したが、冷却対象が特定されている場合には、エンジンルーム３９内において、当該冷却対象とエンジンルーム３９の吸気口（開口部）との間に位置するようにダクト６６を設置すれば良い。このようにすれば、温度低下後の外気を当該冷却対象に導入することができるので、先と同様の効果を得ることができる。
【００２３】
上記の実施の形態では、水タンク３４に貯蔵した水をミストとして噴射したが、蒸発器４で発生した水蒸気を凝縮して得た蒸留水をミストとして噴射しても良い。
【００２４】
図７は本発明の第２の実施の形態に係る建設機械の冷却装置の概略図である。この図に示す冷却装置は、蒸発器４の気相領域に接続された配管７Ａを備えている。配管７Ａは、蒸発器４と噴射装置３０を接続するもので、蒸発器４から噴射装置３０に到達する途中（分岐点）で２つの配管９，１０に分岐している。配管７Ａの分岐点には、２つの配管９，１０のうちいずれか一方と配管７Ａを連通させるための切り換え弁８が設けられている。すなわち、蒸発器４で発生した水蒸気は、切り換え弁８によって、２つの配管９，１０のいずれか一方に選択的に供給される。切り換え弁８の切り換え動作は、電気式又は機械式の切り換え装置が用いられる。
【００２５】
配管９は、噴射装置３０における液水系３２に接続されている。配管９は、配管１０と比較して放熱性に優れた構造で構成されており、蒸発器４からの水蒸気を凝縮するための凝縮手段として機能している。これにより、切り換え弁８を介して配管９内に導入された水蒸気は、噴射装置３０に到達するまでの間に配管９内で凝縮して液水（蒸留水）となる。配管９の凝縮性能を向上する観点からは、配管９の表面に放熱用フィンを設けたり、配管９を液体や気体などの冷媒に浸したりすることが好ましい。もちろん、配管９の管長を伸ばしたり、直径を大きくすることで表面積を増やしたりしても良く、配管９は熱伝導率が高く放熱性能が良い材質で構成することが好ましい。
【００２６】
配管１０は、噴射装置３０における圧縮気体系３１に接続されている。配管１０は、第１の実施の形態における配管７と同様に噴射装置３０に水蒸気を供給するためのもので、断熱材で覆う等して断熱性に優れた構成とすることが好ましい。
【００２７】
次に、本実施の形態に係る冷却装置の動作について図を用いて説明する。まず、蒸発器４内の水が無い又は少ない場合には、先の実施の形態の図２に示した場合と同様に、注水口５を介して蒸発器４に給水を行う（図８参照）。蒸発器４の給水が完了したら、蒸発器４のフタ６を閉める。そして、噴射装置３０の液水系３２内の水が無い又は少ない場合には、図９に示したように配管７Ａと配管９が連通する位置に切り換え弁８を切り換え、エンジン１蒸発器４で発生した水蒸気２１を配管９内に導く（なお、液水系３２に水が充分ある場合には、当該手順は省略して、図１０に示した位置に切り換え弁８を切り換えれば良い）。配管９内に導かれた水蒸気２１は、配管９の放熱作用２２によって冷却されて蒸留水（凝縮水）２４となる。蒸留水２４が噴射装置３０の噴射水接続口に至る配管内に十分補給されたら、図１１に示すように配管７Ａと配管１０が連通する位置に切り換え弁８を切り換える。これにより、蒸発器４からの高圧の水蒸気２１が噴射装置３０の圧縮空気接続口に導入されるので、水蒸気２１によって加圧された蒸留水２４によって、噴射装置３０からミスト２７を噴射することができる。
【００２８】
したがって、本実施の形態によっても、先の実施の形態と同様にラジエタ等の機器に不具合を発生させることなく冷却対象を効率良く冷却できる。特に、本実施の形態では、一度沸騰させた蒸留水２４を噴射装置３０に供給することができるので、噴射装置３０に異物が導入されることが抑制される。そのため、噴射装置３０のノズルの詰まり等の不具合の発生を抑制することができる。
【００２９】
なお、上記の各実施の形態では、蒸発器４で発生させた水蒸気を利用して噴射装置３０からミストを噴射したが、蒸発器４で発生した水蒸気又はエンジン１の排気によってタービンを回転駆動し、当該タービンによって駆動される圧縮機で空気等の気体を圧縮し、さらに、その圧縮した気体を利用して噴射装置３０から水を噴射しても良い。なお、エンジン１の排気によってタービンを回転駆動する場合には、エンジン１の吸排気管に設置されるターボチャージャにおけるタービンを利用しても良く、さらに、噴射装置３０への蒸留水の供給源としてだけ蒸発器４を利用する構成（ミストの噴射に水蒸気の圧力を利用しない構成）としても良い。また、タービンを発電機と連結し、当該発電機で発生させた電力でもって圧縮機を駆動しても良い。さらに、上記のタービン等によって駆動される風車をエンジンルーム内等に設置し、風車の回転で発生した風を利用して、例えばエンジンルーム内の空気のよどみを排除し、また、機体内外の空気を循環させる等しても良い。
【００３０】
ところで、上記の各実施の形態では、蒸発器４で発生した水蒸気を噴射装置３０から噴射することでミストを生成したが、当該水蒸気の圧力を利用した他の方法でミストを生成しても良い。図１２は、ダイアフラムポンプを利用してミストを噴射する噴射装置を備える建設機械の冷却装置の概略図である。この図に示す建設機械は、ダイアフラムポンプ１１と、１流体ノズルを有する噴射装置１５を備えている。蒸発器４とダイアフラムポンプ１１は配管７Ａ，９，１０で接続されている。
【００３１】
ダイアフラムポンプ１１には、第１チャンバ７１と第２チャンバ７２とを区画するための隔膜（ダイアフラム）１２と、第２チャンバ７２の入口（第２チャンバ７２と配管９の接続部）に設けられた逆止弁１４と、第２チャンバの出口（第２チャンバ７２と噴射装置１５の接続部）に設けられた逆止弁１３を備えている。
【００３２】
第１チャンバ７１には、配管１０が接続されており、蒸発器４で発生し加圧された高圧水蒸気が導入される。第２チャンバ７２には、配管９が接続されており、配管９内で凝縮した蒸留水が導入される。逆止弁１４は、配管９から第２チャンバ７２内への水の進入は許可するが、逆方向への水の進入は禁止する。逆心弁１３は、第２チャンバ７２から噴射装置１５への水の進入は許可するが、逆方向への水の進入は禁止する。これにより、隔膜１２が上昇すると（第１チャンバ７１から水蒸気が排出されると）、第２チャンバ７２の容積が増加して逆心弁１４を介して第２チャンバ７２内に水が導入される。その後、隔膜１２が下降すると（第１チャンバ７１内に水蒸気が導入されると）、第２チャンバ７２の容積が減少して逆止弁１３を介して噴射装置１５からミストが噴射される。すなわち、ダイアフラムポンプ１１は、蒸発器４で発生した水蒸気で隔膜１２を介して水を加圧しており、これにより噴射装置１５からミストが噴射される。
【００３３】
１流体ノズルを有する噴射装置１５は、ダイアフラムポンプ１１によって所定の圧力に加圧された水を噴射する１流体ノズルで構成されており、先の実施の形態における噴射装置３０と同様に、噴射後に速やかに蒸発する程度にまで微細化され、各種機器や人の衣服等を濡らすことが無いミストを噴射する。例えば、噴射装置１５から噴射される水の圧力を２〜８MPa（ただしこれだけに限らない）とすると、噴射されるミストの径は約１０〜２０μm（ただしこれだけに限らない）となる。
【００３４】
次に、本実施の形態に係る冷却装置の動作について図を用いて説明する。まず、蒸発器４内の水が無い場合等には、水分１６を適量まで補給する（図１３参照）。蒸発器４内に適度に貯水された水１７は、エンジン１の熱によって加熱されて温水１８となる（図１４参照）。このとき、蒸発器４のフタ６は閉じており、蒸発器４は密封されている。また、そのときに、ファン３は回転しており、外気１９をラジエタ２に当ててエンジン冷却を行っている。
【００３５】
第２チャンバ７２内の水が無い又は少ない場合には、図１５に示した位置に切り換え弁８を切り換える。これにより、蒸発器４内で水の蒸気化が進むと、配管７Ａ，９の中を蒸気２１が流通する。配管９内に導入された蒸気は、配管９の放熱作用２２によって冷却されて蒸留水２４に戻る（図１６参照）。そして、逆止弁１４を介してダイアフラムポンプ１１内の第２チャンバ７２内に蒸留水２５として貯蔵される。図１７は、第２チャンバ７２内に蒸留水が充分に補給された状態を示している。なお、図１７では第２チャンバ７２は水で満たされているが、実際はダイアフラムポンプ１１の仕様による規定量の水があれば良い。
【００３６】
図１８は、切り換え弁８の切り換え動作に基づいて、蒸気がダイアフラムポンプ１１を加圧する様子を示す。図１８に示す位置に切り換え弁８を切り換えると、配管７Ａを通る蒸気は配管１０を介して第１チャンバ７１に蒸気が導入されるので、ダイアフラムポンプ１１内の隔膜１２が加圧されて、隔膜１２が下降する。これにより、第２チャンバ７２内の蒸留水２５が加圧され、逆止弁１３を介して噴射装置１５に蒸留水２５が送り出される。そして、噴射装置１５から噴霧されたミスト２７は、気化時に外気１９から熱を奪い、ミスト２７が混入した後の外気２８の温度を低下させる。これにより、本実施の形態においても、ミストの気化熱により温度低下した空気を冷却対象に導入することができるので、ラジエタ等の機器に不具合を発生させることなく冷却対象を効率良く冷却できる。
【００３７】
なお、上記の実施の形態では、ダイアフラムポンプ１１で噴射装置１５から噴射する水の加圧を行ったが、蒸発器４で発生した水蒸気又はエンジン１の排気によってタービンを回転駆動し、当該タービンによって駆動されるポンプでもって噴射装置１５から噴射する水の加圧を行っても良い。なお、エンジン１の排気によってタービンを回転駆動する場合には、エンジン１の吸排気管に設置されるターボチャージャにおけるタービンを利用しても良く、さらに、噴射装置１５への蒸留水の供給源としてだけ蒸発器４を利用する構成（ミストの噴射に水蒸気の圧力を利用しない構成）としても良い。また、タービンを発電機と連結し、当該発電機で発生させた電力でもってポンプを駆動しても良い。
【００３８】
次に、本発明の機能をさらに向上させるための、噴射装置１５，３０から噴射される水又は気体への加圧を補助するための加圧補助手段について説明する。より具体的には、油圧ショベル動作時のブーム上げ／下げ時に発生するエネルギーを回収して圧縮空気を作る方式に関するものであり、その基本構成と原理について図を用いて説明する。
【００３９】
図１９は本発明の第３の実施の形態に係る油圧ショベルの概略図である。この図に示す油圧ショベルは、多関節型のフロント作業装置におけるブーム４１と、ブーム４１と上部旋回体に架け渡された油圧シリンダ（ブームシリンダ）４２と、油圧シリンダ４２と併設された空気シリンダ４３を備えている。油圧シリンダ４２は、エンジンによって駆動される油圧ポンプからの圧油によって伸縮する。図に示したように、空気シリンダ４３と油圧シリンダ４２の両端は、それぞれ同じピンを介してブーム４１又は上部旋回体と接続されおり、空気シリンダ４３は油圧シリンダ４２と並列して設置されている。これにより油圧シリンダ４２が伸縮すると、これに伴って空気シリンダ４３も伸縮する。詳細は後述するが、空気シリンダ４３が縮短すると、シリンダ内の空気が圧縮されて圧縮空気が作製される。
【００４０】
図２０は油圧シリンダ４２が伸長してブーム４１が下がった状態を示す図であり、図２１は油圧シリンダ４２が縮短してブーム４１が上がった状態を示す図である。これらの図が示す通り、ブーム４１は油圧シリンダ４２の伸縮力で上下動作を行う。油圧シリンダ４２の伸縮にあわせて空気シリンダ４３は同様に伸縮動作するため、ブーム上げ／下げ時のエネルギーを回収して圧縮空気を効果的に作製できる。特に、ブーム下げ時については、ブームの位置エネルギーを空気シリンダ４３による空気の圧縮に利用することにより、一般的な油圧ショベルでは回収できなかったエネルギーを有効に回収できる。
【００４１】
次に空気シリンダ４３の構造と圧縮空気の製造手順について詳しく説明する。図２２は本発明の第３の実施の形態に係る空気ポンプの概略図である。この図に示す空気ポンプは、空気シリンダ４３と、エアタンク５１と、エアホース５２を備えている。
【００４２】
空気シリンダ４３の内部にはピストン４５が摺動可能に収納されており、ピストン４５に接続されたロッド４４によって押し引き動作ができる。ボトム側のチャンバ７３には逆止弁５３，５４が取り付けられており、ロッド側のチャンバ７４に逆止弁１３，１４が取り付けられている。逆止弁１４，５４は、外部からチャンバ７３，７４内への空気の進入は許可するが、その逆は禁止する。逆心弁１３，５３は、チャンバ７３，７４からエアホース５２への空気の進入は許可するが、その逆は禁止する。すなわち、図に示した空気シリンダ４３は、逆止弁１４，５４から外気を取り込み、そして、逆止弁１３，５３からエアホース５２を通してエアタンク５１に圧縮空気を貯める方式を採用している。なお、空気シリンダ４３内部への砂塵、埃又は雨水等の侵入を抑制する観点からは、逆止弁１４，５４における外気導入口にフィルタを設けることが好ましい。
【００４３】
エアタンク５１には圧縮空気を噴射装置３０等に送るためのエアホース３３が接続されており、エアホース３３に取り付けられたバルブ５０の開閉によって圧縮空気の供給／停止を制御できるとともに、当該バルブ５０の開度を調節することで圧縮空気の供給量を制御できる。エアタンク５１には、内部圧力が設定値（リリーフ圧）に達したときに、圧縮空気を外部に放出して圧力を開放するリリーフ弁４７が取り付けられている。これによりエアタンク５１内の圧力はリリーフ圧未満に保持される。また、エアタンク５１の内部圧力はエアゲージ４６で確認することができる。
【００４４】
なお、図２２に示した例では、ロッド４４の往復動作における両方で圧縮空気を作製できる機構を示したが、ブーム下げ時のみのエネルギーを回収して圧縮空気を作製する方式では、ロッド４４が伸びた時のみ圧縮空気を作れるように、逆止弁５３は封印しつつ、逆止弁５４を常時に開放するように構成しても良い。
【００４５】
次に上記のように構成される空気ポンプの動作について説明する。図２３はブームが降下して空気シリンダ４３が伸びたときの空気の流れの様子を示している。この図に示すように、ブーム下げ動作が行われて空気シリンダ４３が伸長すると、ロッド側のチャンバ７４内の空気５６がピストン４５によって圧縮されて、エアホース５２を介してエアタンク５１に送られる。このとき、逆止弁１４は外部に空気を漏らさない働きをしており、逆止弁１３はチャンバ７４をエアホース５２に開放する働きをする。一方、ボトム側のチャンバ７３には、逆止弁５４を介して空気５５が取り込まれる。このとき、逆止弁５３は、チャンバ７３とエアホース５２の連通を禁止し、エアホース５２から空気が流れこまないように働いている。なお、前記した通り、ブーム下げ時のみ空気ポンプを働かせる場合は、図２３の動作は不要であるが、ブーム上げ／下げ動作によって連続して圧縮空気を作りたい場合や、空気ポンプの負荷が軽い場合には、図２３のように動作させることで効果的に圧縮空気を作ることができる。
【００４６】
図２４はブームが上昇して空気シリンダ４３が縮んだときの空気の流れの様子を示している。この図に示すように、ブーム上げ動作が行われて空気シリンダ４３が縮短すると、ボトム側のチャンバ７３内の空気５９がピストン４５によって圧縮されて、エアホース５２を介してエアタンク５１に送られる。このとき、逆止弁５４は外部に空気を漏らさない働きをしており、逆止弁５３はチャンバ７３をエアホース５２に開放する働きをする。一方、ロッド側のチャンバ７４には、逆止弁１４を介して空気５８が取り込まれる。このとき、逆止弁１３は、チャンバ７４とエアホース５２の連通を禁止し、エアホース５２から空気が流れ込まないように働いている。
【００４７】
次に、数回の伸縮動作で過剰に空気が溜まった場合について説明する。図２５はエアタンク５１内に過剰に入った空気がリリーフ弁４７で抜ける様子を示している。エアタンク５１内の圧力がリリーフ弁４７のリリーフ圧力以上になると、スプリング４８で保持されていたリリーフ弁４７が開放され、エアタンク５１が外部に開放される。そして、図２６に示すように、リリーフ弁４７が開放されたことでエアタンク５１内の空気圧はリリーフ圧に保持されるので、このときにバルブ５０を開放すれば、一定の圧力の圧縮空気をエアホース３３を介して供給先（例えば、噴射装置３０）に供給できる。
【００４８】
次に本実施の形態に係る空気ポンプで発生した圧縮空気を利用した冷却装置について説明する。図２７は、図１に示した冷却装置の加圧補助手段として本実施の形態に係る空気ポンプを利用した構成の概略図である。この図に示すように、エアホース３３は噴射装置３０の圧縮気体系３１に接続されている。このように冷却装置を構成すると、蒸発器４が発生する蒸気の圧力が不足している場合にも、当該不足分を空気ポンプからの圧縮空気で補うことができるので、特別な動力装置を要することなく冷却対象を効率良く冷却できる。
【００４９】
図２８は図７に示した冷却装置の加圧補助手段として本実施の形態に係る空気ポンプを利用した構成の概略図である。この図でも、エアホース３３は噴射装置３０の圧縮気体系３１に接続されている。そのため、図２７の場合と同様に蒸発器４の蒸気圧が不足している場合にも、特別な動力装置を要することなく冷却対象を効率良く冷却できる。
【００５０】
図２９は図１２に示した冷却装置の加圧補助手段として本実施の形態に係る空気ポンプを利用した構成の概略図である。この図の場合には、エアホース３３はダイアフラムポンプ１１の第１チャンバ７１に接続されている。このように冷却装置を構成すると、蒸発器４が発生する蒸気の圧力が不足している場合にも、当該不足分を空気ポンプからの圧縮空気で補うことでダイアフラムポンプ１１を駆動できるので、特別な動力装置を要することなく冷却対象を効率良く冷却できる。
【００５１】
ところで、図２７から図２９の例では、空気ポンプからの圧縮空気を補助的に利用する場合について説明したが、当該圧縮空気のみをミストの噴射に利用しても良い。図３０は図２７に示した冷却装置から蒸発器４及び配管７を省略した冷却装置の概略図である。このように冷却装置を構成すると、蒸発器４及び配管７を省略することができるので、装置の簡素化及び小型化が可能になる。
【００５２】
図３１は図２８に示した冷却装置から切り換え弁８及び配管１０を省略した冷却装置の概略図である。このように冷却装置を構成すると、切り換え弁８及び配管１０を省略することができるので、装置の簡素化及び小型化が可能になる。また、蒸発器４からの水蒸気は噴射装置３０の給水源として利用されるだけになるので、蒸発器４への給水回数を低減することができたり、蒸発器４を小型化したりすることができる。図３２は図２９に示した冷却装置から切り換え弁８及び配管１０を省略した冷却装置の概略図である。このように冷却装置を構成すると図３１に示した場合と同様の効果が得られる。
【００５３】
なお、上記で示した空気ポンプによって作製した圧縮空気を油圧ショベルのクローラの走行面や機体表面に噴射可能にエアホース３３を設置しても良い。このように空気ポンプを構成すれば、悪路走行によってクローラの爪に固着した泥や機体に溜まった砂や埃を圧縮空気で吹き飛ばして除去することができる。
【００５４】
ところで、上記の各実施の形態では、エンジンルーム内のラジエタ２にミストを噴射する場合について説明したが、本発明に係る冷却装置の冷却対象はこれだけに限られず、建設機械内で冷却が必要なその他の場所にも噴射装置は設置しても良い。例えば、ハイブリッド式の建設機械には電動アクチュエータ（例えば、モータ）が搭載されるが、当該電動アクチュエータに供給するための電力を蓄えるためのバッテリ（二次電池）や、当該電動アクチュエータの制御装置（モータを制御するためのインバータ装置）等の発熱性の電気機械を冷却しても良い。さらに、建設機械の操縦室（キャブ）内にミストを噴射するように噴射装置を設置し、当該ミストにより操縦室内の気温を低下させることでオペレータの快適性を向上する等しても良い。なお、上記で説明した各冷却対象は、複数の噴射装置を利用して個別に必要に応じて冷却しても良いことは言うまでもない。
【００５５】
ところで、上記の各実施の形態では、ミストの噴射タイミング（噴射条件）については特に説明しなかったが、冷却対象に応じて噴射タイミングを制御することが好ましい。次にこの点について説明する。
【００５６】
図３３は本発明の第４の実施の形態に係る建設機械の冷却装置の概略図である。この図に示す冷却装置は、図７に示した各構成に加えて、噴射装置３０によるミストの噴射タイミングを制御するための制御装置（コントローラ）８０と、冷却対象の温度検出手段としての温度センサ８１を備えている。温度センサ８１の検出値は制御装置８０に入力されており、制御装置８０は当該入力値に基づいて切り換え弁８の切り換え位置を制御する。例えば、図３３内に示した位置に切り換え弁８を切り換えると、噴射装置３０によるミストの噴射は休止され（以下、このときの切り換え弁８の位置を「休止位置」と称することがある）、他の位置（配管７Ａと配管１０を連通する位置）に切り換えると、噴射装置３０によるミストの噴射が許可される（以下、このときの切り換え弁８の位置を「許可位置」と称することがある）。
【００５７】
図３４は本実施の形態に係る冷却装置の冷却対象がエンジン１の場合におけるミスト噴射のフローチャートである。この場合、温度センサ８１はエンジン１の温度（又はエンジンオイル温度）を検出している。この図に示すようにエンジン始動すると処理が開始される。Ｓ３４１では、温度センサ８１からの入力値が設定値以上であるか否かを判定する。Ｓ３４１でエンジン温度が設定値未満であれば、制御装置８０は切り換え弁８を休止位置に切り換えて、ミストの噴射を休止する（Ｓ３４２）。これによりアイドリングや通常運転によってエンジン温度の速やかな上昇を図ることができる。一方、Ｓ３４１でエンジン温度が設定値以上であることが確認できたら、制御装置８０は切り換え弁８を許可位置に切り換えて、ミストの噴射を開始する（Ｓ３４３）。ミストの噴射を開始したら、Ｓ３４１に戻り以降の処理を繰り返す。
【００５８】
エンジン始動直後は、エンジンやエンジンオイルの温度が低いため（特に寒冷時に顕著）、これらの温度が上昇するまで暖機した方が好ましいことがある。そこで、ここでは、エンジン温度を検出し、当該検出温度が設定温度以上に達するまではミスト噴射を中止し、当該検出温度が設定温度を超えたらミスト噴射を開始することとした。このようにミスト噴射すると、エンジン温度が低いときは速やかに設定温度までエンジン温度を上昇させることができるので、エンジンの保護と燃費低下の抑制等を図ることができる。
【００５９】
図３５は本実施の形態に係る冷却装置の冷却対象がバッテリ（二次電池）の場合におけるミスト噴射のフローチャートである。この場合、温度センサ８１はバッテリ（図示せず）の温度を検出している。この図に示すようにエンジン始動すると処理が開始される。Ｓ３５１では、温度センサ８１からの入力値が設定値以上であるか否かを判定する。Ｓ３５１でバッテリ温度が設定値未満であれば、制御装置８０は切り換え弁８を休止位置に切り換えて、ミストの噴射を休止する（Ｓ３５２）。これにより、建設機械の運転に伴う充放電や他の機器の排熱等による加熱によってバッテリ温度が上昇するまで、ミスト噴射が抑制されるので、水の消費量を抑制できる。一方、Ｓ３５１でバッテリ温度が設定値以上であることが確認できたら、制御装置８０は切り換え弁８を許可位置に切り換えて、ミストの噴射を開始する（Ｓ３５３）。ミストの噴射を開始したら、Ｓ３５１に戻り以降の処理を繰り返す。
【００６０】
図３６は本実施の形態に係る冷却装置の冷却対象がモータの場合におけるミスト噴射のフローチャートである。この場合、温度センサ８１はモータ（図示せず）の温度を検出している。この図に示すようにエンジン始動すると処理が開始される。Ｓ３６１では、温度センサ８１からの入力値が設定値以上であるか否かを判定する。Ｓ３６１でモータ温度が設定値未満であれば、制御装置８０は切り換え弁８を休止位置に切り換えて、ミストの噴射を休止する（Ｓ３６２）。これにより、建設機械の運転に伴ってモータ温度が上昇するまでミスト噴射が抑制されるので、水の消費量を抑制できる。一方、Ｓ３６１でモータ温度が設定値以上であることが確認できたら、制御装置８０は切り換え弁８を許可位置に切り換えて、ミストの噴射を開始する（Ｓ３６３）。ミストの噴射を開始したら、Ｓ３６１に戻り以降の処理を繰り返す。
【００６１】
なお、以上の説明では、油圧ショベルに適用する場合について説明したが、エンジンを備え自動車のように高速走行しない建設機械であれば、本発明は適用可能である。
【符号の説明】
【００６２】
１  エンジン、２…ラジエタ、３…ファン（ラジエタファン）、４…蒸発器、５…注水口、６…フタ、７…配管、８…切り換え弁、９…配管（凝縮手段）、１０…配管、１１…ダイアフラムポンプ、１２…隔膜、１３…逆止弁、１４…逆止弁、１５…噴射装置（１流体ノズル）、１６…水分、１７…水、１８…温水、１９…外気、２１…蒸気、２２…放熱作用、２４…蒸留水、２５…蒸留水、２７…ミスト、２８…ミストが混入した外気、３０…噴射装置（２流体ノズル）、３１…圧縮気体系、３２…液水系、３３…エアホース、３４…水タンク、３５…注水口、３７…配管、３８…エアフィルタ、３９…エンジンルーム、４０…操縦室、４１…ブーム、４２…油圧シリンダ、４３…空気シリンダ、４４…ロッド、４５…ピストン、４６…エアゲージ、４７…リリーフ弁、４８…スプリング、４９…過剰圧エアの排気、５０…バルブ、５１…エアタンク、５２…エアホース、５３…逆止弁、５４…逆止弁、５５…空気、５６…空気、５７…空気圧力、５８…空気、５９…空気、６０…空気圧力、６１…空気圧力、６２…タンク内圧力で押されるリリーフ弁、６３…排気、６４…タンク内の減圧、６５…圧縮空気、６６…ダクト、７１…第１チャンバ、７２…第２チャンバ、チャンバ７３、チャンバ７４、８０…制御装置、８１…温度センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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