特許 6583351 キャビンヒーター用排気装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6583351

(24)【登録日】2019年9月13日

(45)【発行日】2019年10月2日

(54)【発明の名称】キャビンヒーター用排気装置

(51)【国際特許分類】

   B60H 1/22 20060101AFI20190919BHJP

   B60K 13/04 20060101ALI20190919BHJP

   B66C 13/52 20060101ALI20190919BHJP

【ＦＩ】

   B60H1/22 631Z

   B60K13/04 B

   B66C13/52 A

【請求項の数】3

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2017-113587(P2017-113587)

(22)【出願日】2017年6月8日

(65)【公開番号】特開2018-203171(P2018-203171A)

(43)【公開日】2018年12月27日

【審査請求日】2018年5月16日

(73)【特許権者】

【識別番号】000246273

【氏名又は名称】コベルコ建機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100120329

【弁理士】

【氏名又は名称】天野 一規

(74)【代理人】

【識別番号】100159581

【弁理士】

【氏名又は名称】藤本 勝誠

(74)【代理人】

【識別番号】100159499

【弁理士】

【氏名又は名称】池田 義典

(74)【代理人】

【識別番号】100158540

【弁理士】

【氏名又は名称】小川 博生

(74)【代理人】

【識別番号】100106264

【弁理士】

【氏名又は名称】石田 耕治

(74)【代理人】

【識別番号】100187768

【弁理士】

【氏名又は名称】藤中 賢一

(74)【代理人】

【識別番号】100139354

【弁理士】

【氏名又は名称】松浦 昌子

(72)【発明者】

【氏名】渡辺 恵理

(72)【発明者】

【氏名】木村 康正

(72)【発明者】

【氏名】西嶋 浩司

【審査官】 安島 智也

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−１９６４７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−１２５４３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１３／０１１６６５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許第４１９２４５７（ＵＳ，Ａ）

【文献】 米国特許第４９７６４６３（ＵＳ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００７／０２４５７２５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 仏国特許発明第１１９３３０８（ＦＲ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ６０Ｈ １／２２

Ｂ６０Ｋ １３／０４

Ｂ６６Ｃ １３／５２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃料の燃焼熱によって建設機械のキャビン内の空気を暖めるキャビンヒーター用の排気装置であって、
上記キャビンヒーターの燃焼排ガスを案内する排気管が接続されるチャンバーを備え、
上記排気管が上記チャンバーの内部に突出し、
上記チャンバーが、外気を取り入れる吸気口と、上記排気管における燃焼排ガスの流れ方向下流側に形成され、上記排気管から導入される燃焼排ガス及び上記吸気口から取り入れる外気を外部に排出する排気口とを有し、
上記チャンバーが、上記排気管が接続される導入壁と、上記吸気口と上記排気口との間に配設される隔壁とを有し、
上記隔壁の上記排気管側の端部が上記導入壁に向かって屈曲していることを特徴とするキャビンヒーター用排気装置。

【請求項2】

上記吸気口及び上記排気口が上記導入壁と略垂直な面内に開口する請求項１に記載のキャビンヒーター用排気装置。

【請求項3】

上記チャンバーが、上記排気管の前方に配置され、法線方向が上記排気管と上記排気口との間に向かう方向である平板状の衝突壁をさらに有する請求項１又は請求項２に記載のキャビンヒーター用排気装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、キャビンヒーター用排気装置に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば自動車の車室、船舶の船室等のキャビンの暖房は、動力源であるエンジンの熱を利用して行われることが多い。しかしながら、エンジン停止時やエンジン始動直後には、キャビンの暖房にエンジンの熱を利用することができない。このため、エンジンとは別に、燃料の燃焼熱によってキャビン内の空気を暖めるキャビンヒーターを別途設ける場合がある。

【0003】

燃焼排ガスを直接キャビン内に放出すると酸欠を引き起こすため、キャビンヒーターは、例えば特開２００３−１２７６４９号公報に記載されるように、燃焼排ガスとキャビン内の空気との間で熱交換を行って、燃焼排ガスをキャビンの外部に排気するよう構成される。

【0004】

キャビンヒーターの燃焼排ガスは、キャビン内の空気と熱交換を行った後も例えば２００℃程度の高い温度を有する。このため、キャビンヒーターの燃焼排ガス又は燃焼排ガスを案内する排気管に人が触れると火傷を負うおそれがある。そこで、キャビンヒーターの燃焼排ガスの排気管の先端には、人が触れることができないよう排気カバーが設けられる。しかしながら、そのような排気カバーも、それ自体が高温となり、触れた人に火傷を負わせたり、輻射熱によって周囲の電子機器等に悪影響を与えたりするおそれがある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００３−１２７６４９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

上記実情に鑑みて、本発明は、キャビンヒーターの燃焼排ガスの温度を低下させられるキャビンヒーター用排気装置を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するためになされた本発明に係るキャビンヒーター用排気装置は、燃料の燃焼熱によって建設機械のキャビン内の空気を暖めるキャビンヒーター用の排気装置であって、上記キャビンヒーターの燃焼排ガスを案内する排気管が接続されるチャンバーを備え、上記排気管が上記チャンバーの内部に突出し、上記チャンバーが、外気を取り入れる吸気口と、上記排気管における燃焼排ガスの流れ方向下流側に形成され、上記排気管から導入される燃焼排ガス及び上記吸気口から取り入れる外気を外部に排出する排気口とを有することを特徴とする。

【0008】

当該キャビンヒーター用排気装置は、上記排気管から上記チャンバー内に導入される燃焼排ガスの流れによって上記吸気口から上記チャンバー内に外気を吸い込んで、燃焼排ガスに外気を混合することにより温度を低下させたガスを上記排気口から外部に放出する。このように、当該キャビンヒーター用排気装置は、外気で希釈してキャビンヒーターの燃焼排ガスの温度を低下させるので、上記チャンバーから外部に放出する排ガスに人が触れても火傷しない。

【0009】

当該キャビンヒーター用排気装置において、上記チャンバーが上記排気管が接続される導入壁を有し、上記吸気口及び上記排気口が上記導入壁と略垂直な面内に開口してもよい。この構成によれば、当該キャビンヒーター用排気装置は、上記チャンバー内で燃焼排ガスを屈曲させて外部に放出するので、ベンチュリー効果を促進して吸気口から外気を効率よく吸い込むことができ、且つ吸い込んだ外気と燃焼排ガスとを効率よく混合することができる。

【0010】

当該キャビンヒーター用排気装置において、上記チャンバーが、上記排気管の前方に配置され、法線方向が上記排気管と上記排気口との間に向かう方向である平板状の衝突壁をさらに有してもよい。この構成によれば、外気を随伴する燃焼排ガスが上記衝突壁に衝突することで、より確実に外気と燃焼排ガスとを混合することができる。

【0011】

当該キャビンヒーター用排気装置において、上記吸気口と上記排気口との間に配設される隔壁を有してもよい。この構成によれば、排気口から排気される燃焼排ガスと外気との混合ガスが吸気口から吸い込まれる外気と干渉することを防止して、十分な外気を吸引することができるので、効率よく燃焼排ガスの温度を低下させられる。

【0012】

当該キャビンヒーター用排気装置において、上記隔壁の先端が上記導入壁に向かって屈曲していてもよい。この構成によれば、ベンチュリー効果を促進することができるので、吸引する外気の量を増大して燃焼排ガスの温度をより低下させることができる。

【発明の効果】

【0013】

以上のように、本発明に係るキャビンヒーター用排気装置は、キャビンヒーターの燃焼排ガスの温度を低下させられる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の一実施形態のキャビンヒーター用排気装置を有する暖房システムを備える建設機械を示す模式的側面図である。

【図2】図１の建設機械の暖房システムを示す模式的側面図である。

【図3】図２のキャビンヒーター用排気装置の模式的断面図である。

【図4】本発明に係る排気装置の表面温度のシミュレーション結果を示す図である。

【図5】本発明に係る排気装置の内部のガス温度のシミュレーション結果を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、適宜図面を参照しつつ、本発明の実施の形態を詳説する。

【0016】

［建設機械］
図１に、本発明の一実施形態に係るキャビンヒーター用排気装置を備える建設機械を示す。より詳しくは、図１の建設機械は、クローラークレーンである。

【0017】

図１のクローラークレーンは、自走可能な下部走行体１と、この下部走行体１の上に水平方向に旋回可能に設けられる上部旋回体２とを備える。下部走行体１は、走行装置として一対のクローラー３を有する。上部旋回体２は、運転手が搭乗するキャビン（操縦室）４を有し、前部にクレーンアタッチメント（作業具）５が傾動可能に設けられる。このクローラークレーンは、キャビン４内の空気を暖める暖房システム６を備える。

【0018】

＜暖房システム＞
暖房システム６は、図２に示すように、キャビン４内に配設され、燃料の燃焼熱によってキャビン４内の空気を暖めるキャビンヒーター７と、キャビンヒーター７の燃焼排ガスを冷却しつつ排気するためにキャビン４の外側（床下）に配設される本発明の一実施形態に係る排気装置８とを備える。

【0019】

より詳しくは、暖房システム６は、キャビンヒーター７が燃焼用空気を吸入するための吸気管９、キャビンヒーター７から燃焼排ガスを案内してキャビン４の外に排気するための排気管１０、キャビンヒーター７がキャビン４内の空気を取り入れるための吸気フィルター１１、及びキャビンヒーター７が暖めた空気をキャビン４内に放出するための温風ダクト１２と、キャビンヒーター７に不図示の燃料ポンプから燃料を供給するための燃料配管１３と、キャビンヒーター７に電源を供給すると共に制御信号を入出力するための電装ケーブル１４とを有する。

【0020】

（キャビンヒーター）
キャビンヒーター７は、吸気フィルター１１から取り入れて温風ダクト１２から放出するキャビン４内の空気の流路と、吸気管９から吸入した燃焼用空気と燃料配管１３から供給される燃料とを混合して燃焼させることにより生じる燃焼排ガスの流路とが分離されており、キャビン４内の空気と燃焼排ガスとの間で熱交換を行うよう構成される。

【0021】

このようなキャビンヒーター７としては、例えばベバスト社の燃焼式ヒーター等を用いることができる。

【0022】

キャビンヒーター７は、キャビン４内の座席の下側や座席の背後のデッドスペースに配設することが好ましい。

【0023】

（排気装置）
排気装置８は、図３に示すように、排気管１０が接続されるチャンバー１５を備える。排気管１０は、チャンバー１５の内部に突出するよう接続される。

【0024】

チャンバー１５は、外気を取り入れる吸気口１６と、排気管１０から導入される燃焼排ガス及び吸気口１６から取り入れる外気を外部に排出する排気口１７とを有する。本実施形態におけるチャンバー１５は、底部が開放されたフード状に形成され、底部の開口を２つに区分することによって吸気口１６と排気口１７とが形成されている。このチャンバー１５において、吸気口１６は、排気口１７よりも排気管１０における燃焼排ガスの流れ方向上流側に配置される。

【0025】

より詳しく説明すると、チャンバー１５は、鉛直に配置され、排気管１０が接続される方形状の導入壁１８と、この導入壁１８の上縁から略垂直に延出する方形状の天壁１９と、この天壁１９の先端縁から下方且つ導入壁１８と反対側に傾斜して延出する方形平板状の衝突壁２０と、衝突壁２０の先端縁から下方に、導入壁の下縁と略等しい高さまで延出する端壁２１と、導入壁１８の両側縁からそれぞれ延出し、天壁１９、衝突壁２０及び端壁２１の側縁に接続される五角形状の一対の側壁２２とを有する。また、チャンバー１５は、一対の側壁２２間に配設され、吸気口１６と排気口１７と区分する隔壁２３をさらに有する。また、チャンバー１５の天壁１９の上面には、排気管１０を保持するブラケット２４が設けられている。

【0026】

チャンバー１５の材質としては、例えばメッキ鋼板、ステンレス鋼板等を用いることができる。また、チャンバー１５を構成する材料の板厚としては、例えば１．２ｍｍ以上２．０ｍｍ以下とすることができる。また、チャンバー１５は、直接人が触れることができないよう、外側を保温材で覆ってもよい。

【0027】

導入壁１８の高さとしては、例えば１５ｃｍ以上３０ｃｍ以下とすることができる。導入壁１８の幅としては、例えば５ｃｍ以上２０ｃｍ以下とすることができる。天壁１９の延出長さとしては、例えば３ｃｍ以上１０ｃｍ以下とすることができる。導入壁１８と端壁２１との間隔としては、例えば１５ｃｍ以上３０ｃｍ以下とすることができる。

【0028】

当該排気装置８では、排気管１０から吹き込まれる燃焼排ガスが、ベンチュリー効果により上流側の空気を吸い寄せることで、吸気口１６からチャンバー１５内に外気を吸い込み、この外気と燃焼排ガスとを混合することで排気温度を低下させる。

【0029】

排気管１０の平均口径としては、例えば１５ｍｍ以上３０ｍｍ以下とすることができる。導入壁１８から排気管１０の先端までの距離は、排気管１０から導入した燃焼排ガスが吸気口１６側に流れることを防止して、吸気口１６から確実に外気を吸引するために、導入壁１８から隔壁２３の上端までの距離と同程度以上とすることが好ましい。具体的には、排気管１０のチャンバー１５内への突出量としては、例えば導入壁１８と端壁２１との間隔の０．２倍以上０．５倍以下とすることができる。排気管１０のチャンバー１５内への突出量が上記下限に満たない場合、吸気口１６を負圧にして外気を吸い込むことができないおそれがある。逆に、排気管１０のチャンバー１５内への突出量が上記上限を超える場合、チャンバー１５内での燃焼排ガスの流れが乱れて吸気口１６からの外気の吸い込みが不十分となるおそれがある。

【0030】

排気管１０は、導入壁１８の上部を貫通し、水平（導入壁１８に対して垂直）又はやや下方（排気口１７側）に傾斜して配設される。なお、排気管１０は、暖房システム６を空間効率よく配設するために、導入壁１８の水平方向中心からオフセットされていてもよい。具体的には、排気管１０の導入壁１８を貫通する部分における中心高さとしては、例えば導入壁１８の高さの７５％以上９０％以下とすることができる。また、排気管１０の水平方向に対する傾斜角度としては、例えば０°以上１５°以下とすることができる。

【0031】

また、排気管１０は、その前方（燃焼排ガスの流れ方向下流側の軸上）に衝突壁２０が位置するよう配設されることが好ましい。これにより、排気管１０からチャンバー１５内に吹き出された燃焼排ガスが衝突壁２０に衝突し、燃焼排ガスが撹拌されることにより、燃焼排ガスを吸気口１６から吸い込んだ外気と効率よく混合することができる。

【0032】

衝突壁２０の傾斜は、その法線方向が排気管１０と排気口１７との間に向かう方向とされる。これにより、排気管１０から排気口１７までの燃焼排ガスの流路抵抗が大きくなり過ぎず、燃焼排ガスの流速を保持してベンチュリー効果による外気の吸引効率を大きくすることができる。具体的な衝突壁の天壁１９に対する傾斜角度としては、例えば３０°以上６０°以下、典型的には４５°とすることができる。

【0033】

隔壁２３は、チャンバー１５の下部開口を２つに分割して吸気口１６と排気口１７とを画定すると共に、チャンバー１５内の下部空間を２つに分割して、下端に吸気口１６を有し、排気管１０に向かって延びる吸気流路と、下端に排気口１７を有し、上端に衝突壁２０を有する排気流路とを画定する。排気口１７は、排気管１０から導入される燃焼排ガスと吸気口１６から吸入される外気とが通過するため、吸気口１６の開口面積よりも排気口１７の開口面積を大きくすることが望ましい。吸気口１６の開口面積に対する排気口１７の開口面積の比としては、例えば１．２以上２．０以下とすることができる。

【0034】

隔壁２３は、チャンバー１５の下端から鉛直に立ち上がるとよく、排気管１０側の端部（上端部）が導入壁１８に向かって屈曲していることが好ましい。隔壁の上端部を導入壁側に屈曲させることによって、排気管１０から導入された直後の燃焼排ガスの下側への拡がりを抑制し、燃焼排ガスを排気口１７に向かってスムーズに流すことで、ベンチュリー効果による外気の吸引を促進することができる。

【0035】

隔壁２３の鉛直部の高さとしては、吸気口１６から吸入した外気の流れ及び排気口１７から排出する燃焼排ガスと外気との混合ガスの流れをスムーズにするために、例えばチャンバー１５の高さ（導入壁１８の高さ）の０．３倍以上０．６倍以下とすることができる。隔壁２３の鉛直部の高さが上記下限に満たない場合、燃焼排ガスと外気との混合ガスの流れが乱れて排気流路から吸気流路に流れ込むおそれがある。逆に、隔壁２３の鉛直部の高さが上記上限を超える場合、吸気口１６の負圧が小さくなるおそれがある。

【0036】

隔壁２３の上端と排気管１０との鉛直方向の間隔としては、例えば０．５ｃｍ以上３ｃｍ以下とすることができる。また、隔壁２３の傾斜した上端部の長さとしては、例えばチャンバー１５の高さの０．１倍以上０．３倍以下とすることができる。また、隔壁２３の上端部の傾斜角度としては、例えば３０°以上６０°以下とすることができ、衝突壁２０と略平行となることが好ましい。

【0037】

＜利点＞
当該排気装置８は、排気管１０からチャンバー１５内に導入される燃焼排ガスの流れにより生じるベンチュリー効果によって吸気口１６からチャンバー１５内に外気を吸い込み、チャンバー１５内で燃焼排ガスに外気を混合することで温度を低下させてから排気口１７から外部に放出する。このように、当該排気装置８は、外気で希釈してキャビンヒーターの燃焼排ガスの温度を低下させるので、チャンバー１５から外部に放出する排ガスに人が触れても火傷しない。

【0038】

［その他の実施形態］
上記実施形態は、本発明の構成を限定するものではない。従って、上記実施形態は、本明細書の記載及び技術常識に基づいて上記実施形態各部の構成要素の省略、置換又は追加が可能であり、それらは全て本発明の範囲に属するものと解釈されるべきである。

【0039】

当該キャビンヒーター用排気装置において、排気管はチャンバーの内部に突出している必要があるが、排気管の本体がチャンバーの内部にまで延びている必要はなく、チャンバーの内部に突出する管体をチャンバーと一体化し、この管体の外側端部に排気管の本体を接続した構成としてもよい。また、隔壁は端部が傾斜していないものであってもよい。

【0040】

当該キャビンヒーター用排気装置において、吸気口と排気口とが異なる壁に配設されてもよい。例えば吸気口を導入壁に形成してもよく、排気口を端壁に形成してもよい。この場合、チャンバーは、底面を封止する底壁を有するものすることができる。

【0041】

当該キャビンヒーター用排気装置において、チャンバーは、衝突壁を有しないものであってもよい。また、衝突壁に替えて天壁と端壁とを接続するよう湾曲した壁を有してもよい。

【0042】

当該キャビンヒーター用排気装置において、吸気口及び排気口の配置によっては、隔壁を省略してもよい。また、当該キャビンヒーター用排気装置における隔壁は、一対の側壁間を横断するものに限られず、例えば吸気口の内周からチャンバー内に延びる筒体等であってもよい。また、当該キャビンヒーター用排気装置における隔壁は、チャンバー内の空間の少なくとも一部分を区分できるものであればよく、例えば筒状体の集合体等、板状でないものであってもよい。

【0043】

上記実施形態の説明では、その実施形態における上下関係を用いて説明したが、当該キャビンヒーター用排気装置におけるチャンバーの向きは任意であり、その向きに合わせて上記実施形態における方向を読み替えて理解しなければならない。

【実施例】

【0044】

以下、実施例に基づき本発明を詳述するが、この実施例の記載に基づいて本発明が限定的に解釈されるものではない。

【0045】

本発明の効果を確認するために、コンピューター上で本発明に係るキャビンヒーター用排気装置をモデリングし、排気管から燃焼排ガスを導入するシミュレーションを行って、キャビンヒーター用排気装置及びキャビンヒーター用排気装置内におけるガスの温度を確認した。

【0046】

キャビンヒーター用排気装置のモデルは、チャンバーの導入壁の幅が１１０ｍｍ、導入壁の高さが１８０ｍｍ、天壁の延出長さが６０ｍｍ、衝突壁の傾斜角度が４５°、導入壁と端壁との間隔が１８０ｍｍ、吸気口における導入壁と隔壁との間隔が６５ｍｍ、隔壁の鉛直部の高さが１００ｍｍ、上端部の長さが３０ｍｍ、上端部の傾斜角度が４５°、排気管の直径が２８ｍｍ、排気管の突出量が５５ｍｍである。

【0047】

このモデルを用い、排気管から温度２００℃の燃焼排ガスを２．５６ｍ／ｓの流速で導入するシミュレーションを行った。図４に、チャンバー表面の温度分布を示し、図５に、チャンバー内のガスの温度分布を示す。

【0048】

図示するように、本発明に係るキャビンヒーター用排気装置を用いることで、排ガス温度を約５０℃以上１００℃以下に低下させられることが確認できた。この温度であれば、排ガスによって火傷を生じさせる危険性は十分に小さいものと考えられる。

【産業上の利用可能性】

【0049】

本発明に係るキャビンヒーター用排気装置は、建設機械等の車両用のキャビンヒーターの排気温度を低減するために特に好適に利用することができる。

【符号の説明】

【0050】

１ 下部走行体
２ 上部旋回体
３ クローラー
４ キャビン
５ クレーンアタッチメント
６ 暖房システム
７ キャビンヒーター
８ 排気装置
９ 吸気管
１０ 排気管
１１ 吸気フィルター
１２ 温風ダクト
１３ 燃料配管
１４ 電装ケーブル
１５ チャンバー
１６ 吸気口
１７ 排気口
１８ 導入壁
１９ 天壁
２０ 衝突壁
２１ 端壁
２２ 側壁
２３ 隔壁
２４ ブラケット

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】