特開 2024-67847 作業機械およびその温度管理システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024067847

(43)【公開日】2024-05-17

(54)【発明の名称】作業機械およびその温度管理システム

(51)【国際特許分類】

   E02F 9/16 20060101AFI20240510BHJP

   E02F 9/00 20060101ALI20240510BHJP

   B60H 1/08 20060101ALI20240510BHJP

【ＦＩ】

E02F9/16 C

E02F9/00 C

E02F9/00 M

B60H1/08 611Z

【審査請求】有

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022178215

(22)【出願日】2022-11-07

(11)【特許番号】

(45)【特許公報発行日】2023-07-26

(71)【出願人】

【識別番号】505236469

【氏名又は名称】キャタピラー エス エー アール エル

(74)【代理人】

【識別番号】100092565

【弁理士】

【氏名又は名称】樺澤 聡

(74)【代理人】

【識別番号】100112449

【弁理士】

【氏名又は名称】山田 哲也

(74)【代理人】

【識別番号】100062764

【弁理士】

【氏名又は名称】樺澤 襄

(72)【発明者】

【氏名】岸田 耕治

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 有香理

(72)【発明者】

【氏名】的場 信明

【テーマコード（参考）】

2D015

3L211

【Ｆターム（参考）】

2D015CA02

2D015EC01

3L211AA09

3L211BA02

3L211DA43

(57)【要約】

【課題】背圧の増加を防止しつつ作動流体の熱を利用して省電力で熱管理できる作業機械の温度管理システムおよびこれを備えた作業機械を提供する。
【解決手段】作業機械１の温度管理システム３１は、作動油をタンク３へ戻すリターンライン１２と、リターンライン１２に設けられ戻り油に背圧を与える背圧チェック弁１４と、リターンライン１２において背圧チェック弁１４よりも上流側から戻り油の一部を分流する分流ライン１８と、キャブ２５内部を暖房する暖房装置３７に用いられるクーラントを循環させるクーラントライン３３と、分流ライン１８とクーラントライン３３との間で熱交換する熱交換器４０と、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

作動流体をタンクへ戻すリターンラインと、
このリターンラインに設けられ戻り流体に背圧を与える背圧チェック弁と、
リターンラインにおいて背圧チェック弁よりも上流側から戻り流体の一部を分流する分流ラインと、
キャブ内部を暖房する暖房装置に用いられるクーラントを循環させるクーラントラインと、
分流ラインと暖房装置のクーラントラインとの間で熱交換する熱交換器と、
を備えたことを特徴とする作業機械の温度管理システム。

【請求項2】

タンクから分流ラインに接続された補助ラインと、
この補助ラインに設けられたポンプと、
このポンプを動作させる電動モータと、
を備えたことを特徴とする請求項１記載の作業機械の温度管理システム。

【請求項3】

バッテリの温度を調整するバッテリ熱管理システムに用いられるクーラントを循環させるクーラントラインと、
バッテリ熱管理システムのクーラントラインと暖房装置のクーラントラインとの間に設けられ、バッテリ熱管理システムのクーラントラインのクーラントの一部を暖房装置のクーラントラインに供給する供給ラインと、
を備えたことを特徴とする請求項１記載の作業機械の温度管理システム。

【請求項4】

バッテリの温度を調整するバッテリ熱管理システムに用いられるクーラントを循環させるクーラントラインと、
電気装置の温度を調整する電気装置熱管理システムに用いられるクーラントを循環させるクーラントラインと、
電気装置管理システムのクーラントラインとバッテリ熱管理システムのクーラントラインとの間に設けられ、電気装置熱管理システムのクーラントラインのクーラントの一部をバッテリ熱管理システムのクーラントラインに供給する供給ラインと、
を備えたことを特徴とする請求項１記載の作業機械の温度管理システム。

【請求項5】

暖房装置を有するキャブと、
作動流体を貯留するタンクと、
請求項１乃至４いずれか一記載の温度管理システムと、
を備えたことを特徴とする作業機械。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、作動流体を利用して熱管理する作業機械の温度管理システムおよびこれを備えた作業機械に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、例えばバックホウ等の作業機械において、キャブの内部を温める暖房装置として、油圧シリンダや油圧モータ等の油圧アクチュエータを作動させるための作動油から熱を得ることで別途電力等のエネルギーの供給を不要としたものが知られている（例えば、特許文献１および２参照。）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２１－８０７０６号公報

【特許文献2】特開２０２２－９６２４３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、上述の作業機械の温度管理システムでは、油圧アクチュエータからタンクへの作動油のリターンラインに暖房装置を設けているため、暖房装置の熱交換器の流路抵抗が大きい場合、背圧が高くなり、油圧アクチュエータにより駆動される作業装置の操作性等に影響を与えるおそれがある。

【0005】

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、背圧の増加を防止しつつ作動流体の熱を利用して省電力で熱管理できる作業機械の温度管理システムおよびこれを備えた作業機械を提供することを目的とするものである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

請求項１記載の発明は、作動流体をタンクへ戻すリターンラインと、このリターンラインに設けられ戻り流体に背圧を与える背圧チェック弁と、リターンラインにおいて背圧チェック弁よりも上流側から戻り流体の一部を分流する分流ラインと、キャブ内部を暖房する暖房装置に用いられるクーラントを循環させるクーラントラインと、分流ラインと暖房装置のクーラントラインとの間で熱交換する熱交換器と、を備えた作業機械の温度管理システムである。

【0007】

請求項２記載の発明は、請求項１記載の作業機械の温度管理システムにおいて、タンクから分流ラインに接続された補助ラインと、この補助ラインに設けられたポンプと、このポンプを動作させる電動モータと、を備えた作業機械の温度管理システムである。

【0008】

請求項３記載の発明は、請求項１記載の作業機械の温度管理システムにおいて、バッテリの温度を調整するバッテリ熱管理システムに用いられるクーラントを循環させるクーラントラインと、バッテリ熱管理システムのクーラントラインと暖房装置のクーラントラインとの間に設けられ、バッテリ熱管理システムのクーラントラインのクーラントの一部を暖房装置のクーラントラインに供給する供給ラインと、を備えた作業機械の温度管理システムである。

【0009】

請求項４記載の発明は、請求項１記載の作業機械の温度管理システムにおいて、バッテリの温度を調整するバッテリ熱管理システムに用いられるクーラントを循環させるクーラントラインと、電気装置の温度を調整する電気装置熱管理システムに用いられるクーラントを循環させるクーラントラインと、電気装置管理システムのクーラントラインとバッテリ熱管理システムのクーラントラインとの間に設けられ、電気装置熱管理システムのクーラントラインのクーラントの一部をバッテリ熱管理システムのクーラントラインに供給する供給ラインと、を備えた作業機械の温度管理システムである。

【0010】

請求項５記載の発明は、暖房装置を有するキャブと、作動流体を貯留するタンクと、請求項１乃至４いずれか一記載の温度管理システムと、を備えた作業機械である。

【発明の効果】

【0011】

請求項１記載の発明によれば、熱交換器の流路抵抗に起因する背圧の増加を防止しつつ、作動流体の熱を有効に利用して省電力でキャブ内部を暖房できる。

【0012】

請求項２記載の発明によれば、作動流体がリターンラインを流れていない状態であっても、補助ラインを利用して熱交換器に作動流体を送ることができるので、クーラントを温める熱源を得ることができる。

【0013】

請求項３記載の発明によれば、作動流体の熱を回収して温められたクーラントを、バッテリを温めることにも利用できる。

【0014】

請求項４記載の発明によれば、電気装置熱管理システムの熱でバッテリを温めたり、バッテリ熱管理システムの冷えたクーラントを利用して電気装置を冷やしたりできる。

【0015】

請求項５記載の発明によれば、キャブ内部を暖房でき、かつ、温度管理システムの消費電力を削減できる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明に係る温度管理システムを備える作業機械の一実施の形態を示す説明図である。

【図2】同上温度管理システムの春季または秋季の運転動作を示す説明図である。

【図3】同上温度管理システムの冬季の運転動作を示す説明図である。

【図4】同上温度管理システムの夏季の運転動作を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本発明を、図１乃至図４に示された一実施の形態に基いて詳細に説明する。

【0018】

図１に示される作業機械１は、例えば油圧ショベル等の作業機械である。特に、本実施の形態において、作業機械１は、例えば電動式油圧ショベル等の電動式作業機械を例に挙げて説明する。

【0019】

作業機械１は、流体圧回路２を備える。本実施の形態において、流体圧回路２は、油圧回路であり、作動流体である作動油を貯留するタンク３、作動油を供給するためのメインポンプ４，５、流体圧アクチュエータを構成する油圧シリンダや油圧モータ、メインポンプ４，５から油圧シリンダや油圧モータへの作動油の給排を制御するコントロールバルブ７等を備える。コントロールバルブ７は、オペレータの操作等に応じてスプールの位置が切り換えられ、その切り換え位置に応じて油路を連通または遮断することにより、油圧シリンダや油圧モータへの作動油の方向および流量を制御するように構成されている。

【0020】

メインポンプ４，５は、モータ８により駆動され、タンク３から吸い込んだ作動油を高圧の圧油としてポンプライン１０，１１に吐出する。本実施の形態において、モータ８は電動モータである。そして、ポンプライン１０，１１に吐出された圧油は、コントロールバルブ７等を介してシリンダやモータに供給される。また、シリンダやモータからの戻り流体すなわち戻り油は、コントロールバルブ７およびリターンライン１２等を介してタンク３へ排出される。

【0021】

リターンライン１２には、戻り油に背圧を付与する背圧チェック弁１４が設けられている。また、リターンライン１２には、背圧チェック弁１４の下流側に、オイルクーラ１５が設けられている。このオイルクーラ１５を介して戻り油がタンク３に排出される。

【0022】

さらに、リターンライン１２には、分流ライン１８が接続されている。分流ライン１８は、背圧チェック弁１４の上流側から戻り油の一部を分流するものである。分流ライン１８は、例えば背圧チェック弁１４をバイパスしてリターンライン１２に両端部が接続されている。

【0023】

また、分流ライン１８からタンク３に亘り、補助ライン２０が接続されている。補助ライン２０は、ポンプライン１０，１１から分岐されている。補助ライン２０には、作動油をタンク３から分流ライン１８に送るポンプ２１が設けられている。ポンプ２１は、電動モータ２２により動作される。また、ポンプ２１の下流側には、分流ライン１８との間に、作動油の逆流を阻止するチェック弁２３が設けられている。また、分流ライン１８には、作動油の温度を検出する温度センサ２４が設けられている。本実施の形態では、温度センサ２４は、補助ライン２０と分流ライン１８との接続点、つまり補助ライン２０の最下流部に設けられている。

【0024】

また、作業機械１は、キャブ（運転室）２５の内部の温度を調整する空調システム２６を備える。本実施の形態において、作業機械１は、この作業機械１の電源となるバッテリ２７の温度を調整するバッテリ熱管理システム２８をさらに備える。また、作業機械１は、バッテリ２７を電源とするモータやインバータ等の電気装置２９の温度を調整する電気装置熱管理システム３０をさらに備える。これら空調システム２６、バッテリ熱管理システム２８、および、電気装置熱管理システム３０により、温度管理システム３１が構成されている。

【0025】

空調システム２６は、ＨＶＡＣ（Ｈｅａｔｉｎｇ Ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ ａｎｄ Ａｉｒ－Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ）とも呼ばれる。空調システム２６は、温度調整用のクーラントを循環させる無端状のクーラントライン３３を有する。クーラントライン３３には、クーラントをクーラントライン３３に送るクーラントポンプ３４が設けられている。本実施の形態において、クーラントポンプ３４は、電動モータにより駆動される電動ポンプである。

【0026】

また、クーラントライン３３には、クーラントポンプ３４から送られたクーラントが通過するラインにフィンが備えられて構成されたヒータコア３５が設けられている。ヒータコア３５に対向して、空調風をキャブ２５の室内に送るためのファン３６が設けられている。本実施の形態において、ファン３６は、電動ファンである。ヒータコア３５とファン３６とにより、キャブ２５内部を暖房する暖房装置３７が構成されている。

【0027】

また、クーラントライン３３の一部は、分流ライン１８の一部に近接配置されて、これらクーラントライン３３の一部と分流ライン１８の一部とにより、熱交換器４０が構成されている。この熱交換器４０において、分流ライン１８の一部が一次側（高温側）、クーラントライン３３の一部が二次側（低温側）となっており、これら分流ライン１８の一部とクーラントライン３３の一部との間で熱交換可能となっている。すなわち、熱交換器４０は、作動油の排熱を空調システム２６に回収する排熱回収手段である。

【0028】

さらに、クーラントライン３３には、クーラントライン３３を循環するクーラントを温め可能なヒータ４１が設けられている。本実施の形態において、ヒータ４１は、電動ヒータである。図示される例では、ヒータ４１は、クーラントライン３３において熱交換器４０の下流側に設けられている。

【0029】

また、クーラントライン３３には、クーラントの温度を検出する温度センサ４２が設けられている。本実施の形態では、温度センサ４２は、クーラントポンプ３４とヒータコア３５との間においてクーラントライン３３に設けられている。すなわち、温度センサ４２は、ヒータコア３５（暖房装置３７）へのクーラントの入り口に設けられている。

【0030】

また、冷房用のエバポレータ（蒸発器）４４がヒータコア３５に近接して配置されている。エバポレータ４４は、冷却用の冷媒を循環させる冷媒循環ラインである第一冷媒循環ライン４５に設けられている。第一冷媒循環ライン４５は、冷媒を圧縮するコンプレッサ、圧縮された冷媒を冷却するコンデンサ、および、コンデンサを経た冷媒から不純物等を除去するレシーバ等を有する冷媒装置４６に接続されている。本実施の形態では、冷媒装置４６は、図示されないコントローラからの信号により制御される。また、第一冷媒循環ライン４５には、エバポレータ４４に供給されるクーラントの圧力および流量を調整する膨張弁４７がエバポレータ４４の上流側に設けられている。エバポレータ４４、第一冷媒循環ライン４５、冷媒装置４６、膨張弁４７、および、ファン３６により、キャブ２５内部を冷房する冷房装置４８が構成されている。

【0031】

また、キャブ２５の内部の温度つまり室温は、温度センサ４９により検出される。そして、温度センサ４２により検出された温度情報、オペレータ等により設定されたキャブ２５の内部の設定温度情報、図示されない外気温度情報、および、温度センサ４９により検出された温度情報等に応じて、例えばクーラントポンプ３４と、ファン３６と、ヒータ４１と、の少なくともいずれかに図示されないコントローラが信号を出力してこれらを制御するように構成されている。

【0032】

また、バッテリ熱管理システム２８は、クーラントの一部を利用し、このクーラントの温度を制御することにより、バッテリ２７を最適な温度に保つものである。

【0033】

バッテリ熱管理システム２８は、クーラントを循環させるクーラントライン５１を有する。クーラントライン５１には、クーラントをクーラントライン５１に送るクーラントポンプ５３が設けられている。本実施の形態において、クーラントポンプ５３は、電動モータにより駆動される電動ポンプである。また、クーラントライン５１の一部は、バッテリ２７に対し熱交換可能に近接配置されてクーラントポンプ５３から送られたクーラントが通過する熱交換ライン５４となっている。熱交換ライン５４とバッテリ２７とによりバッテリユニット５５が構成されている。

【0034】

クーラントライン５１を通過するクーラントは、膨張弁７５とチラー５６とから構成される冷却装置により冷却される。本実施の形態において、チラー５６は、冷媒装置４６から送り出される冷媒の一部を利用して膨張弁７５を介して冷却される。チラー５６は、第一冷媒循環ライン４５と並列に冷媒装置４６に接続された冷媒循環ラインである第二冷媒循環ライン５７がクーラントライン５１の一部に近接配置されて構成されている。

【0035】

そして、クーラントライン５１は、供給ライン５８，５９を介してクーラントライン３３と接続されている。供給ライン５８は、クーラントライン５１のバッテリユニット５５とチラー５６との間から分岐され、クーラントライン３３のヒータコア３５（暖房装置３７）と熱交換器４０との間に接続されている。また、供給ライン５９は、クーラントライン５１のチラー５６とクーラントポンプ５３との間から分岐され、クーラントライン３３のヒータ４１とクーラントポンプ３４との間に接続されている。そのため、バッテリ熱管理システム２８には、クーラントライン５１から空調システム２６の熱交換器４０にクーラントを送る回路と、チラー５６を介してクーラントポンプ５３に直接クーラントを戻す回路と、空調システム２６の熱交換器４０、または、熱交換器４０およびヒータ４１により温められたクーラントをクーラントライン５１のクーラントポンプ５３に戻す回路と、が構成されている。

【0036】

クーラントライン５１から熱交換器４０に送るクーラントの流量は、流量制御弁６０により制御される。流量制御弁６０は、例えば三方弁であり、クーラントライン５１を循環させるクーラントの流量とクーラントライン５１からクーラントライン３３（熱交換器４０）に送るクーラントの流量とを制御する。本実施の形態において、流量制御弁６０は、例えば電動三方弁である。

【0037】

さらに、クーラントライン５１には、クーラントの温度を検出する温度センサ６１が設けられている。本実施の形態では、温度センサ６１は、クーラントポンプ５３と熱交換ライン５４との間、すなわちバッテリユニット５５への冷媒の入り口に設けられている。例えば、温度センサ６１は、クーラントの温度を介して、バッテリ２７の温度を間接的に検出可能となっている。

【0038】

そして、温度センサ６１により検出された温度情報等に応じて、例えばクーラントポンプ５３と流量制御弁６０との少なくともいずれかに図示されないコントローラが信号を出力してこれらを制御するように構成されている。すなわち、温度センサ６１により検出された温度情報に応じて流量制御弁６０の開度がコントローラによって制御されることで、クーラントライン５１から供給ライン５８を介してクーラントライン３３に送られてクーラントライン３３の熱交換器４０、あるいは熱交換器４０およびヒータ４１により温められて供給ライン５９を介してクーラントライン５１に戻されるクーラントの流量が制御されるため、流量制御弁６０の開度に応じて、バッテリ熱管理システム２８のクーラントライン５１を循環するクーラントの温度が制御される。

【0039】

また、電気装置熱管理システム３０は、クーラントの一部を利用し、このクーラントの温度を制御することにより、電気装置２９を最適な温度に保つものである。

【0040】

電気装置熱管理システム３０は、クーラントを循環させるクーラントライン６３を有する。クーラントライン６３には、クーラントをクーラントライン６３に送るクーラントポンプ６５が設けられている。本実施の形態において、クーラントポンプ６５は、電動モータにより駆動される電動ポンプである。また、クーラントライン６３の一部は、電気装置２９に熱交換可能に近接配置されてクーラントポンプ６５から送られたクーラントが通過する熱交換ラインとなっている。

【0041】

クーラントライン６３を通過するクーラントは、冷却装置であるラジエータ６６により冷却される。ラジエータ６６は、クーラントライン６３に設けられたラジエータコア６７と、クーラントを冷却するための冷却風をラジエータコア６７に送るファン６８と、クーラントを貯留するとともにクーラントライン６３で膨張したクーラントの逃げ道となるリザーバタンクであるクーラントタンク６９と、を備える。本実施の形態において、ファン６８は、電動モータにより駆動される電動ファンである。

【0042】

そして、クーラントライン６３は、供給ライン７０，７１を介してクーラントライン５１と接続されている。供給ライン７０は、クーラントライン６３の電気装置２９とラジエータ６６との間から分岐され、クーラントライン５１のバッテリユニット５５と流量制御弁６０（チラー５６）との間に接続されている。供給ライン７０には、クーラントライン５１からクーラントライン６３へのクーラントの逆流を阻止するチェック弁７２が設けられている。また、供給ライン７１は、クーラントライン６３のラジエータ６６とクーラントポンプ６５との間から分岐され、クーラントライン５１のチラー５６とクーラントポンプ５３との間に接続されている。そのため、電気装置熱管理システム３０には、クーラントライン６３からバッテリ熱管理システム２８のチラー５６にクーラントを送る回路と、ラジエータ６６を介してクーラントポンプ６５に直接クーラントを戻す回路と、バッテリ熱管理システム２８のチラー５６により冷却されたクーラントをクーラントライン６３のクーラントポンプ６５に戻す回路と、が構成されている。

【0043】

クーラントライン６３からチラー５６に送るクーラントの流量は、流量制御弁７３により制御される。流量制御弁７３は、例えば三方弁であり、クーラントライン６３を循環させるクーラントの流量とクーラントライン６３からクーラントライン５１（チラー５６）に送るクーラントの流量とを制御する。したがって、流量制御弁７３，６０により、電気装置熱管理システム３０、バッテリ熱管理システム２８、および、空調システム２６間で、互いにクーラントを送りあうことが可能となっている。本実施の形態において、流量制御弁７３は、例えば電動三方弁である。

【0044】

さらに、クーラントライン６３には、クーラントの温度を検出する温度センサ７４が設けられている。本実施の形態では、温度センサ７４は、クーラントポンプ６５と熱交換ラインとの間、すなわち電気装置２９への冷媒の入り口に設けられている。例えば、温度センサ７４は、クーラントの温度を介して、電気装置２９の温度を間接的に検出可能となっている。

【0045】

そして、温度センサ７４により検出された温度情報等に応じて、例えばクーラントポンプ６５と、流量制御弁７３と、ラジエータ６６のファン６８と、の少なくともいずれかに図示されないコントローラが信号を出力してこれらを制御するように構成されている。すなわち、温度センサ７４により検出された温度情報に応じて流量制御弁７３の開度がコントローラによって制御されることで、クーラントライン６３から供給ライン７０を介してクーラントライン５１に送られてバッテリユニット５５においてバッテリ２７の排熱により温められたりチラー５６により冷却されたりして供給ライン７１を介してクーラントライン６３に戻されるクーラントの流量が制御される。また、温度センサ７４により検出された温度情報に応じてバッテリ熱管理システム２８の流量制御弁６０の開度がコントローラによって制御されることで、クーラントライン６３から供給ライン７０を介してクーラントライン５１を経て供給ライン５８を介して空調システム２６に送られて熱交換器４０、あるいは熱交換器４０およびヒータ４１により温められて供給ライン５９を介してクーラントライン５１からさらに供給ライン７１を介してクーラントライン６３に戻されるクーラントの流量が制御される。したがって、流量制御弁７３，６０の開度に応じて、電気装置熱管理システム３０のクーラントライン６３を循環するクーラントの温度が制御される。

【0046】

次に、図示された実施の形態の動作を説明する。

【0047】

温度管理システム３１は、例えば、春季あるいは秋季等では、図２に示されるように、バッテリ熱管理システム２８と、電気装置熱管理システム３０と、が個々にクーラントを循環させ、バッテリ２７と、電気装置２９と、の温度を調整する。なお、空調システム２６は、必要に応じて、コントローラがクーラントポンプ３４、ファン３６、ヒータ４１、冷媒装置４６に信号を出力して、暖房装置３７または冷房装置４８を用いてもよいし、これらを停止させてもよい。

【0048】

バッテリ熱管理システム２８では、温度センサ６１により検出された温度情報によってバッテリ２７の温度が所定温度よりも高くなったと判断した場合、コントローラが、流量制御弁６０に信号を出力して流量制御弁６０を閉じるとともに、クーラントポンプ５３および冷媒装置４６に信号を出力してこれらをそれぞれ駆動させ、第二冷媒循環ライン５７を介してチラー５６に冷媒を供給して、クーラントライン５１を循環するクーラントをチラー５６によって冷却することで、熱交換ライン５４の位置で熱交換ライン５４とバッテリ２７とを熱交換させ、バッテリ２７を最適な温度に保つ。

【0049】

電気装置熱管理システム３０では、温度センサ７４により検出された温度情報によって電気装置２９の温度が所定温度よりも高くなったと判断した場合、コントローラが、流量制御弁７３に信号を出力して流量制御弁７３を閉じるとともに、クーラントポンプ６５およびラジエータ６６のファン６８に信号を出力してこれらを駆動させ、クーラントライン６３を循環するクーラントを、ファン６８により送気されるラジエータコア６７を通過させることによって冷却することで、熱交換ラインの位置で熱交換ラインと電気装置２９とを熱交換させ、電気装置２９を適切な温度に保つ。つまり、空調システム２６を利用しない時期であれば、外気温すなわちラジエータ６６の周囲温度が高くないため、ラジエータ６６によるクーラントの冷却によって電気装置２９の冷却を十分に賄うことが可能である。

【0050】

また、温度管理システム３１は、例えば冬季等の外気温が低い時期では、図３に示されるように、空調システム２６の暖房装置３７を主として用い、バッテリ熱管理システム２８が必要に応じて空調システム２６の熱交換器４０、あるいは熱交換器４０およびヒータ４１を利用してバッテリ２７を温め、電気装置熱管理システム３０が個別にクーラントを循環させて電気装置２９の温度を調整し、必要に応じて電気装置熱管理システム３０の熱をバッテリ熱管理システム２８に利用する。

【0051】

空調システム２６では、コントローラがクーラントポンプ３４に信号を出力してクーラントポンプ３４を駆動させ、熱交換器４０を利用して高温の作動油の排熱を回収してクーラントの温度を上げる。また、例えば温度センサ２４により検出される作動油の温度が低い場合等、作動油の排熱による温めだけでは不十分な場合には、コントローラがヒータ４１に信号を出力してヒータ４１を駆動させることで、クーラントの温度を上げる。そして、コントローラは、信号によりファン３６を駆動させて、ヒータコア３５の位置でクーラントにより温められた空気すなわち暖気をキャブ２５内部に送り込む。コントローラは、温度センサ４９により検出される温度情報によりキャブ２５内部の温度を監視し、温度センサ４２により検出される温度情報によりクーラントの温度を監視しつつ、クーラントポンプ３４、ヒータ４１、および、ファン３６を制御することで、キャブ２５内部の温度を所定の設定温度に保つ。

【0052】

また、バッテリ熱管理システム２８では、温度センサ６１により検出された温度情報によってバッテリ２７の温度が所定温度より低いと判断した場合、コントローラが、温度センサ６１により検出された温度情報に応じて信号を出力して流量制御弁６０の開度を制御するとともに、クーラントポンプ５３に信号を出力してクーラントポンプ５３を駆動させ、クーラントライン５１から供給ライン５８を介して空調システム２６のクーラントライン３３にクーラントを送って、クーラントライン３３を循環するクーラントとともに熱交換器４０、あるいは熱交換器４０およびヒータ４１を利用して高温の作動油の熱を回収してクーラントの温度を上げる。温度を上げたクーラントは、一部がクーラントポンプ３４に供給されてクーラントライン３３で循環されるとともに、残りの他部が供給ライン５９を介してバッテリ熱管理システム２８のクーラントライン５１において流量制御弁６０で分流されチラー５６を介してクーラントポンプ５３に戻るクーラントと合流し、クーラントポンプ５３からクーラントライン５１にてバッテリユニット５５に送られて、熱交換ライン５４の位置でバッテリ２７と熱交換させ、バッテリ２７を温める。

【0053】

なお、熱交換器４０では、作業中等、流体圧回路２においてメインポンプ４，５が動作しているときには、コントロールバルブ７からタンク３への戻り油の一部を背圧チェック弁１４の上流側から分流ライン１８に分流して利用する。また、熱交換器４０では、作業を停止しているとき等、流体圧回路２においてメインポンプ４，５が動作していないときには、コントローラが信号を電動モータ２２に出力して電動モータ２２を駆動させ、ポンプ２１を介してタンク３から作動油を分流ライン１８に送り込んで利用する。分流ライン１８を通過した油は、オイルクーラ１５を介してタンク３へと排出される。

【0054】

電気装置熱管理システム３０では、温度センサ７４により検出された温度情報によって電気装置２９の温度が所定温度よりも高いと判断した場合、コントローラが、流量制御弁７３に信号を出力して流量制御弁７３を閉じるとともに、クーラントポンプ６５およびラジエータ６６のファン６８に信号を出力してこれらを駆動させ、クーラントライン６３を循環するクーラントを、ファン６８により送気されるラジエータコア６７を通過させることによって冷却することで、熱交換ラインの位置で熱交換ラインと電気装置２９とを熱交換させ、電気装置２９を適切な温度に保つ。流量制御弁６０，７３の開度を制御することで、電気装置２９の熱をバッテリ熱管理システム２８に利用することも可能である。

【0055】

また、温度管理システム３１は、例えば夏季等の気温が高い時期では、図４に示されるように、空調システム２６の冷房装置４８を主として用い、バッテリ熱管理システム２８が必要に応じて冷房装置４８に用いられる冷媒の一部を利用してバッテリ２７を冷却し、電気装置熱管理システム３０が単独で、または、バッテリ熱管理システム２８のチラー５６を利用して、電気装置２９を冷却する。

【0056】

空調システム２６では、コントローラが、クーラントポンプ３４に信号を出力してクーラントポンプ３４を停止させるとともに、ファン３６および冷媒装置４６に信号を出力してこれらを駆動させ、エバポレータ４４の作用により冷却された空気すなわち冷気をキャブ２５内部に送り込む。コントローラは、温度センサ４９により検出される温度情報によりキャブ２５内部の温度を監視し、温度センサ４２により検出されるクーラントの温度を監視しつつ、ファン３６および冷媒装置４６を制御することで、キャブ２５内部の温度を所定の設定温度に保つ。

【0057】

また、バッテリ熱管理システム２８では、温度センサ６１により検出された温度情報によってバッテリ２７の温度が所定温度より高いと判断した場合、コントローラが、流量制御弁６０に信号を出力して流量制御弁６０を閉じるとともに、クーラントポンプ５３および冷媒装置４６に信号を出力してこれらを駆動させ、チラー５６を利用してクーラントの温度を下げる。温度を下げたクーラントは、クーラントポンプ５３に供給され、クーラントポンプ５３からクーラントライン５１にてバッテリユニット５５に送られて、熱交換ライン５４の位置でバッテリ２７と熱交換させ、バッテリ２７を冷却する。

【0058】

電気装置熱管理システム３０では、温度センサ７４により検出された温度情報によって電気装置２９の温度が所定温度より高いと判断した場合、ラジエータ６６により電気装置２９を冷却できるときには、春季または秋季、あるいは冬季と同様に単独で動作する。すなわち、電気装置熱管理システム３０では、コントローラが、流量制御弁７３に信号を出力して流量制御弁７３を閉じるとともに、クーラントポンプ６５およびラジエータ６６のファン６８に信号を出力してこれらを駆動させ、クーラントライン６３を循環するクーラントを、ファン６８により送気されるラジエータコア６７を通過させることによって冷却することで、熱交換ラインの位置で熱交換ラインと電気装置２９とを熱交換させ、電気装置２９を冷却して適切な温度に保つ。

【0059】

また、例えば酷暑や高温地域での作業等の周囲温度が所定温度より高い場合等には、ラジエータ６６による電気装置２９の冷却が不十分となることが想定される。そこで、電気装置熱管理システム３０では、コントローラが、温度センサ７４により検出された温度情報に応じて信号を出力して流量制御弁７３の開度を制御するとともに、クーラントポンプ６５に信号を出力してクーラントポンプ６５を駆動させ、電気装置熱管理システム３０のクーラントライン６３から供給ライン７０を介してバッテリ熱管理システム２８のクーラントライン５１にクーラントを送って、クーラントライン５１を循環するクーラントとともにチラー５６を利用して冷媒によりクーラントの温度を下げる。温度を下げたクーラントは、一部がクーラントポンプ５３に供給されてクーラントライン５１で循環されるとともに、残りの他部が供給ライン７１を介して電気装置熱管理システム３０のクーラントライン６３において流量制御弁７３で分流されラジエータ６６を介してクーラントポンプ６５に戻るクーラントと合流し、クーラントポンプ６５からクーラントライン６３にて電気装置２９に送られて、熱交換ラインの位置で電気装置２９と熱交換させ、電気装置２９を冷却する。

【0060】

上述したように、上記一実施の形態によれば、作動油をタンク３へ戻すリターンライン１２に設けた背圧チェック弁１４よりも上流側から分流ライン１８により戻り油の一部を分流して、その分流ライン１８と暖房装置３７のクーラントを循環させるクーラントライン３３との間で熱交換器４０を構成することにより、熱交換器４０の流路抵抗に起因する背圧の増加を防止しつつ、作動油の熱を有効に利用して暖房装置３７でキャブ２５内部を省電力で暖房できる。したがって、背圧の増加に起因する流体圧アクチュエータの作動、つまり流体圧アクチュエータにより作動される作業装置の操作性等への影響を抑制しつつ省電力で暖房できる作業機械１を提供できる。

【0061】

特に、バッテリ２７を電源とする電動式の作業機械の場合、暖房装置３７のクーラントを温めるためにヒータ４１を用いる頻度が高くなると、バッテリ２７の消費電力が増加することから、特に冬季等、暖房装置３７の使用頻度が高い時期においては、バッテリ２７の消費電力増加のために運転時間が短くなる。そこで、本実施の形態では、作動油の熱を回収して暖房装置３７のクーラントの温めに利用することで、クーラントを温めるためのヒータ４１の使用頻度を低減でき、運転時間を確保できる。

【0062】

タンク３から分流ライン１８に亘り補助ライン２０を接続し、この補助ライン２０に設けたポンプ２１を電動モータ２２で動作させることにより、例えば作業停止中等、メインポンプ４，５が稼働せずに作動油がリターンライン１２を流れていない状態であっても、補助ライン２０を利用して熱交換器４０に作動油を送ることができるので、クーラントを温める熱源を得ることができる。

【0063】

クーラントライン３３にヒータ４１を設けたことで、作動油の温度が低い状態であっても、ヒータ４１を用いてクーラントを温めることができる。しかも、熱交換器４０による作動油の排熱を併用するため、ヒータ４１単独でクーラントを温める場合と比較して、ヒータ４１の使用頻度は低くて済み、消費電力の増加を抑えることができる。

【0064】

バッテリ２７の温度を調整するバッテリ熱管理システム２８に用いられるクーラントライン５１と、暖房装置３７のクーラントライン３３と、の間に、バッテリ熱管理システム２８のクーラントライン５１のクーラントの一部を暖房装置３７のクーラントライン３３に供給する供給ライン５８を設けることで、作動油の熱を回収して温められたクーラントを、バッテリ２７を温めることにも利用できる。

【0065】

また、流量制御弁６０の開度を調整することにより、バッテリ熱管理システム２８のクーラントライン５１を空調システム２６のクーラントライン３３と接続してクーラントを共用できるので、例えばバッテリ２７から発生した熱を、チラー５６で放熱するだけでなく、流量制御弁６０を開くことで、キャブ２５の暖房として用いることが可能となる。

【0066】

さらに、バッテリ熱管理システム２８に用いられるクーラントを循環させるクーラントライン５１と、電気装置２９の温度を調整する電気装置熱管理システム３０に用いられるクーラントを循環させるクーラントライン６３と、の間に、電気装置熱管理システム３０のクーラントライン６３のクーラントの一部をバッテリ熱管理システム２８のクーラントライン５１に供給する供給ライン７０を設けることで、電気装置熱管理システム３０とバッテリ熱管理システム２８との間で熱交換ができ、例えば冬場は電気装置熱管理システム３０の熱でバッテリ２７を温めることができ、夏場はバッテリ熱管理システム２８の冷えたクーラントを利用して電気装置２９を冷やすことができる。

【0067】

そして、流量制御弁７３，６０の開度を調整することにより、電気装置熱管理システム３０のクーラントライン６３を空調システム２６のクーラントライン３３と接続してクーラントを共用できるので、例えば電気装置２９から発生した熱を、ラジエータ６６で放熱するだけでなく、流量制御弁７３、あるいは流量制御弁７３，６０を開くことで、バッテリ２７の加温やキャブ２５の暖房としても用いることが可能となる。

【0068】

すなわち、本実施の形態によれば、流量制御弁６０，７３の開度の調整によってクーラントをクーラントライン３３、クーラントライン５１、および、クーラントライン６３間で互いに行き来させることにより、作動油の排熱、ヒータ４１による加熱、バッテリ２７の排熱、および、電気装置２９の排熱を、空調システム２６、バッテリ熱管理システム２８、および、電気装置熱管理システム３０間で互いに融通し合うことが可能となり、暖房やバッテリ２７、電気装置２９の熱管理が可能になる。

【0069】

電気装置熱管理システム３０は、電気装置２９をラジエータ６６により冷却しているが、酷暑や高温地域等、ラジエータ６６による冷却が不十分または困難な場合であっても、流量制御弁７３の開度を調整してクーラントをバッテリ熱管理システム２８のクーラントライン５１に送り、チラー５６によって冷却したクーラントを電気装置熱管理システム３０に戻すことによって、電気装置２９を冷却できるので、酷暑や高温地域等でも作業機械１を運転可能となる。

【産業上の利用可能性】

【0070】

本発明は、温度管理システム、および、それを備える作業機械等の製造業、販売業等に携わる事業者にとって産業上の利用可能性がある。

【符号の説明】

【0071】

１ 作業機械
３ タンク
１２ リターンライン
１４ 背圧チェック弁
１８ 分流ライン
２０ 補助ライン
２１ ポンプ
２２ 電動モータ
２５ キャブ
２７ バッテリ
２８ バッテリ熱管理システム
２９ 電気装置
３０ 電気装置熱管理システム
３１ 温度管理システム
３３，５１，６３ クーラントライン
３７ 暖房装置
４０ 熱交換器
５８，７０ 供給ライン

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】