JP2019132130A - エクスパンションタンク - Google Patents

Abstract

【課題】エンジン冷却装置に対する注水の作業性と気液分離性能を両立させることができるエクスパンションタンクを提供する。【解決手段】エンジン冷却装置に接続され、冷却装置を循環する冷却水から空気を分離する密閉型のエクスパンションタンク３０において、タンク本体３５と、水位基準線４３よりも下側に連通穴４４を有しタンク本体３５の内部を複数の分離室３６ａ〜３６ｆに仕切る複数の隔壁４２と、分離室３６ａに対して水位基準線４３よりも下側の位置で接続された流入ポート３４と、分離室３６ａ以外の分離室３６ｅに対して水位基準線４３よりも下側の位置で接続された流出ポート３３と、分離室３６ａ以外の分離室に設けられた注水口３１と、分離室３６ａを区画する隔壁４２の連通穴４４に設けた逆流防止機構３８とを備えたことを特徴とする。【選択図】 図３

Description

本発明は、エンジン冷却装置に接続する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、エンジン等の原動機を冷却するためにラジエータ等を備えた水冷式の冷却装置が搭載されている。冷却装置には、冷却水の熱膨張による体積変化に対応する空気バネとして内部に空気室を持つ密閉式のエクスパンションタンク（リザーブタンクと称されることもある）が接続される場合がある（特許文献１，２等参照）。

特許３８６７６０７号公報 特許４４９７０８４号公報

近年、流路長の増加等を理由に冷却装置内に空気が溜まり易くなってきており、冷却効率の低下抑制のために冷却装置のエア抜きの重要性が高まってきている。そこで、冷却装置を流れる冷却水を流入ポートからエクスパンションタンクに導いて冷却水から空気を分離して空気室に収集（気液分離）し、空気を分離した冷却水を流出ポートから冷却装置に戻すシステムが検討されている。エクスパンションタンクには、流入ポートを水位基準線より高位置に配置する方式（気室戻し方式）と水位基準線より低位置に配置する方式（水室戻し方式）がある。

気室戻し方式では、新車組立時や冷却水交換時等、冷却装置に注水する際、流出ポートを介してエクスパンションタンクから冷却装置に冷却水が供給されるのに伴って冷却装置の空気が流入ポートを介してエクスパンションタンクに排出される。流入ポートが空気室に開口しているからである。冷却装置からエクスパンションタンクの空気室に導かれた空気は、注水口を介してエクスパンションタンクから排出される。ただ気室戻し方式の場合、注水が容易である一方で、エンジン稼働中はエクスパンションタンクに流入した冷却水が空気室に噴出した後で水面に落下するので、噴出及び落下の際に冷却水に空気が混入し易く気液分離性能に課題がある。また、エンジンが停止して冷却水の循環が止まると、エクスパンションタンクから一部の空気が冷却装置に逆流し、エンジン停止直後のエンジン冷却効果が低下する場合がある。

他方、流入ポートが水位基準線よりも低位置にある水室戻し方式では、エンジン稼働中に冷却装置を循環する冷却装置はエクスパンションタンクの水面下に導かれるため気液分離性能に優れる。しかしその一方で、冷却装置に注水する際には、流入ポートが冠水してしまうと冷却装置内の空気がエクスパンションタンクに円滑に導かれず、注水作業の効率が低下する課題がある。

本発明は上述した従来技術の課題に鑑みなされたもので、エンジン冷却装置に対する注水の作業性と気液分離性能を両立させ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を目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、原動機の冷却装置に接続され、前記冷却装置を循環する冷却水から空気を分離する密閉型のエクスパンションタンクにおいて、タンク本体と、前記タンク本体の設定水位である水位基準線よりも下側に連通穴を有すると共に上下に延び、前記タンク本体の内部を複数の分離室に仕切る隔壁と、前記冷却装置から前記タンク本体への冷却水の入口であって、前記複数の分離室のうちの１つである入口分離室に対して前記水位基準線よりも下側の位置で接続された流入ポートと、前記タンク本体から前記冷却装置への冷却水の出口であって、前記複数の分離室のうちの前記入口分離室以外の分離室である出口分離室に対して前記水位基準線よりも下側の位置で接続された流出ポートと、前記複数の分離室のうちの前記入口分離室以外の分離室に設けられた注水口と、前記入口分離室を区画する前記隔壁の前記連通穴又は前記流入ポートに設けられ、前記流入ポートから前記流出ポートに向かう冷却水の流れの逆流を防止する逆流防止機構とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、エンジン冷却装置に対する注水の作業性と気液分離性能を両立させることができる。

本発明の第１実施形態に係るエクスパンションタンクを適用する建設機械の一例である油圧ショベルの外観を表す側面図である。 図１の油圧ショベルに備えられたエンジン冷却装置の模式図である。 本発明の第１実施形態に係るエクスパンションタンクの側面図平面図である。 本発明の第１実施形態に係るエクスパンションタンクの平面図である。 第１比較例に係るエクスパンションタンクの側面図である。 第２比較例に係るエクスパンションタンクの側面図である。 本発明の第２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。 本発明の第２実施形態に係るエクスパンションタンクの平面図である。

以下に図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。

（第１実施形態）
１．建設機械
本実施形態では、建設機械としてクローラ式の油圧ショベルに本発明に係るエクスパンションタンクを適用した例を説明する。但し、燃料を燃焼させて動力を発生させる内燃機関であるエンジン等の原動機とその冷却装置を備える建設機械であれば、本発明に係るエクスパンションタンクはクローラ式の油圧ショベル以外にも広く適用できる。例えばクレーン、ホイールローダ、トラクタ等の用途の異なる建設機械、ホイール式等のクローラ式以外の建設機械、或いは原動機の他の例である電動機で油圧ポンプを駆動する電動ショベル等のエンジン駆動式以外の建設機械にも適用可能である。

図１は本発明の第１実施形態に係るエクスパンションタンクを適用する建設機械の一例である油圧ショベルの外観を表す側面図である。以降、運転席に着いたオペレータの前側（図１中の左側）、後側（同右側）、左側（同紙面直交方向手前側）、右側（同紙面直交方向奥側）を油圧ショベル１の前、後、左、右とし、それぞれ単に前側、後側、左側、右側と記載する。

図１に示した油圧ショベル１は、走行体２、この走行体２上に旋回可能に搭載された旋回体４、土砂の掘削作業等を行う作業装置５を備えている。

走行体２は、左右のクローラフレーム２１、左右のクローラフレーム２１にそれぞれ掛け回された無限軌道の左右の履帯２２、左右の履帯２２をそれぞれ駆動する左右の走行用油圧モータ２３を有する。

旋回体４は、旋回フレーム６、キャブ７、カウンタウェイト８等を備えている。旋回フレーム６は旋回体４のベースフレームであり、旋回装置３を介して走行体２上に旋回可能に設けられている。キャブ７は旋回フレーム６の前部左側に設けた運転室であり、オペレータが座る運転席７１、各油圧アクチュエータを操作するための操作レバー（図示せず）等を内部に有している。カウンタウェイト８は作業装置５との重量バランスをとるための錘であり、旋回フレーム６の後端部に取り付けられている。旋回フレーム６の後部（キャブ７とカウンタウェイト８の間）には、外装カバー１１等で区画された機械室２５が配置されている。機械室２５には、原動機としてのエンジン９（図２参照）やエンジン冷却装置９０（図２参照）の他、図示していないが、エンジン９で駆動される油圧ポンプ、油圧ポンプから各油圧アクチュエータに供給される圧油の流れを制御する制御弁等が備えられている。外装カバー１１には縦長の複数の孔からなる流入口１３が形成されており、流入口１３を介して機械室２５に吸気されるようになっている。

作業装置５は、ブーム５Ａ、アーム５Ｂ、バケット５Ｃ、ブームシリンダ５Ｄ、アームシリンダ５Ｅ、バケットシリンダ５Ｆを備えている。ブーム５Ａは、旋回フレーム６の前部右側に上下に回動可能に連結されている。アーム５Ｂはブーム５Ａの先端に回動可能に、バケット５Ｃはアーム５Ｂの先端に、それぞれ回動可能に取り付けられている。ブームシリンダ５Ｄの両端はブーム５Ａと旋回フレーム６とに連結され、ブームシリンダ５Ｄの伸縮に伴ってブーム５Ａが上下に揺動する。アームシリンダ５Ｅの両端はアーム５Ｂとブーム５Ａとに連結され、アームシリンダ５Ｅの伸縮に伴ってアーム５Ｂが前後に揺動する。バケットシリンダ５Ｆの両端はバケット５Ｃに連結されたリンクとアーム５Ｂとに連結され、バケットシリンダ５Ｆの伸縮に伴ってバケット５Ｃが回動する。

２．エンジン冷却装置
図２は図１の油圧ショベルに備えられたエンジン冷却装置の模式図である。エンジン冷却装置９０（以下、冷却装置９０と記載する）は、ラジエータ８０、ウォーターポンプ９１、サーモスタット９２、ウォータージャケット９３、ＥＧＲクーラ９４等を備えている。図２中で要素間を繋ぐ太線矢印は、冷却水の流路及び流れ方向を示している。

ラジエータ８０は、アッパータンク８０Ａ、ラジエータコア８０Ｂ、ロアータンク８０Ｃを備えている。アッパータンク８０Ａはアッパーライン５０（ホース等）を介してエンジン９に接続され、エンジン９からの冷却水がアッパータンク８０Ａに流入するようになっている。ラジエータコア８０Ｂはアッパータンク８０Ａの下側に接続され、図示しない複数の冷却水細管及び放熱フィンを有しており、アッパータンク８０Ａに流入した冷却水を冷却ファン１０で発生させた冷却風と熱交換して冷却する。ロアータンク８０Ｃはラジエータコア８０Ｂの下側に接続されると共にロアーライン５１（ホース等）を介してエンジン９に接続され、ロアーライン５１を介してラジエータコア８０Ｂで冷却された冷却水をエンジン９に供給する。冷却ファン１０は電動機１２で駆動される構成であるが、エンジン９で駆動する構成とすることもある。

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、エンジン９に供給される冷却水を吸い込んでウォータージャケット９３及びＥＧＲクーラ９４に向けて吐出し、冷却装置９０の回路内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（不図示）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（不図示）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）を冷却水と熱交換させて冷却する。冷却されたＥＧＲガスは、吸入空気と混合されてシリンダ内に導入される。ＥＧＲクーラ９４及びこれに関連する冷却系は省略可能である。

サーモスタット９２はアッパーライン５０とロアーライン５１を接続するバイパスライン５３に設けられた温度式の弁装置であり、エンジン９の温度が所定範囲に収まるように、冷却水温度に応じてバイパスライン５３に流す流量を調整する。サーモスタット９２は例えば温度計と駆動部を備えており、温度計で計測された冷却水温度が設定温度以上の場合に駆動部により弁開度を下げ、設定温度未満の場合に弁開度を上げる。弁開度が下がればラジエータ８０を経由してエンジン９に供給される冷却水量が増え、弁開度が上がればラジエータ８０をバイパスしてエンジン９に供給される冷却水量が増える。

３．エクスパンションタンク
エクスパンションタンク３０（以下、タンク３０と記載する）は気液分離機能と空気バネ機能を有する密閉式のリザーブタンクであり、エア抜き配管５２及びメイクアップ配管５４を介して冷却装置９０にループ状に接続されている。このタンク３０の気液分離機能は、冷却装置９０を循環する冷却水を取り込んで冷却水から空気を取り除くことに寄与する。空気バネ機能は、内部の空気室を利用したものであり、冷却水の熱膨張による体積変化に伴う冷却装置９０の内部圧力の変動を吸収することに寄与する。以降、冷却水の交換又は補充のためにタンク３０を介して冷却装置９０に冷却水を注ぎ入れることを「注水」、タンク３０から冷却装置９０に冷却水が供給されることを「給水」と言い分ける。

図３はタンク３０の側面図、図４は平面図である。図３及び図４に示したように、タンク３０は、タンク本体３５、隔壁４２、流入ポート３４、流出ポート３３、注水口３１、逆流防止機構３８を備えている。続いて各要素について説明してゆく。

・タンク本体
タンク本体３５は水位が目視確認できるように半透明の樹脂等で形成されたタンク３０の外壁であり、形状は特に限定されないが本実施形態では角部をＲ形状とした直方体状である。タンク本体３５は隔壁４２を形成するために上側ハウジング３５Ａ及び下側ハウジング３５Ｂからなる上下二分割構造が採用されている。上側ハウジング３５Ａ及び下側ハウジング３５Ｂは、それぞれ隔壁４２と共に一体に成形され、フランジ３５Ｃで互いに繋ぎ合せてある。本実施形態では、上側ハウジング３５Ａと下側ハウジング３５Ｂの境界部を、油圧ショベル１が水平姿勢であるとき（例えば水平面に接地しているとき）のタンク本体３５の設定水位である水位基準線４３として設定している。但し、水位基準線４３はタンク３０の大きさ等によって任意に設定可能であり、必要であれば設定水位である旨の表記と共に表示することもできるし、設定水位の上限及び下限を示す２本のラインを表示する態様としても良い。水位基準線４３は保守作業者によるタンク３０内の水位の適切な管理に役立ち、タンク３０の適切な気液分離機能と空気バネ機能の維持に寄与する。

なお、水位基準線４３が冷却装置９０の最上部（厳密には冷却装置９０の内部の冷却水回路の最上部）よりも高くなるように、タンク３０は配置してある。

・隔壁
隔壁４２は上下に延びる仕切り壁であり、前後左右に隣り合う四角柱状の複数（本実施形態では６個）の分離室３６ａ〜３６ｆにタンク本体３５の内部を仕切っている。各隔壁４２は、上側ハウジング３５Ａと一体成型された上半部、及び下側ハウジング３５Ｂと一体成型された下半部からなり、上側ハウジング３５Ａと下側ハウジング３５Ｂを接合することで上半部と下半部が繋がる構造である。分離室３６ａ，３６ｂを隔てる隔壁４２は水位基準線４３よりも下側の位置に冷却水用連通穴４４を有しており、分離室３６ａ，３６ｂは水位基準線４３よりも下側で冷却水用連通穴４４によって互いに連通している。分離室３６ｂ，３６ｃ、分離室３６ｃ，３６ｄ、分離室３６ｄ，３６ｅ、分離室３６ｅ，３６ｆも同様にそれぞれ水位基準線４３よりも下側で冷却水用連通穴４４によって互いに連通している。分離室３６ｂ，３６ｅを隔てる隔壁４２、及び分離室３６ａ，３６ｆを隔てる隔壁４２には冷却水用連通穴４４は設けられていない。また、分離室３６ａ〜３６ｆは、隔壁４２の水位基準線４３よりも上側の位置に形成された空気用連通穴４５を介して隣り合う少なくとも１つの分離室と連通している。

本実施形態では、タンク３０の内部の冷却水は、分離室３６ａ→分離室３６ｂ→分離室３６ｃ→分離室３６ｄ→分離室３６ｆと移動していく。このようにタンク本体３５の内部を複数の分離室３６ａ〜３６ｆに仕切ることで、タンク３０の内部の冷却水を分離室３６ａ〜３６ｆに順次緩やかに移動させ、気液分離が促進される。また、各分離室３６ａ〜３６ｆの水位基準線４３よりも上側の空間（空気室）が前述した空気バネ機能を果たす。

・流入ポート
流入ポート３４は、冷却装置９０からタンク本体３５への冷却水の入口である。本実施形態ではエア抜き配管５２を介してラジエータ８０のアッパータンク８０Ａと流入ポート３４とを接続した例を挙げているが、エア抜き配管５２でエンジン９又はアッパーライン５０と流入ポート３４とを接続する構成とすることもある。流入ポート３４は、本実施形態ではタンク本体３５の側面に接続しており、水位基準線４３よりも下側の位置で複数の分離室３６ａ〜３６ｆのうちの１つ、本実施形態では分離室３６ａに開口している。以降、流入ポート３４が接続された分離室３６ａを「入口分離室３６ａ」と記載する場合がある。

また、入口分離室３６ａに対する流入ポート３４の設置位置は変更可能であるが、注水後は場面によらず流入ポート３４が冠水していることが望ましい。そこで、油圧ショベル１が水平姿勢である場合に水位基準線４３に水位が一致する冷却水量がタンク本体３５に貯留されているとしたとき、油圧ショベル１がいずれの方向に傾斜しても、油圧ショベル１の傾斜角度が予め設定された最大許容傾斜角を超えない範囲ではタンク本体３５内の冷却水の水面より上側に露出しない位置に、流入ポート３４を設置することが望ましい。最大許容傾斜角とは、例えばエンジン９のオイルパンからオイルが流出しない範囲で油圧ショベル１に対して予め設定された角度である。

・流出ポート
流出ポート３３は、タンク本体３５から冷却装置９０への冷却水の出口である。本実施形態ではメイクアップ配管５４を介してロアーライン５１と流入ポート３４とを接続した例を挙げているが、メイクアップ配管５４でラジエータ８０のロアータンク８０Ｃと流出ポート３３とを接続する構成とすることもある。流出ポート３３は、複数の分離室３６ａ〜３６ｆのうちの１つであって入口分離室３６ａ以外の分離室、本実施形態では分離室３６ｅに水位基準線４３よりも下側の位置で開口している。本実施形態では分離室３６ｅの底面に流出ポート３３が開口した構成を例示しているが、側面に流出ポート３３が開口した構成としても良い。以降、流出ポート３３が接続された分離室３６ｅを「出口分離室３６ｅ」と記載する場合がある。

・注水口
注水口３１は、タンク３０に注水するための開口部であり、分離室３６ａ〜３６ｆのうちの入口分離室３６ａ以外の分離室、本実施形態では出口分離室３６ｅの水位基準線４３よりも上側の位置（例えば天面）に設けられている。この注水口３１には、タンク３０の内部の空気圧を調整可能な圧力弁付きのキャップ３２が注水時を除いて取り付けられ、タンク３０内の圧力が適切に保たれる構造となっている。注水後にキャップ３２を締めることでタンク３０が密閉される。圧力弁はキャップ３２に代えてタンク３０の上部に設けても良い。

・逆流防止機構
逆流防止機構３８は入口分離室３６ａにおいて流入ポート３４から流出ポート３３に向かう冷却水の流れの逆流を防止する機構であり、代表的には逆止弁を用いることができる。本実施形態では、逆流防止機構３８は、入口分離室３６ａを区画する（分離室３６ａ，３６ｂを隔てる）隔壁４２に設けた冷却水用連通穴４４に設けられている。この逆流防止機構３８を設置したことにより、分離室３６ａ，３６ｂ間では、入口分離室３６ａから分離室３６ｂへの移動のみが許容され、分離室３６ｂから入口分離室３６ａへの冷却水の移動が妨げられる。

４．動作
・エンジン稼働時
エンジン９の稼働中、ウォーターポンプ９１によりエンジン９のウォータージャケット９３等の冷却水回路に冷却水が送り込まれ、エンジン９の冷却水回路内の空気は冷却水と共にアッパーライン５０を介してラジエータ８０のアッパータンク８０Ａに排出される。アッパータンク８０Ａに導入された冷却水は、ラジエータコア８０Ｂで冷却され、ロアータンク８０Ｃ及びロアーライン５１を流通して再びウォーターポンプ９１に吸い込まれる。アッパーライン５０からラジエータ８０に送り込まれる冷却水量の割合は、サーモスタット９２によって冷却水温度に応じて調整される。

このとき、ラジエータ８０のアッパータンク８０Ａに導入された冷却水の一部は、含有する空気と共にエア抜き配管５２及び流入ポート３４を介してタンク３０に常時圧送される。他方、冷却装置９０の内部の冷却水の不足分が、流出ポート３３及びメイクアップ配管５４を介して冷却装置９０に供給される。タンク３０の内部では、冷却水用連通穴４４を介して分離室３６ａ〜３６ｆを冷却水が順次移動する過程で気液分離が進行し、空気と分離された冷却水が流出ポート３３を介して冷却装置９０に供給される。冷却水から分離された空気は、空気室（分離室３６ａ〜３６ｆの水位基準線４３より上側の空間）に収集される。空気用連通穴４５を介した分離室３６ａ〜３６ｆ間の空気の移動は自由である。

・注水時
油圧ショベル１の組立作業やメンテナンスに際して冷却装置９０に注水する場合には、キャップ３２を外して注水口３１からタンク３０に冷却水を注ぎ入れる。注水口３１から注がれた冷却水は、流出ポート３３を介して冷却装置９０に供給される。その他、流出ポート３３を介して冷却装置９０に供給される流量よりも注水口３１から注ぎ入れられる流量が多い場合には、冷却水用連通穴４４を介して出口分離室３６ｅから他の分離室３６ｂ〜３６ｄ，３６ｆにも一部の冷却水が流れてゆく。但し、逆流防止機構３８により分離室３６ｂから入口分離室３６ａには冷却水は流入しないようになっている。

５．比較例
図５は第１比較例に係るエクスパンションタンクの側面図、図６は第２比較例に係るエクスパンションタンクの側面図である。図５では第１実施形態に係るタンク３０から逆流防止機構３８を省略した構成のエクスパンションタンクＴ１（以下、タンクＴ１と記載する）を第１比較例として例示している。図６では第１比較例に係るタンクＴ１の流入ポートＰ１を空気室（水位基準線Ｌよりも高位置）に移設した構成のエクスパンションタンクＴ２（以下、タンクＴ２と記載する）を第２比較例として例示している。第１比較例は水位基準線Ｌよりも低位置から冷却水を導入するいわゆる水室戻し方式のエクスパンションタンク、第２比較例は水位基準線Ｌよりも高位置から冷却水を導入するいわゆる気室戻し方式のエクスパンションタンクの例である。

図５のタンクＴ１においては、注水時、流出ポートＰ２からエンジン冷却装置への給水流量より注水流量が多い場合等に流入ポートＰ１が冠水すると、エンジン冷却装置からタンクＴ１への空気の排出が妨げられて給水動作に支障を来す。このため、注水の作業性に配慮して、図６に示したような気室戻り方式のタンクＴ２が一般に多く採用されている。しかし、気室戻り方式のタンクＴ２にも以下のような３つの課題がある。

第１の課題は気液分離性能の不足である。エンジン稼働中はエンジン冷却装置からタンクＴ２に冷却水が圧送されるが、タンクＴ２においては冷却水がタンクＴ２内の空気中に噴出し、冷却水に一度空気が混入してしまう。また、空気室を落下した冷却水が水面に落ちる際の貯留水への空気の混入も避けられない。そのため、水室戻し方式のタンクＴ１に比べて、気室戻し方式のタンクＴ２は気液分離性能が低下する。

第２の課題はエンジン停止時のエンジン冷却装置への空気の逆流である。エンジン稼働中はウォーターポンプにより流入ポートＰ１に接続するエア抜き配管が冷却水で満たされ、タンクＴ２に冷却水が導入される。しかし、エンジンが停止すると冷却水の循環も停止し、ヘッド差によりタンクＴ２内の空気が流入ポートＰ１を介してエンジン冷却装置に逆流する。このとき、タンクＴ２を搭載した車体が傾斜し、エンジンやラジエータの最後部よりもタンクＴ２の水位基準線Ｌが低くなっていると、流入ポートＰ１から逆流した空気は更にラジエータやエンジンにまで逆流し得る。エンジン等の高温部を冷却する冷却水回路においては、逆流した空気で冷却水が置換されることにより冷却が滞り得る。

第３の課題はタンクＴ２の保護性能の不足である。気室戻り方式のタンクＴ２では、エンジン冷却装置の内部で高温化した冷却水が流入ポートＰ１を介して気室に放出されるため、分離室の壁面に高温水が直接当たる場合がある。タンクＴ２が例えば樹脂製である場合、高温水との直接接触はタンクＴ２の構造材の劣化を促進させる要因になりかねない。

６．効果
（１）注水作業性と気液分離性能の両立
図３及び図４で説明したように、本実施形態のタンク３０では、流入ポート３４が入口分離室３６ａに対して水位基準線４３より下側で接続しているので、冷却水が空気室の空気と混合することがなく、水室戻し方式の優れた気液分離性能を確保することができる。

加えて、流出ポート３３を設けた出口分離室３６ｅは、流入ポート３４を設けた入口分離室３６ａとは異なる分離室であり、入口分離室３６ａと隣接する分離室３６ｂとを隔てる隔壁４２の冷却水用連通穴４４には逆流防止機構３８が設けられている。また、注水口３１は入口分離室３６ａ以外の分離室（本実施形態では出口分離室３６ｅ）に設けてある。従って、エンジン９の稼働中に入口分離室３６ａに導入された冷却水の分離室３６ｂへの移動ひいては冷却装置９０への給水は許容しつつ、注水時には他の分離室３６ｂ〜３６ｆから入口分離室３６ａへの冷却水の逆流が逆流防止機構３８により妨げられる。タンク３０に注ぎ入れられた冷却水の入口分離室３６ａへの流入が逆流防止機構３８で妨げられるので、流入ポート３４の冠水を抑制することができ、注水の作業性も良好である。よって、冷却装置９０に対する注水の作業性と気液分離性能を両立させることができる。気液分離性能の向上により冷却装置９０の冷却効率が向上し得るので、原動機が大型で多くの熱量が発生する建設機械にあっては特に有意義である。

（２）タンク保護
冷却装置９０で冷却水が高温化した場合でも、流入ポート３４を介してタンク３０に導かれた冷却水は入口分離室３６ａに滞留する冷却水に混合される。このように高温の冷却水のタンク３０の壁面への直接的な接触を抑制できるので、タンク３０の構造材の劣化を抑制することができる。

（３）高温部材の冷却停滞の抑制
流入ポート３４は、水位基準線４３を満たす冷却水量があれば油圧ショベル１の傾斜角が最大許容傾斜角を超えない限り空気室に露出しない位置に配置することが好ましい。このような位置に流入ポート３４を配置することで、エンジン９を停止した際でも流入ポート３４が水面から露出しないため、空気室の空気が冷却装置９０に逆流することを抑制できる。従って、エンジン９等の高温部に滞留する冷却水が空気で置換されることを抑制することができ、高温部材の冷却停滞を抑制できる。この点は斜面で稼働する場面がある建設機械にあっては特に有意義である。

（４）製作容易化
タンク本体３５を上下二分割構造としたことで、タンク本体３５の内部の隔壁４２や冷却水用連通穴４４、空気用連通穴４５等が成形し易い。また、逆流防止機構３８についても、上側ハウジング３５Ａと下側ハウジング３５Ｂを接合する前に容易に組み付けることができる。従って、タンク３０の製作の容易化をすることができる。

（第２実施形態）
図７は本発明の第２実施形態に係るエクスパンションタンクの側面図、図８は平面図であり、図７及び図８はそれぞれ第１実施形態の図３及び図４に対応している。図７及び図８において既出の要素には既出図面と同符号を付して説明を省略する。

図７及び図８に示したエクスパンションタンク３０Ａ（以下、タンク３０Ａと記載する）が第１実施形態に係るタンク３０と相違する点は、入口分離室３６ａの底面に流入ポート３４が設けられている（開口している）点である。本実施形態では入口分離室３６ａの底面の中心に流入ポート３４を設けた（例えば入口分離室３６ａと流入ポート３４の中心が一致した）場合を例示しているが、入口分離室３６ａの中心よりタンク本体３５の中心Ｏ寄りの位置に流入ポート３４を設置しても良い。それ以外のタンク３０Ａの構成は、冷却装置９０との接続態様や配置、適用する建設機械、動作等を含めて第１実施形態のタンク３０と同様である。

ここで、一般に流入ポートを流出ポートと共にエクスパンションタンクの底面に配置した場合、流出ポートと流入ポートのヘッド差がないため、流入ポートが冠水すると注水できなくなってしまう。そのため、水室戻し方式であっても注水性能を確保するために流入ポートを流出ポートに対して可能な範囲で高く配置することが多い。

それに対し、本実施形態では逆流防止機構３８を設けたことによって注ぎ入れた冷却水による流入ポート３４の冠水を抑制することができ、流出ポート３３のみならず流入ポート３４をもタンク本体３５の底面に設けることができる。

本実施形態のようにタンク本体３５の底面に流入ポート３４を設けた場合、第１実施形態のようにタンク本体３５の側面に流入ポート３４を設けた構成と比べて、最大傾斜角を超えない条件下で流入ポート３４の開口部が冷却水の水面下に維持される構成とし易い。特に入口分離室３６ａの中心かそれよりもタンク本体３５の中心Ｏに近い位置は条件を満たし易い。よって、高温部材の冷却停滞の抑制効果を得る上でより有利である。

（その他）
以上の実施形態においては、入口分離室３６ａの冷却水が分離室３６ｂにのみ移動する構成を例示したが、例えば分離室３６ａ，３６ｆを隔てる隔壁４２に冷却水用連通穴４４を追加し、入口分離室３６ａから複数の分離室に冷却水が移動する構成ともし得る。この場合、入口分離室３６ａと隣接する分離室とを繋ぐ複数の冷却水用連通穴４４の全てに逆流防止機構３８を設置する必要があるため、逆流防止機構３８は分離室の連絡構造によっては複数設置され得る。但し、第１及び第２実施形態のように入口分離室３６ａと冷却水用連通穴４４で連絡する分離室を単数に制限した場合には逆流防止機構３８が単数で済み、構造の簡素化、低廉化のメリットがある。

また、入口分離室３６ａを隣の分離室３６ｂと連通する冷却水用連通穴４４に逆流防止機構３８を設けた構成を例示したが、代わりに流入ポート３４に逆流防止機構３８を設ける構成としても良い。言うまでもないが、この場合に逆流防止機構３８が許容するのは冷却装置９０から入口分離室３６ａに流入する冷却水の流れであり、流入ポート３４から冷却装置９０への冷却水の流れは遮られる構成である。加えて、タンク３０，３０Ａ内の分離室の数は制限されず、複数であれば良い。従って、隔壁４２の必要枚数は少なくとも１枚である。また、同一方向を向いた冷却水用連絡穴４４を図３、図４、図７及び図８に示したように同軸上に設ける必要は必ずしもなく、中心軸をずらして配置する場合もある。空気用連通穴４５も同様である。また、冷却水用連絡穴４４の大きさを揃える必要は必ずしもなく不揃いにする場合もある。空気用連通穴４５も同様である。

また、逆流防止機構３８は必ずしも逆止弁に限定されず、フロート弁等を適用することもできる。フロート弁を用いる場合、例えば水位基準線４３よりも低く設定した設定水位よりも低水位のとき閉弁して流入ポート３４の冠水等を抑制し、設定水位よりも高水位のとき開弁して冷却装置９０への給水を許容するように構成することができる。

１…油圧ショベル（建設機械）、９…エンジン（原動機）、３０，３０Ａ…エクスパンションタンク、３１…注水口、３３…流出ポート、３４…流入ポート、３５…タンク本体、３６ａ〜３６ｆ…分離室、３６ａ…入口分離室、３６ｅ…出口分離室、３８…逆流防止機構、４２…隔壁、４３…水位基準線、４４…冷却水用連通穴（連通穴）、９０…エンジン冷却装置（冷却装置）、Ｏ…タンク本体の中心

Claims (4)

1. 原動機の冷却装置に接続され、前記冷却装置を循環する冷却水から空気を分離する密閉型のエクスパンションタンクにおいて、
   タンク本体と、
   前記タンク本体の設定水位である水位基準線よりも下側に連通穴を有すると共に上下に延び、前記タンク本体の内部を複数の分離室に仕切る隔壁と、
   前記冷却装置から前記タンク本体への冷却水の入口であって、前記複数の分離室のうちの１つである入口分離室に対して前記水位基準線よりも下側の位置で接続された流入ポートと、
   前記タンク本体から前記冷却装置への冷却水の出口であって、前記複数の分離室のうちの前記入口分離室以外の分離室である出口分離室に対して前記水位基準線よりも下側の位置で接続された流出ポートと、
   前記複数の分離室のうちの前記入口分離室以外の分離室に設けられた注水口と、
   前記入口分離室を区画する前記隔壁の前記連通穴又は前記流入ポートに設けられ、前記流入ポートから前記流出ポートに向かう冷却水の流れの逆流を防止する逆流防止機構と
   を備えたことを特徴とするエクスパンションタンク。
2. 前記エクスパンションタンクは建設機械に設けられており、前記建設機械が水平姿勢である場合に前記水位基準線に水位が一致する冷却水量が前記タンク本体に貯留されているとき、前記流入ポートは、予め設定された最大許容傾斜角でいずれの方向に前記建設機械が傾斜しても水面より上側に露出しない位置に設置されていることを特徴とする請求項１に記載のエクスパンションタンク。
3. 前記流入ポートは、前記入口分離室の底面の中心かそれよりも前記タンク本体の中心寄りの位置に設置されていることを特徴とする請求項１に記載のエクスパンションタンク。
4. 前記タンク本体は、前記隔壁と共に一体に成形され、かつ上下に二分割されていることを特徴とする請求項１に記載のエクスパンションタンク。

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