JP2009250168A

JP2009250168A - 建設機械におけるＮＯｘ還元触媒用液体還元剤タンクの配置構造

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Publication number: JP2009250168A
Application number: JP2008101483A
Authority: JP
Inventors: Ko Kondo; 航近藤; Takahiro Kobayashi; 敬弘小林; Shohei Kamiya; 象平神谷
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2008-04-09
Filing date: 2008-04-09
Publication date: 2009-10-29
Anticipated expiration: 2028-04-09
Also published as: JP4787859B2

Abstract

【課題】設置スペースに限りがある建設機械に容易に液体還元剤タンクを配置でき、しかも、万一液体還元剤が漏れても、他への影響を防止でき、補充の作業性も良いＮＯｘ還元触媒用液体還元剤タンクの配置構造を提供すること。
【解決手段】車体フレーム上に設けられるカウンタウエイト９の内部にタンク収容空間１６を設け、このタンク収容空間１６内に、仕切部材１７によってカウンタウエイト９内の重量調整材１４と隔てられるタンク収容室１８を形成する。タンク収容室１８は、扉１９により開閉可能になっており、このタンク収容室１８内にさらに、尿素水タンク２０を設ける。タンク収容室１８と尿素水タンク２０とは、凸部凹部からなる固定手段によって固定される。
【選択図】図２

Description

本発明は、ＮＯｘ還元触媒付エンジンに用いる液体還元剤のタンクに関し、特に液体還元剤の温度管理を可能にする建設機械における液体還元剤タンク配置構造に関する。

デイーゼルエンジンの排気ガス中のＮＯｘを低減し、排気ガスを浄化するために還元触媒が用いられることが多い。この還元触媒が吸収したＮＯｘを還元させるために還元触媒の上流に還元剤を供給し、還元反応を促進することが行われる。この還元剤としては窒素化合物類、一酸化炭素等があるが、近年尿素を水に溶解した水溶液が有望視されている。

還元剤はタンクに貯留し、車体に配設する必要がある。液体還元剤タンクのサイズは燃料タンクなどと比較すると小さく、大きなスペースは必要としないが、エンジンの排気管への供給経路等を考慮しつつ、一定のスペースを確保する必要があるため、建設機械において液体還元剤タンクを配設するためのスペースの確保は、現状では困難である。

また、液体還元剤のタンクに関するものでは無いが、設置スペースの少ない建設機械に圧縮天然ガス用のタンクを配置するために、車体後部に設けられるカウンタウエイト内部にこのタンクを設置するようにしたものが特許文献１に開示されている。

一方、液体還元剤の尿素水溶液は−１０℃付近で凍結するため、凍結により寒冷時に支障をきたすという問題点がある。この問題を解決する手段として、特許文献２に開示されたものがある。この公報に記載のものは液体還元剤のタンクを建設機械の車体の中で保温可能な部位（例えばエンジンなどの熱源の近傍）に配置することにより、液体還元剤の凍結防止を図るものであり、簡単な構造でコストが安く、保温のためのエネルギーを浪費しないという効果を奏するものである。また、これらの熱源の近傍は、建設機械の使用後もある程度の温度が保たれるため、凍結が防止されるといった効果が期待できるものである。
特開２００１−４０７０５公報特開２００３−２０９３６公報

建設機械には、車体の重量バランスをとるために、カウンタウエイトが設けられる。このカウンタウエイトは作業性能に大きな影響を与える役割を持っているために、その内部には、コンクリート等の重量調整材が充填される。

そのため、特許文献１に開示されたものにおいては、実施形態、実例は挙げられているものの、タンクをカウンタウエイトの中央や全体に配設する構造は、カウンタウエイト内部に多くのタンク空間を設ける必要があり、必要な重量調整材を充填することが困難であると考えられ、また、重量調整材をカウンタウエイト内に均等に充填することが難しい。また、建設機械は、作業内容により大きな振動、衝撃が車体に作用するために、タンクを確り固定する必要があるが重量調整材の充填を考慮すると、カウンタウエイトの内部中央にタンクを固定するための構造を設けることは製作上難しい。

また、特許文献２のものも含め、万一、尿素水溶液がタンクから漏れた場合には、カウンタウエイト内部または、エンジン近傍に腐食などが発生する恐れがある。

さらに特許文献２に開示されたものにおいては、寒冷時などの低温の際は有用だが、高温時すなわち車体内部の温度が上昇した場合については述べられておらず、液体還元剤タンク周囲の温度が上昇した場合についての配慮はない。尿素水溶液は４０℃付近でNH3（アンモニア）が発生してしまうため、補給時の人体への影響や水溶液の濃度の変化が懸念される。また、タンクの破損などで液体還元剤が飛散してしまった際の配慮もされていない。配設の位置や方法も具体性に欠けている。また、エンジン近傍など熱源近傍は、地上からアクセスし難い箇所になるために、尿素水溶液タンクを補充する場合の作業性が良くないという問題もある。

本発明の建設機械におけるＮＯｘ還元触媒用液体還元剤タンクの配置構造は、上述した問題を解決するためのもので、設置スペースに限りがある建設機械に容易に液体還元剤タンクを配置でき、しかも、万一液体還元剤が漏れても、他への影響を防止でき、補充の作業性も良いＮＯｘ還元触媒用液体還元剤タンクの配置構造を提供することにある。

上記それぞれの課題の解決のため、本発明は以下の手段を採用している。

請求項１に記載の発明は、車体フレーム上に設けられるカウンタウエイトと、前記カウンタウエイトの内部に設けられ、後面板または上面板に開口部が設けられた液体還元剤タンク収容空間と、前記タンク収容空間内に設けられる仕切部材によってカウンタウエイトの充填物と隔てられて形成されたタンク収容室と、前記タンク収容室を開閉可能に閉塞する蓋部材と、前記タンク収容室内に設けられる液体還元剤タンクと、前記タンク収容室と前記液体還元剤タンクとの間の固定手段とから構成されることを特徴としている。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の建設機械のＮＯｘ還元触媒用液体還元剤タンクの配置構造において、前記タンク収容室と前記液体還元剤タンクとの間にＮＯｘ還元触媒用液体還元剤と反応しない素材で形成されたタンク収容箱を設けることを特徴としている。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の建設機械のＮＯｘ還元触媒用液体還元剤タンクの配置構造おいて、前記固定手段は、前記液体還元剤タンクと前記タンク収容室またはタンク収容箱の長手方向に沿って設けられた凹部および凸部の嵌合により構成されることを特徴としている。

請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれか１項に記載の建設機械のＮＯｘ還元触媒用液体還元剤タンクの配置構造おいて、前記タンク収容室と前記液体還元剤タンクとの間、または、前記タンク収容室と前記タンク収容箱との間、または、前記タンク収容箱と前記液体還元剤タンクとの間のいずれかに断熱材を設けることを特徴としている。

請求項５に記載の発明は、請求項１から４のいずれか１項に記載の建設機械のＮＯｘ還元触媒用液体還元剤タンクの配置構造において、前記タンク収容室、前記タンク収容箱、前記液体還元剤タンク内いずれかの温度を検出する温度検出装置と、前記タンク収容室と外部とを連通する連通開口部と、前記連通開口部の開閉を行う可動ルーバと、前記温度検出装置による温度信号に基づき、前記可動ルーバの制御を行う制御装置とを設けることを特徴としている。

請求項６に記載の発明は、請求項１から４のいずれか１項に記載の建設機械のＮＯｘ還元触媒用液体還元剤タンクの配置構造において、前記タンク収容室、前記タンク収容箱、前記液体還元剤タンク内いずれかの温度を検出する温度検出装置と、前記タンク収容室と外部とを連通する連通開口部と、前記タンク収容室内の空気を外部に排出または、外部の空気を前記タンク収容室内に導入するファンと、前記温度検出装置による温度信号に基づき、前記ファンの制御を行う制御装置とを設けることを特徴としている。

本発明の建設機械のＮＯｘ還元触媒用液体還元剤タンクの配置構造は、以上のように構成したからカウンタウエイトの製作が容易になる。またタンク収容室の腐食を防ぐことができる。液体還元剤タンクの固定を行うことで車両が稼働した際の振動などによる液体還元剤タンクの破損などを防止できる。液体還元剤タンクの周囲温度について、低温時だけでなく高温時の配慮もなされる。液体還元剤の補給がしやすくなる。タンク収容室にガスが発生した際排出できる。タンク収容室内の清掃が行いやすくなる。

《実施形態１》
本発明の建設機械のＮＯｘ還元触媒用液体還元剤タンクの配置構造の第１の実施の形態を図１〜図５を用いて説明する。

図１は、本発明が適用される建設機械としての油圧ショベルの平面図である。油圧ショベルは、走行体１と、走行体１上に設けられる旋回体２と、旋回体２の前方に設けられる作業装置取付部３に取り付けられる不図示の作業装置とから大略構成される。

旋回体２は、不図示の旋回体フレームの左前方に設けられる運転室４と、運転室４の後部に設けられるエンジン５、エンジン５によって駆動される油圧ポンプ６、建屋カバー７によって覆われて油圧ポンプ６によって吐出される圧油を制御する不図示の油圧機器等が収容される機械室８と、機械室８の後方に設けられるカウンタウエイト９とが設けられる。なお、この機械室８には、エンジン５の駆動に伴って排出される排気ガスを浄化するための浄化装置が設けられる。この浄化装置は、後述の尿素水タンクに貯留される尿素水溶液を用いて排気ガス中のＮＯｘを低減する既知の尿素ＳＣＲである。

図２はカウンタウエイト９の内部構造を示した透視図、図３は、図２におけるＡ−Ａ線の断面図である。カウンタウエイト９は、その後面部および左右側面部を形成する後面板１０、上面部を形成する上面板１１、下面部を形成する下面板１２、前面を形成する前面板１３とから容器状に形成されて、その内部にコンクリート等の重量調整材１４が充填される。

また、カウンタウエイト９の内部の左下方部には、後面板１０の左側面部に開口部１５が形成されたタンク収容空間１６が設けられ、このタンク収容空間１６に仕切り板１７と後面板１０の左側面部、下面板１２、前面板１３とにより区画されたタンク収容室１８が設けられている。また、開口部１５には、この開口部１５の閉塞、開放を行うための扉１９が設けられる。

さらに、タンク収容室１８には、液体還元剤としての尿素水溶液を貯留する尿素水タンク２０が設けられている。また、尿素水タンク２０には、その一方側（開口部１５側）にキャップ２１で閉塞される尿素水補給口２２が設けられている。

図４は、図３におけるＢ−Ｂ線断面図、図５は、図４におけるＣ−Ｃ線断面図であり、タンク収容室１８等の構造を詳細に示す図である。図において、タンク収容室１８は、タンク収容空間１６に設けられる鋼板等からなる仕切り板１７により画成されており、その内面には、樹脂等からなる断熱材２３が貼付されている。さらにこの断熱材２３が貼付されたタンク収容室１８内には、尿素に対して耐食性のある素材（ステンレス材等）で形成されたボックス状のタンク収容箱２４が設けられる。このタンク収容箱２４も開口部１５側に開口が設けられる。また、図５に示すようにタンク収容箱２４とタンク収容室１８とは、タンク収容箱２４の上下面、前後面の４つの外面にそれぞれ開口部１５側から内方側に向けて長手方向に延設される凸部２５と、断熱材２３を貫通し、仕切り板１７、下面板１２、前面板１３に、凸部２５に対応するように開口部１７側から内方側に向けて長手方向に設けられる凹部２６との嵌合によって固定される。また、尿素水タンク２０とタンク収容箱２４とは、尿素水タンク２０の下面、前後面の３つの外面にそれぞれ開口部１７側から内方側に向けて長手方向に延設される凸部２７と、タンク収容箱２４の内面の下面、前後面に凸部２７に対応するように開口部１７側から内方側に向けて長手方向に設けられる凹部２８との嵌合によって固定される。これら凸部２５、２７、凹部２６、２８とによって固定手段が構成される。

以上のように構成される第１の実施の形態では、次のような作用効果を奏する。

（１）カウンタウエイト９は質量が大きいため振動の減衰率も大きく、この内部に収容される尿素水タンク２０に過大な振動、衝撃が作用することがない。

（２）尿素水タンク２０を収容するタンク収容室１８をカウンタウエイト９の側部（角部）に設けたため、中央部に空間を設ける場合に比べて容易に設けること可能になる。また、重量調整材１４の充填も従来同様円滑に行うことができる。また、尿素水タンク２０の補給口２２へのアクセスがし易く、補給作業がし易い。

（３）またタンク収容室２０内に断熱材２３を設けることとしたため、前面板１３とともにカウンタウエイト９の前側で隣り合うエンジン５の熱が遮断され、尿素水タンク２０が熱の影響を受けにくくできる。また、尿素水タンク２０はカウンタウエイト９内に設けるため、重量調整材１４によっても断熱効果を得ることができ、低温側、高温側の両方での断熱効果が得られ、尿素水溶液の温度変化を少なくすることができる。

（４）タンク収容室１８の断熱材２３の内側にさらにタンク収容箱２４を設け、このタンク収容箱２４を尿素に対して耐食性のある材料で構成したので、万一、尿素水タンク２０から尿素水溶液が漏れ出してもカウンタウエイト９自体および、断熱材２３に腐食などの影響がおよぶことがない。

（５）タンク収容箱２４とタンク収容室１８との固定、および尿素水タンク２０とタンク収容箱２４との固定をそれぞれ、開口部１５側からそれぞれの長手方向に設けられる凹部２６、２８および凸部２５、２７の嵌合によって行うようにしたため、タンク収容箱２４のタンク収容室１８への取り付け、取り外しも開口部１５から容易に行うことができ、万一、タンク収容室２４内に尿素水溶液が漏れ出しても、容易に取り除くことが可能になる。また、尿素水溶液の補給のときに、尿素水タンク２０を凹凸部に沿って開口部１５から引き出すことが可能になり補給口２２からの補給をし易くすることができる。

《実施形態２》
次に図６により第２の実施の形態を説明する。この実施の形態は、上述の第１の実施の形態におけるカウンタウエイト９の前面板１３とタンク収容箱２４に開口部を設けてタンク収容箱２４の上部空間と外部とを連通させる連通孔２９（連通開口部）を形成し、また、タンク収容箱２４内に温度検出器３０を設け、この連通孔２９にタンク収容箱２４内の温度によって開閉が制御される可動式のルーバ３１と、温度検出器３０によって検出される温度に基づき、可動式のルーバ３１の開閉を制御する制御装置３２とを設けるものである。

この実施の形態によれば、温度検出器３０によってタンク収容箱２４内の温度が所定の設定温度よりも低くなり、尿素水の凍結の可能性がある場合には、ルーバ３１を開き、隣接するエンジン５が発する熱をタンク収容箱２４内に取り込むことで尿素水溶液の凍結を防止することができる。

《実施形態３》
次に図７により第３の実施の形態を説明する。この実施の形態は、第２の実施の形態における可動式ルーバ３１に代えて、連通孔２９に電動式のファン３３を設けるものである。

これにより、タンク収容箱２４内の温度が所定温度よりも低いときには、エンジン５の熱を強制的に内部に導くことにより、尿素水溶液の凍結を確実に防止することができる。また、ファン３３を逆回転させることで、タンク収容箱２４内の温度が所定の温度よりも高く、尿素水溶液からアンモニアが発生したときには、これを強制的に排気することができ、また、扉１９を開き、開口部１５を開放させた状態で、ファン３３を逆回転させれば、外部からの冷風をタンク収容箱２４内に導くことができ、尿素水溶液を適切な温度まで早く下げることができる。

なお、上述した各実施形態では、次のようにすることもできる。

（１）タンク収容室１８をカウンタウエイト９の上面板１１に接するように設け、開口部１５をカウンタウエイト９の上面に設けてもよい。

（２）カウンタウエイト９内に尿素水タンク２０を設けることで、重量調整材１４および前面板１３等の厚い板材によって断熱効果が得られるため、断熱材２３は必ずしも必要でない。

（３）尿素水タンク２０自体を２重構造すれば、タンク収容箱２４は必ずしも必要でない。

（４）断熱材２３は、タンク収容室１８とタンク収容箱２４との間、タンク収容箱２４と尿素水タンク２０との間のいずれに設けてもよく、タンク収容箱２４を設けない場合は、タンク収容室１８と尿素水タンク２０との間に設けられる。

（５）温度検出器３０は、タンク収容室１８、タンク収容箱２４、尿素水タンク２０のいずれに設けてもよい。

本発明の建設機械のＮＯｘ還元触媒用液体還元剤タンクの配置構造が適用される油圧ショベルの平面図である。本発明の建設機械のＮＯｘ還元触媒用液体還元剤タンクの配置構造の第１の実施の形態を示すカウンタウエイトの内部構造を示す透視図である。図２におけるＡ−Ａ線断面図である。図３におけるＢ−Ｂ線断面図である。図４におけるＣ−Ｃ線断面図である。本発明の建設機械のＮＯｘ還元触媒用液体還元剤タンクの配置構造の第２の実施の形態を示す図２に対応した要部拡大図である。本発明の建設機械のＮＯｘ還元触媒用液体還元剤タンクの配置構造の第３の実施の形態を示す図２に対応した要部拡大図である。

符号の説明

２；旋回体
５；エンジン
８；機械室
９；カウンタウエイト
１０；後面板
１１；上面板
１２；下面板
１３；前面板
１４；重量調整材
１５；開口部
１６；タンク収容空間（液体還元剤収容空間）
１７；仕切り板（仕切部材）
１８；タンク収容室
１９；扉（蓋部材）
２０；尿素水タンク（液体還元剤タンク）
２１；キャップ
２２；補給口
２３；断熱材
２４；タンク収容箱
２５、２７；凸部
２６、２８；凹部
２９；連通孔（連通開口部）
３０；温度検出器
３１；ルーバ
３２；制御装置
３３；ファン

Claims

車体フレーム上に設けられるカウンタウエイトと、
前記カウンタウエイトの内部に設けられ、前記カウンタウエイトを構成する後面板または上面板に開口部が設けられた液体還元剤タンク収容空間と、
前記タンク収容空間内に設けられる仕切部材によってカウンタウエイト内に充填される重量調整材と隔てられて形成されたタンク収容室と、
前記タンク収容室を開閉可能に閉塞する蓋部材と、
前記タンク収容室内に設けられる液体還元剤タンクと、
前記タンク収容室と前記液体還元剤タンクとの間の固定手段と、
から構成されることを特徴とする建設機械のＮＯｘ還元触媒用液体還元剤タンクの配置構造。
請求項１に記載の建設機械のＮＯｘ還元触媒用液体還元剤タンクの配置構造において、
前記タンク収容室と前記液体還元剤タンクとの間にＮＯｘ還元触媒用液体還元剤と反応しない素材で形成されたタンク収容箱を設けることを特徴とするＮＯｘ還元触媒用液体還元剤タンクの配置構造。
請求項１または２に記載の建設機械のＮＯｘ還元触媒用液体還元剤タンクの配置構造おいて、
前記固定手段は、前記液体還元剤タンクと前記タンク収容室または前記タンク収容箱の長手方向に沿って設けられた凹部および凸部の嵌合により構成されることを特徴とする建設機械のＮＯｘ還元触媒用液体還元剤タンクの配置構造。
請求項１から３のいずれか１項に記載の建設機械のＮＯｘ還元触媒用液体還元剤タンクの配置構造おいて、
前記タンク収容室と前記液体還元剤タンクとの間、または、前記タンク収容室と前記タンク収容箱との間、または、前記タンク収容箱と前記液体還元剤タンクとの間のいずれかに断熱材を設けることを特徴とするＮＯｘ還元触媒用液体還元剤タンクの配置構造。
請求項１から４のいずれか１項に記載の建設機械のＮＯｘ還元触媒用液体還元剤タンクの配置構造において、
前記タンク収容室、前記タンク収容箱、前記液体還元剤タンク内のいずれかの温度を検出する温度検出装置と、
前記タンク収容室と外部とを連通する連通開口部と、
前記連通開口部の開閉を行う可動ルーバと、
前記温度検出装置による温度信号に基づき、前記可動ルーバの制御を行う制御装置とを設けることを特徴とするＮＯｘ還元触媒用液体還元剤タンクの配置構造。
請求項１から４のいずれか１項に記載の建設機械のＮＯｘ還元触媒用液体還元剤タンクの配置構造において、
前記タンク収容室、前記タンク収容箱、前記液体還元剤タンク内いずれかの温度を検出する温度検出装置と、
前記タンク収容室と外部とを連通する連通開口部と、
前記タンク収容室内の空気を外部に排出または、外部の空気を前記タンク収容室内に導入するファンと、
前記温度検出装置による温度信号に基づき、前記ファンの制御を行う制御装置とを設けることを特徴とするＮＯｘ還元触媒用液体還元剤タンクの配置構造。