JP2010071263A - Urea water tank - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、排気ガス中のNOx(窒素酸化物)を無害化する尿素SCR(選択還元型触媒)システムに用いるために車両に搭載される尿素水タンクに係り、特に、尿素水タンクの尿素水解凍装置に関する。 The present invention relates to a urea water tank mounted on a vehicle for use in a urea SCR (selective reduction catalyst) system for detoxifying NOx (nitrogen oxide) in exhaust gas, and in particular, urea water in a urea water tank. It relates to a thawing device.
排気ガス浄化技術の一つである尿素SCRシステムは排気ガス中のNOxと還元剤である尿素水とを触媒還元反応させNOxを無害化するものであり、その尿素水を貯蔵する尿素水タンクは、燃料タンクと同様に車両に搭載されて使用される。 The urea SCR system, which is one of exhaust gas purification technologies, detoxifies NOx by catalytic reduction reaction of NOx in exhaust gas and urea water as a reducing agent. A urea water tank that stores the urea water is a Like a fuel tank, it is mounted on a vehicle and used.
尿素SCRシステムを搭載した車両は寒冷地で使用されることも多く、車両の停止時間が長時間に及んだ場合、氷点下の環境では尿素水タンク内に貯蔵されている尿素水が凍結してしまう。このため、再びエンジンをかけた際に、一時的に尿素SCRシステムへの尿素水の供給ができなくなってしまう。 Vehicles equipped with the urea SCR system are often used in cold regions, and when the vehicle is stopped for a long time, the urea water stored in the urea water tank freezes in a sub-freezing environment. End up. For this reason, when the engine is started again, urea water cannot be temporarily supplied to the urea SCR system.
車両のエンジン始動時から、凍結した尿素水が解凍されて尿素SCRシステムに供給されるまでの間は、排気ガスを還元することができず、有害なNOxが排出されることとなる。よって、凍結した尿素水をできるだけ早く解凍し、尿素SCRシステムへ供給する必要がある。 From when the vehicle engine is started until the frozen urea water is thawed and supplied to the urea SCR system, the exhaust gas cannot be reduced, and harmful NOx is discharged. Therefore, it is necessary to thaw frozen urea water as soon as possible and supply it to the urea SCR system.
特許文献1には、タンク内部をセンサー類及びパイプ類を含む領域とその他の領域に分ける、凹凸を設けた垂直な仕切り部材を設けたことにより、尿素水が凍結した氷塊の遊動を抑え、また、前記仕切り部材に所定の間隔で孔を設け、この孔の上縁外側に鉤状部を設け、下縁内側に斜め上向きに傾斜部を設けたことにより、氷塊を細かく割って、温度が高い仕切り部材の内側領域で効率良く溶かすことができる尿素水タンクが記載されている。
In
また、凍結した尿素水を解凍するために、尿素水タンクには、冷却水パイプと解凍ボックスとを含む尿素水解凍装置が設けられるようになってきた(特許文献2、特許文献3)。
従来の尿素水解凍装置では、図6、図7のように、凍結した尿素水を解凍するため、タンク本体1内に配置した冷却水パイプ6に、ラジエーターで加熱されたエンジン冷却水を流通させていた。
In order to thaw frozen urea water, a urea water thawing device including a cooling water pipe and a thawing box has been provided in the urea water tank (
In the conventional urea water thawing device, as shown in FIGS. 6 and 7, in order to thaw the frozen urea water, the engine cooling water heated by the radiator is circulated through the
このような尿素水タンクでは、タンク本体1の上面部の一部に設けた開口にボルトにて固定した天蓋2に、タンク本体1内部に突設するパイプ類およびセンサー類を取り付けている。冷却水パイプ6は、入口6aおよび出口6eから天蓋2を貫通して取り付けられており、U字状の折り返し部6cを有するパイプを複数箇所で屈曲させた形に形成されている(図7)。尿素水を尿素SCRシステムへ送る吸込パイプ7は、天蓋2を貫通して取り付けられ、先端の吸引口7aはタンク本体1の底部中央付近で開口している。尿素SCRシステムから尿素水タンクへ尿素水を戻すリターンパイプ9、および空気抜き用のブリーザパイプ13も、天蓋2を貫通して内部へ延びている(図7)。濃度センサー3および液面センサー4は、タンク本体1中央付近で天蓋2から底部付近まで垂下される(図6)。
In such a urea water tank, pipes and sensors protruding inside the
従来の冷却水パイプ6は、タンク本体1の後ろ側で天蓋2を貫通する入口6aおよび出口6eからそれぞれ下方に延びる往路部6bおよび復路部6dが、タンク本体1の底部付近で屈曲して前方(注水口1a側)に延び、タンク本体1の前側で上方へ屈曲して、天蓋2付近でU字状の折り返し部6cを形成する(図7)。このように冷却水パイプ6がタンク本体1内の広範囲に及ぶため、内部の尿素水を満遍なく解凍できるようになっている。
The conventional
上記のように冷却水パイプ6は、タンク本体1中央付近に位置するセンサー類を取り囲んで配置されている(図6)。また、折り返し部6cは天蓋2に固定された平板状の固定プレート12を介して支持されており、車両の振動に耐え得るようにしている。同様に、尿素水を尿素SCRシステムへ供給する吸込パイプ7と往路部6bがヒータープレート8、8、8により固定されている。
As described above, the
タンク本体1の底部には、センサー類およびパイプ類の通孔を有する略箱形の解凍ボックス5が設置され、吸込パイプ7の吸引口7aやセンサー類の先端を囲んでいる。これにより、解凍ボックス5内の尿素水が最も早く解凍されて吸込パイプ7から尿素SCRシステムに供給される。
A substantially box-
このような尿素水解凍装置では、できるだけ短い時間で多くの尿素水を解凍する必要があるため、タンク本体内で冷却水パイプの配置を複雑にしており、装置全体が大掛かりなものとなっていた。
しかし、近年では車両の軽量化や低価格化に伴い、尿素水タンクも小型化やコストダウンが必要となってきた。そのため、タンク本体の構造の簡素化、センサー類の簡素化や配管の簡素化などが考えられており、尿素水解凍装置においても簡素化が望まれていた。
さらに、材料価格の高騰によって材料費を削減する必要がでてきたため、特に、板材に比べてコストの高いパイプ材について、コストダウンが課題となっていた。
In such a urea water thawing device, it is necessary to defrost a large amount of urea water in as short a time as possible, so the arrangement of the cooling water pipes in the tank body is complicated, and the entire device has become large. .
However, in recent years, with the reduction in weight and price of vehicles, urea water tanks have been required to be reduced in size and cost. Therefore, simplification of the structure of the tank body, simplification of sensors, simplification of piping, and the like have been considered, and simplification has also been desired in the urea water thawing device.
Furthermore, since it has become necessary to reduce material costs due to soaring material prices, cost reduction has become an issue, particularly for pipe materials that are more expensive than plate materials.
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、尿素水タンクの尿素水解凍装置を簡素化し、従来と同様の解凍性能を提供しながらコストダウンを図ることを課題とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and it is an object of the present invention to simplify the urea water thawing device of the urea water tank, and to reduce the cost while providing the same thawing performance as the conventional one.
本発明において、前記課題が解決される手段は以下の通りである。
第1の発明は、箱形に形成されたタンク本体の上面の開口を閉塞する天蓋に固定され、天蓋に形成される入口と出口との間をタンク本体の内部でU字状の折り返し部を経て連通させるとともに、管内部に尿素水加熱用のエンジン冷却水を流通させる冷却水パイプと、タンク本体の底部に位置し、板材からなり尿素水の通過可能なスリットを有する略箱形に形成され、尿素水を尿素SCRシステムへ送る吸込パイプの吸引口およびセンサー類の先端を包囲する解凍ボックスとからなる尿素水解凍装置を備えた尿素水タンクであって、上記冷却水パイプが入口および出口から下方に垂下されて、タンク本体の底部付近で屈曲して水平に延び、上記解凍ボックス内に設けられる上記折り返し部に達することを特徴とする。
In the present invention, means for solving the above problems are as follows.
1st invention is fixed to the canopy which obstruct | occludes opening of the upper surface of the tank main body formed in the box shape, and between the inlet_port | entrance and exit formed in a canopy, a U-shaped folding | returning part is set inside the tank main body. It is formed in a substantially box shape with a cooling water pipe that allows the engine cooling water for heating urea water to flow through the inside of the pipe and a slit that is made of a plate material and that allows passage of urea water. A urea water tank having a urea water thawing device comprising a suction port of a suction pipe for sending urea water to a urea SCR system and a thawing box surrounding a tip of sensors, wherein the cooling water pipe is connected from an inlet and an outlet. It hangs downward, bends near the bottom of the tank body, extends horizontally, and reaches the folded portion provided in the thawing box.
第2の発明は、第1の発明において、上記解凍ボックスの外部で、上記冷却水パイプの上記入口から上記折り返し部までの往路部と、上記折り返し部から上記出口までの復路部との間に、1枚の平板状のヒータープレートを橋架して接合したことを特徴とする。 According to a second invention, in the first invention, outside the thawing box, between the forward path portion from the inlet of the cooling water pipe to the folded portion and the return path portion from the folded portion to the outlet. One flat heater plate is bridged and joined.
第3の発明は、第1の発明において、上記解凍ボックスの外部で、上記冷却水パイプの上記入口から上記折り返し部までの往路部と、上記折り返し部から上記出口までの復路部との間に、一対の平板状のヒータープレートを橋架して往路部と復路部とを挟み込み、上記ヒータープレートを往路部および復路部と接合したことを特徴とする。
第4の発明は、第3の発明において、上記一対のヒータープレートの一方を上方に延設し、上記天蓋と接合したことを特徴とする。
According to a third invention, in the first invention, outside the thawing box, between the forward path portion from the inlet of the cooling water pipe to the folded portion and the return path portion from the folded portion to the outlet. The pair of flat plate heater plates are bridged to sandwich the forward path part and the return path part, and the heater plate is joined to the forward path part and the return path part.
A fourth invention is characterized in that, in the third invention, one of the pair of heater plates extends upward and is joined to the canopy.
第1の発明によれば、上記冷却水パイプが入口および出口から下方に垂下されて、タンク本体の底部付近で屈曲して水平に延び、上記解凍ボックス内に設けられる上記折り返し部に達することにより、冷却水パイプの全長が短くなって材料費を抑えることができ、また、冷却水パイプを屈曲させる工数が削減されて、尿素水タンクの製造コストを削減することができる。 According to the first invention, the cooling water pipe is suspended downward from the inlet and outlet, bent near the bottom of the tank body, extends horizontally, and reaches the folded portion provided in the thawing box. The total length of the cooling water pipe can be shortened to reduce the material cost, and the man-hours for bending the cooling water pipe can be reduced, and the manufacturing cost of the urea water tank can be reduced.
第2の発明によれば、上記解凍ボックスの外部で、上記冷却水パイプの上記入口から上記折り返し部までの往路部と、上記折り返し部から上記出口までの復路部との間に、1枚の平板状のヒータープレートを橋架して接合したことにより、冷却水と尿素水との熱交換が行われる放熱面積を拡大することができて、従来と同じ解凍性能で冷却水パイプを短くすることができ、材料費や工数を抑えて尿素水タンクの製造コストを削減することができる。 According to the second invention, outside the thawing box, there is one sheet between the forward path portion from the inlet to the folded portion of the cooling water pipe and the return path portion from the folded portion to the outlet. By linking and joining flat heater plates, the heat radiation area where heat exchange between cooling water and urea water can be expanded, and the cooling water pipe can be shortened with the same thawing performance as before. It is possible to reduce the manufacturing cost of the urea water tank by reducing the material cost and man-hours.
第3の発明によれば、上記解凍ボックスの外部で、上記冷却水パイプの上記入口から上記折り返し部までの往路部と、上記折り返し部から上記出口までの復路部との間に、一対の平板状のヒータープレートを橋架して往路部と復路部とを挟み込み、上記ヒータープレートを往路部および復路部と接合したことにより、冷却水と尿素水との熱交換が行われる放熱面積を拡大することができて、従来と同じ解凍性能で冷却水パイプを短くすることができ、材料費や工数を抑えて尿素水タンクの製造コストを削減することができる。また、2枚のヒータープレートと冷却水パイプの往路部および復路部とで囲まれた空洞で尿素水が集中的に加熱されるため、熱効率が向上し、解凍性能が向上する。これにより、従来と同じ解凍性能で冷却水パイプの長さを約40%削減することが可能となり、材料費を抑えることができる。 According to the third invention, outside the thawing box, a pair of flat plates is provided between the forward path portion from the inlet of the cooling water pipe to the folded portion and the return path portion from the folded portion to the outlet. A heater plate is sandwiched between the forward path and the return path, and the heater plate is joined to the forward path and the return path to expand the heat radiation area where heat is exchanged between the cooling water and the urea water. Therefore, the cooling water pipe can be shortened with the same thawing performance as before, and the manufacturing cost of the urea water tank can be reduced by suppressing the material cost and man-hour. In addition, since the urea water is intensively heated in a cavity surrounded by the two heater plates and the forward path part and the return path part of the cooling water pipe, the thermal efficiency is improved and the thawing performance is improved. As a result, the length of the cooling water pipe can be reduced by about 40% with the same thawing performance as before, and the material cost can be reduced.
第4の発明によれば、上記一対のヒータープレートの一方を上方に延設し、上記天蓋と接合したことにより、冷却パイプの剛性が上がり耐振性が向上するため、車両からの振動によって冷却水パイプなどに亀裂が発生するのを防止することができる。また、ヒータープレートの放熱面積が大きくなるため、解凍性能を向上させることもできる。 According to the fourth invention, since one of the pair of heater plates is extended upward and joined to the canopy, the rigidity of the cooling pipe is increased and the vibration resistance is improved. It is possible to prevent cracks from occurring in pipes and the like. Moreover, since the heat radiation area of the heater plate is increased, the thawing performance can be improved.
以下、本発明の実施形態に係る尿素水タンクについて、図面に基づいて説明する。
図1は、本発明の第1実施形態に係る尿素水タンクの一部を切り取って示す斜視図である。
Hereinafter, a urea water tank according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a perspective view showing a part of a urea water tank according to the first embodiment of the present invention.
尿素水タンクは、略直方体の箱形に形成されたSUS(ステンレス鋼)製のタンク本体1の正面部に外部から尿素水を注ぎ入れるための注水口1aを形成し、キャップで塞いでいる。また、側面部に尿素水タンク内の液量を確認するための液面確認ゲージ1bを形成している。タンク本体1の上面部は後ろ側から中央部にかけて切り欠いて開口を設けてあり、この開口はパイプ類やセンサー類を装着する多数の通孔を有する天蓋2によって閉塞され、周縁をボルトにて固定されている。また、底部には尿素水を排出するためのドレン孔を設け、ドレンプラグ1cにて塞いでいる。
The urea water tank is formed with a
尿素水タンクの中央付近では、円柱状の濃度センサー3および液面センサー4のセンサー類が前後に並んで天蓋2から垂下され、底部付近まで延びている。濃度センサー3の先端部および液面センサー4の内部には、それぞれの検出部を有している。
天蓋2のセンサー類の取付け孔の上面には、孔を有するセンサー取付けシート2a、2aがそれぞれ設けられ(図2)、センサー類はそれぞれのセンサー取付けシート2a、2aにボルトにて固定されることで間接的に天蓋2に固定される(図1)。
Near the center of the urea water tank, the
この尿素水タンクは、解凍ボックス5と冷却水パイプ6とからなる尿素水解凍装置を備えている。図2は、この尿素水解凍装置を示す斜視図である。
解凍ボックス5は、L字状に折曲した2枚のSUS板を対向配置して四角筒状にし、SUS板の端部同士の間にわずかに隙間を設けた胴部材5aをタンク本体1の底部中央に配置し、胴部材5aのエンドプレートとなる長方形のSUS製の天板部材5b、底板部材(図示せず)によって上下を閉塞している。天板部材5bには各センサー挿通用の2つの丸孔を穿設し、且つ、四隅のうち隣り合う2つの角部を円弧状に切り欠いている。
このように解凍ボックス5は、濃度センサー3および液面センサー4の先端部、後述する冷却水パイプ6の折り返し部6cや吸込パイプ7の吸引口7aを囲む箱形に形成されている(図1)。
The urea water tank includes a urea water thawing device including a
The
In this way, the
冷却水パイプ6は、入口6aから折り返し部6cまでの往路部6bと、折り返し部6cから出口6eまでの復路部6dとが、左右に並行して配置されている。往路部6bおよび復路部6dは、左右に並設された入口6aおよび出口6eから天蓋2の後部を貫通してそれぞれ下方に延び、途中で前方に傾斜しながら互いの距離を広げて、再び真下方向に並行する。解凍ボックス5の天板部材5bの角部の切り欠きから解凍ボックス5内に導入され、タンク本体1の底部に至ると、解凍ボックス5の底板部材と20〜30mmの間隔を設けて前方に屈曲し、水平方向に並行してU字状の折り返し部6cで互いに連通する。
As for the cooling
折り返し部6cは濃度センサー3および液面センサー4よりも前側に位置しており、冷却水パイプ6はセンサー類の先端を前および左右から取り囲んでいる(図1)。U字状の折り返し部6cの先端は直線状に形成され、解凍ボックス5の内側壁にろう付けされている。
The folded
尿素水を尿素水タンクから尿素SCRシステムへ送る吸込パイプ7は、天蓋2の最後部を貫通して、熱交換が行われるように冷却水パイプ6の往路部6bに隣接して下方に延び、解凍ボックス5内で前方に屈曲している。そして、尿素水タンクの中央部、すなわち濃度センサー3および液面センサー4の中間まで延びて、先端を底部に向けて開口させた吸引口7aを設けている。冷却水パイプ6の傾斜部より上では吸込パイプ7と冷却水パイプ6とが離れているため、間に3枚のヒータープレート8、8、8をろう付けすることで吸込パイプ7と往路部6bとを固定し、剛性を上げるとともに熱交換により吸込パイプ7内の尿素水の凍結を防止する。最も位置が高いヒータープレート8では冷却水パイプ6の往路部6bを覆う一部が切り欠かれて、往路部6bが露出している。
また、尿素SCRシステムから尿素水タンクへ尿素水を戻すリターンパイプ9と、空気抜き用のブリーザパイプ13とが、それぞれ天蓋2を貫通してタンク本体1の内部で開口している。
The
A
図2、図3に示すように、冷却水パイプ6の往路部6bと復路部6dとの間には、傾斜部のわずかに下から解凍ボックス5までの範囲にかけて、前後から一対のSUS製のヒータープレート10、11を橋架してあり、ヒータープレート10、11によって往路部6bと復路部6dとを挟み込んでいる。ヒータープレート10、11の幅は、往路部6bと復路部6dとの間の距離と略等しく、ろう付けによって側端を往路部6bおよび復路部6dに接合される。
また、正面側のヒータープレート10の冷却水パイプ6との接合部の裏面には、往路部6bに隣接しながら並行している吸込パイプ7が接合される(図2)。
As shown in FIG. 2 and FIG. 3, a pair of SUS made from the front and rear is provided between the
In addition, a
このように構成した尿素水タンクでは、尿素水が凍結した状態でエンジンを始動させると、ラジエーターで加熱されたエンジン冷却水が冷却水パイプ6を流通して、周囲の尿素水を徐々に解凍していく。特に、解凍ボックス5の内部では尿素水が優先的に加熱されて解凍され、吸込パイプ7から尿素SCRシステムに送られる。
In the urea water tank configured as described above, when the engine is started with the urea water frozen, the engine cooling water heated by the radiator flows through the cooling
このとき、冷却水パイプ6が入口6aおよび出口6eから並行して下方に垂下されてタンク本体1の底部付近で屈曲して水平に延び、上記解凍ボックス5内に設けられる上記折り返し部6cに達していることにより、冷却水パイプ6の全長が短くなって材料費を抑えることができ、また、冷却水パイプ6を屈曲させる工数が削減されて、尿素水タンクの製造コストを削減することができる。
At this time, the cooling
また、冷却水パイプ6の往路部6bと復路部6dとの間に、一対の平板状のヒータープレート10、11を橋架して上記往路部6bおよび復路部6dを挟み込み、ヒータープレート10、11を往路部6bおよび復路部6dと接合することにより、冷却水と尿素水との熱交換が行われる放熱面積を拡大することができて、従来と同じ解凍性能で冷却水パイプ6を短くすることができ、材料費や工数を抑えて尿素水タンクの製造コストを削減することができる。また、2枚のヒータープレート10、11と冷却水パイプ6の往路部6bおよび復路部6dとで囲まれた空洞で尿素水が集中的に加熱されるため、熱効率が向上し、解凍性能が向上する。これにより、従来と同じ解凍性能で冷却水パイプ6の長さを約40%削減することが可能となり、材料費を抑えることができる。
なお、充分な解凍性能を得ることができれば、往路部6bと復路部6dとの間に橋架するヒータープレートは1枚であってもよい。
Further, a pair of flat plate-
In addition, as long as sufficient thawing | decompression performance can be obtained, the heater plate bridged between the
<第2実施形態>
振動の激しい車両に用いる場合や、尿素水タンクの全高および冷却水パイプ6が長くなるにつれて振動が大きくなる場合には、図4、図5に示すように、ヒータープレート10の上部を天蓋2まで延設してろう付けしてもよい。
<Second Embodiment>
When used in a vehicle with strong vibrations, or when the vibration increases as the total height of the urea water tank and the cooling
この場合、入口6aおよび出口6eから距離のある正面側のヒータープレート10の上部を天蓋2まで延設し、その先端を折曲して接合代10aを設ける(図5)。この接合代10aと天蓋2の内壁とをろう付けにて接合することにより、冷却水パイプ6が入口6aと出口6eと接合代10aとの3点で天蓋2に強く固定されて、振動に対する剛性が上がり、車両からの振動による冷却水パイプ6の亀裂を防止することができる。また、ヒータープレート10の放熱面積も大きくなるため、解凍性能を向上させることもできる。
In this case, the upper part of the
1 タンク本体
1a 注水口
1b 液面確認ゲージ
1c ドレンプラグ
2 天蓋
2a センサー取付けシート
3 濃度センサー
4 液面センサー
5 解凍ボックス
5a 胴部材
5b 天板部材
6 冷却水パイプ
6a 入口
6b 往路部
6c 折り返し部
6d 復路部
6e 出口
7 吸込パイプ
7a 吸引口
8 ヒータープレート
9 リターンパイプ
10 ヒータープレート(正面側)
10a 接合代
11 ヒータープレート(背面側)
12 固定プレート
13 ブリーザパイプ
DESCRIPTION OF
12 fixed
Claims (4)
タンク本体の底部に位置し、板材からなり尿素水の通過可能なスリットを有する略箱形に形成され、尿素水を尿素SCRシステムへ送る吸込パイプの吸引口およびセンサー類の先端を包囲する解凍ボックスとからなる尿素水解凍装置を備えた尿素水タンクであって、
上記冷却水パイプが入口および出口から下方に垂下されて、タンク本体の底部付近で屈曲して水平に延び、上記解凍ボックス内に設けられる上記折り返し部に達することを特徴とする尿素水タンク。 It is fixed to a canopy that closes the opening on the top surface of the tank body formed in a box shape, and the inlet and outlet formed in the canopy communicate with each other through a U-shaped folded portion inside the tank body, and a pipe A cooling water pipe for circulating engine cooling water for heating urea water inside;
A thawing box that is located at the bottom of the tank body, is made of a plate material and has a substantially box shape with a slit through which urea water can pass, and surrounds the suction port of the suction pipe that sends urea water to the urea SCR system and the tips of sensors. A urea water tank equipped with a urea water thawing device comprising:
A urea water tank, wherein the cooling water pipe is suspended downward from an inlet and an outlet, bent near the bottom of the tank body, extends horizontally, and reaches the folded portion provided in the thawing box.
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