JP2016070189A - 断熱配管 - Google Patents

Abstract

【課題】雰囲気との熱の交換による配管内の温度上昇を抑制できる断熱配管を提供する。
【解決手段】断熱配管１は、内部を流体が流通可能な配管２と、配管２を覆うように配置された断熱部材３とを備え、配管２がＳＣＲ触媒を用いる排気ガス浄化装置に用いられ、断熱部材３が、独立気泡構造をしており、雰囲気との熱の交換による流体の温度上昇を抑制できるので、ＳＣＲ触媒を用いる排気ガス浄化装置において、配管２の内部が断熱部材３によって外部と断熱されて、雰囲気との熱の交換による配管２の内部を流通する流体の温度上昇を抑制できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、断熱配管に関する。

窒素酸化物（以下、ＮＯｘという。）を排出するディーゼルエンジンを有する車両等においては、ＮＯｘを浄化するために、ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）触媒を用いる排気ガス浄化装置（以下、ＳＣＲシステムという。）が用いられている。ＳＣＲシステムでは、エンジンから排出された排気ガスが流通する排気管に尿素水を噴射する噴射ノズルと、噴射ノズルより下流に配置されたＳＣＲ触媒が設けられている。ＳＣＲシステムでは、エンジンから排気管に排気ガスが排出されると、排気管を流れる高温の排気ガスに尿素水が噴射され、排気ガスの熱により尿素が加水分解されてアンモニアが生成される。生成されたアンモニアは、排気管を排気ガスと共に下流へ流れ、ＳＣＲ触媒に到達する。ＳＣＲ触媒では、ＳＣＲ触媒の作用によってアンモニアと排気ガス中のＮＯｘとの化学反応が促進され、ＮＯｘが水と窒素に浄化される。

ＳＣＲシステムでは、噴射ノズルが尿素水タンクと配管で接続されており、尿素水がタンクから配管を通って噴射ノズルに適宜供給される。しかしながらＳＣＲシステムには、尿素水の凝固点が約−１１℃程度であるため、寒冷地では配管内の尿素水が凍結してしまい尿素水を噴射ノズルに供給できなくなるという問題がある。そこで、配管内の尿素水の凍結を防止する技術が開発されている。例えば、特許文献１には、管継手と配管の接続部分及びその近傍の配管が放熱防止用カバーで覆われ、コードヒータが配管内に挿入された液体移送用配管が開示されている。

特開２００９−２５０２７１号公報

排気管が高熱を発生するエンジンに近いため、排気管に接続された配管の近傍は雰囲気温度が非常に高い。そのため、配管内の尿素水は、雰囲気との熱の交換により加熱されて許容温度以上に昇温し、水分が蒸発して濃度が高くなりすぎたり、アンモニアが発生したりする恐れがある。これに対して、従来の方法では尿素水の温度上昇を抑制するために配管と熱源との間に遮熱板を設置していたが、その効果は十分ではなかった。

そこで本発明は、上記の問題点に鑑み、雰囲気との熱の交換による配管内の温度上昇を抑制できる断熱配管を提供することを目的とする。

本発明の断熱配管は、内部を流体が流通可能な配管と、前記配管を覆うように配置された断熱部材とを備え、前記配管がＳＣＲ触媒を用いる排気ガス浄化装置に用いられ、前記断熱部材が、独立気泡構造をしており、雰囲気との熱の交換による前記流体の温度上昇を抑制できることを特徴とする。

本発明の断熱配管は、内部を流体が流通可能な配管と、配管を覆うように配置された断熱部材とを備え、配管がＳＣＲ触媒を用いる排気ガス浄化装置に用いられ、断熱部材が、独立気泡構造をしており、雰囲気との熱の交換による流体の温度上昇を抑制できるので、ＳＣＲ触媒を用いる排気ガス浄化装置において、配管の内部が断熱部材によって外部と断熱されて、雰囲気との熱の交換による配管の内部を流通する流体の温度上昇を抑制できる。

本発明の実施形態に係る断熱配管の全体構成を示す部分斜視図である。 本発明の実施形態に係る断熱配管の図１中Ａ−Ａ’断面を示す端面図である。 本発明の実施形態に係る断熱配管が用いられた建設機械を示す概略図である。 本発明の実施形態に係る断熱配管の断熱性能を評価するための装置の概略図である。

１．断熱配管の構成
図１に示す断熱配管１は、内部を流体が流通可能な配管２と、配管２を覆うように配置された断熱部材３とを備える。断熱配管１は、配管２に沿うように配置され、内部を加熱された流体が流通可能な温水配管４をさらに備えている。配管２と温水配管４とは、柔軟性を有し、円筒形状をしている。配管２と温水配管４とを形成する素材は、内部を流通する液体に応じて選択される。配管２は流体としての尿素水が内部を流通でき、温水配管４は加熱された流体としての不凍液が流通できるように素材が選択されている。本実施形態の場合、配管２と温水配管４とは樹脂で形成されている。

このような配管２と温水配管４とは、結束部材５によって一纏めに結束されており、互いの側面が接するように固定されている。本実施形態の場合、結束部材５は、テープ状の部材であり、配管２の側面と温水配管４の側面とが接した状態で、その表面に螺旋状に隙間なく巻きつけられることで、配管２と温水配管４とを固定している。なお本実施形態の場合、テープ状の部材は、粘着性を有していないが、粘着性を有していてもよい。

配管２は、他の機器との接続を容易にする継手６ａを一端に備えており、図示しない他端にも継手を備えている。同様に、温水配管４も一端に継手６ｂを備え、図示しない他端にも継手を備えている。本実施形態の場合、継手６ａ、６ｂは樹脂で形成され、雌型である。なお、継手は雄型であってもよい。配管２と温水配管４とは、一端にのみ継手を備えていてもよく、継手を備えていなくてもよい。

断熱部材３は、隣接する気泡が繋がっておらず互いに独立な気泡が複数形成された独立気泡構造をした、例えばエラストマーのような柔軟性を有する部材で形成されている。断熱部材３は、例えばエチレンプロピレンジエン系合成ゴムやニトリル系合成ゴム等で形成されている。断熱部材３は中空の円筒形状をしており、断熱部材３の中空部分には配管２と温水配管４とが挿入されており、配管２と温水配管４とを断熱部材３が覆うような配置となっている。また断熱部材３は、長軸方向に沿ったスリット７を備えており、スリット７から配管２と温水配管４とを内部に挿入できる。

断熱部材３は、外傷から保護するために耐摩耗性を有する保護部材８で覆われている。本実施形態の場合、保護部材８は、高い耐熱性と耐摩耗性とを有するテープ状の部材であり、断熱部材３の表面に螺旋状に隙間なく巻きつけられている。よって、保護部材８が断熱部材３を外傷から保護できるので、断熱部材３は外傷による断熱性能の劣化が抑制される。

断熱部材３はさらに、表面に巻かれた保護部材８上を、伸縮性と粘着性とを有する保護部材９で覆われている。本実施形態の場合、保護部材９は、高い伸縮性、粘着性、及び耐熱性を有するテープ状の部材であり、保護部材８の表面に螺旋状に隙間なく巻きつけられている。よって、保護部材８が保護部材９によって固定され、保護部材８が剥がれることが抑制されているので、断熱部材３は外傷から保護され、断熱性能の低下が防止される。

保護部材８、９は、特に限定されないが、耐熱性を有することが望ましい。保護部材８、９が、高温の雰囲気下でも劣化せず、それぞれの有する機能を維持できるからである。よって、断熱配管１の耐熱性が向上し、高温の雰囲気下においても断熱配管１は、断熱性能の低下を抑制でき、より確実に配管２の内部を流通する流体の温度上昇を抑制できる。

また本実施形態の場合、保護部材８、９は、テープ状の部材を用いたが、断熱部材３を保護することができればその形状は特に限定されない。例えば保護部材８、９はチューブ状の部材であってもよい。

図１に示すように断熱部材３の一端は、固定部材１０によって配管２及び温水配管４に固定されている。図示しない断熱部材３の他端も同様である。本実施形態の場合、固定部材１０は、粘着性を有するテープ状の部材であり、断熱部材３の末端に螺旋状に隙間なく巻きつけられることで、断熱部材３を配管２及び温水配管４に固定している。

図２に示すように、断熱配管１は、結束部材５によって一纏めにされた配管２と温水配管４とが中心に位置し、その周りを覆うようにスリット７が形成された断熱部材３が配置されている。さらに断熱配管１は、断熱部材３が保護部材８で覆われ、その外側を保護部材９で覆われている。本実施形態では、一纏めにされた配管２及び温水配管４と断熱部材３の間に空隙２７が形成されているが、配管２及び温水配管４と断熱部材３とが密着していて、その間の空隙２７が少なくてもよい。

２．作用及び効果
図３に示すように、断熱配管１は例えば建設機械１１のＳＣＲシステム１２に用いられる。建設機械１１は、例えばショベルカー等の建設作業に用いられる機械である。建設機械１１は、エンジン１３、エンジン１３から排出された排気ガスが流れる排気管１４、熱を外部へ放出させるラジエーター１５、及びラジエーター１５を冷却する冷却ファン１６が格納されたエンジンルーム１７と、建設機械１１を操縦する操縦者が乗り込むキャビン１８とを備えている。ＳＣＲシステム１２は、機体前方に設けられたキャビン１８と機体後方に設けられたエンジンルーム１７の間の空間に配置されている。

エンジン１３は、ラジエーター１５と２本の図示しない配管を介して接続されている。配管には図示しないポンプが備えられており、エンジン１３とラジエーター１５の間を不凍液が循環できるようになっている。当該ポンプによってラジエーター１５から排出された不凍液は、配管を流れエンジン１３に供給され、エンジン１３を冷却する。エンジン１３を冷却することで加熱された不凍液は、エンジン１３から排出されて配管を流れ、ラジエーター１５に供給される。ラジエーター１５で、加熱された不凍液が冷却されて、再びエンジン１３に供給される。このようにエンジン１３とラジエーター１５の間を不凍液が循環することでエンジン１３が冷却される。

ＳＣＲシステム１２は、断熱配管１と、排気管１４と、尿素水タンク１９と、ポンプ２０とを備えている。排気管１４は、排気管１４内に尿素水を噴射できる図示しない噴射ノズルを備えている。排気管１４はさらに、噴射ノズルよりも下流に図示しないＳＣＲ触媒を備えている。ポンプ２０は、３本の断熱配管１の配管２（図１）が接続されている。そのうち２本の断熱配管１の配管２の他端は尿素水タンク１９に接続されている。よってポンプ２０は、配管２を介して尿素水タンク１９との間で尿素水を循環できる。残り１本の断熱配管１の他端は噴射ノズルに接続されている。よってポンプ２０は、尿素水タンク１９から吸引した尿素水を、配管２を介して噴射ノズルに供給し、噴射ノズルから排気管１４内に噴射できる。

ＳＣＲシステム１２では、断熱配管１の温水配管４（図１）の一端にエンジン１３から排出された不凍液が供給され、温水配管４を不凍液が流れ、温水配管４の他端から排出された不凍液がラジエーター１５へと供給されるように構成されている。よってＳＣＲシステム１２では、温水配管４と接する配管２を流れる尿素水が、温水配管４を流れる不凍液と熱を交換することで加熱される。

ＳＣＲシステム１２では、ポンプ２０と噴射ノズルを接続する断熱配管１が雰囲気温度の高いエンジンルーム１７の近傍に配置されている。さらに当該断熱配管１は、熱源であるエンジン１３の近傍に配置されており、エンジンルーム１７の中でもより雰囲気温度が高い場所にある。そのために、断熱配管１は外部からの熱の影響を非常に強く受ける。

このようなＳＣＲシステム１２では、排気管１４を流れる高温の排気ガスに尿素水が噴射され、排気ガスの熱により尿素が加水分解されてアンモニアが生成される。生成されたアンモニアは、排気管１４を排気ガスと共に下流へ流れ、ＳＣＲ触媒に到達する。ＳＣＲ触媒では、ＳＣＲ触媒の作用によってアンモニアと排気ガス中のＮＯｘとの化学反応が促進され、ＮＯｘが水と窒素に浄化される。

以上の構成において本発明の実施形態に係る断熱配管１は、内部を流体が流通可能な配管２と、配管２を覆うように配置された断熱部材３とを備え、配管２がＳＣＲ触媒を用いる排気ガス浄化装置に用いられ、断熱部材３が、独立気泡構造をしており、雰囲気との熱の交換による流体の温度上昇を抑制できるように構成した。

よって断熱配管１は、エンジンルーム１７やエンジン１３の近傍の雰囲気温度が高い場所に配置された場合も、配管２の内部が断熱部材３によって外部と断熱されて、雰囲気との熱の交換による配管２の内部を流通する尿素水の温度上昇を抑制できる。

断熱配管１は、断熱部材３が柔軟性を有するようにすることで、断熱配管１の形状に追従して断熱部材３も変形でき、断熱部材３が曲がった状態の配管２も確実に覆うことができる。よって、断熱配管１は、配管２が曲がった状態で配置された場合も、より確実に配管２の内部を流通する尿素水の温度上昇を抑制できる。

断熱配管１は、断熱部材３が長軸方向に沿ったスリット７を備えるようにすることで、スリット７から配管２と温水配管４とを断熱部材３の中に挿入できるので、断熱配管１を容易に作製できる。

断熱配管１は、配管２と温水配管４とを結束部材５によって固定することで、配管２の側面と温水配管４の側面とが接する面積が増加し、配管２と温水配管４の間の熱交換効率を向上でき、配管２の内部を流通する尿素水の温度上昇を抑制できる。また、断熱配管１は、配管２と温水配管４とを結束部材５によって固定することで、配管２と温水配管４とを断熱部材３で容易に覆うことができ、断熱配管１を容易に作製できる。

３．変形例
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨の範囲内で適宜変更することが可能である。例えば、配管２、断熱部材３、温水配管４、結束部材５、固定部材１０、継手６ａ、６ｂ、保護部材８、９については、材質や形状を適宜変更することが可能である。

上記実施形態では、配管２と温水配管４とが樹脂で形成され、柔軟性を有し、円筒形状をしている場合について説明したが、本発明はこれに限られず、配管２と温水配管４とが、樹脂以外の素材で形成されていてもよく、柔軟性を有していなくてもよく、その断面形状も円形以外の形状であってもよい。

また上記実施形態では、断熱部材３が柔軟性を有する部材で形成され、長軸方向に沿ったスリット７を備えている場合について説明したが、本発明はこれに限られず、断熱部材３が柔軟性を有していなくてもよく、スリット７を備えていなくてもよい。

さらに上記実施形態では、断熱配管１が温水配管４を備える場合について説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、断熱配管１が温水配管４を備えていなくてもよい。また、温水配管４にかえて、配管２の内部に流体を加熱するためのヒーター線が挿入されていてもよい。なお、断熱配管１が温水配管４を備えていない場合は、配管２に断熱部材３が密着に近い形で覆われ、断熱部材３の内側に形成される空隙２７が小さくなる。

また、上記実施形態で説明した断熱配管１は、コルゲートチューブを備えていてもよい。例えば、配管２及び温水配管４をコルゲートチューブで覆い、当該コルゲートチューブを断熱部材３でさらに覆ってもよく、配管２及び温水配管４を覆った断熱部材３をさらにコルゲートチューブで覆ってもよい。コルゲートチューブで覆う位置は特に限定されない。コルゲートチューブは、長軸方向に沿ったスリットが形成されていてもよい。なお、配管２及び温水配管４をコルゲートチューブで覆い、その上を断熱部材３で覆った場合は、配管２及び温水配管４を断熱部材３で直接覆った場合と比較して、断熱部材３の内側により多くの空隙２７が形成される。

さらに上記実施形態では断熱配管１の断熱部材３が保護部材８と保護部材９とによって覆われている場合について説明してきたが、本発明はこれに限られない。断熱部材３は保護部材８のみで覆われていてもよく、保護部材９のみで覆われていてもよく、保護部材によって覆われていなくてもよい。

また、断熱部材３は、図示しない閉塞部材を備えていてもよい。閉塞部材は、断熱部材３の表面の一部を覆うように配置され、スリット７が広がらないように断熱部材３を固定する。そのため、断熱部材３はスリット７の大部分が閉じた状態に固定される。閉塞部材は、例えば、高い伸縮性、粘着性、及び耐熱性を有するテープ状の部材（保護部材９と同じ部材）を用いることができる。この場合、閉塞部材は、例えば、スリット７と交差するように、断熱部材３の表面の複数箇所に貼られ、スリット７が閉じた状態に固定される。また、閉塞部材は、スリット７全体を覆うように断熱部材３の表面に貼られてもよい。

このように断熱配管１は、スリット７が閉じるように断熱部材３が閉塞部材で固定されるようにすることで、配管２を断熱部材３で確実に覆うことができる。よって、断熱配管１はより確実に配管２の内部を流通する尿素水の温度上昇を抑制できる。

断熱配管１の断熱性能を評価するために、表１に示す断面形状をした実施例１〜６の断熱配管１を作製した。作製した実施例１〜６の断熱配管１は、長さが１ｍの配管２の両端に継手が接続され、長さが０．９５ｍの断熱部材３等で配管２が覆われている。断熱配管１は、配管２として樹脂製チューブ（型番：ＴＥＵ−４−８ｘ６）、断熱部材３としてスリット７を形成したエアロフレックス断熱チューブ（実施例１、３〜６は型番：Ｍ１００１０、実施例２は型番：Ｍ１００１６。）、保護部材８として高い耐熱性を有するテサテープ（型番：５１０２６）を用いて作製した。

実施例２では、配管２をスリット２２が形成されたコルゲートチューブ２１(サイズ：１０型)で覆った後、断熱部材３でコルゲートチューブ２１を覆い、断熱配管１を作製した。

実施例３では、配管２を断熱部材３で覆った後、スリット２２が形成されたコルゲートチューブ２１(サイズ：２８型)で断熱部材３を覆い、断熱配管１を作製した。

実施例５、６では、作製した断熱配管１を１２０℃に加熱した恒温槽に２４時間放置して加熱処理した。

実施例１〜６の断熱配管１の断熱性能は、以下の方法により評価した。まず、図４に示すように、断熱部材３がほぼ恒温槽２３内に入るように断熱配管１を配置し、恒温槽２３内の温度を８０℃に加熱した。次に、ポンプ２４によって断熱配管１の継手６ａに、水槽２５に貯留した水を流量２４ｍＬ／ｍｉｎで供給し継手６ｃから排出された水を水槽２５に戻して水を循環させた。次いで、継手６ａと恒温槽２３に配置された断熱部材３の間Ｔ１において、外部に露出している配管２の温度（以下、入口温度という。）が約４０℃を維持できるようにヒーター２６を調整して水を加熱した。入口温度が約４０℃で落ち着いた後、継手６ｃと断熱部材３の間Ｔ２において、外部に露出している配管２の温度（以下、出口温度という。）を測定した。測定した出口温度と入口温度の差から、断熱配管１の断熱性能を評価した。温度差が小さい程、断熱配管１は高い断熱性能を有している。

比較のために、比較例１として、断熱配管１に変えて樹脂製チューブ（型番：ＴＥＵ−４−８ｘ６）のみを用いた配管、比較例２として、樹脂製チューブ（型番：ＴＥＵ−４−８ｘ６）を、スリット２２を形成したコルゲートチューブ２１（サイズ：１０型）で覆った配管を作製し、同様に断熱性能を評価した。評価結果を表１の「温度差（℃）」に示す。

実施例１〜６の断熱配管１と比較例１、２の配管とを比較すると、実施例１〜６の断熱配管１は、比較例１、２の配管より温度差が小さいことがわかる。これは、断熱配管１が独立気泡構造をした断熱部材３を備えることによって高い断熱性能を有していることを意味している。以上から、本発明の断熱配管１は雰囲気との熱の交換による配管２の内部を流通する流体の温度上昇を抑制できることが確認できた。

なお、比較例１の配管と比較例２の配管を比較すると、コルゲートチューブ２１を備える比較例２は比較例１より温度差が小さい。よって、コルゲートチューブ２１にも断熱効果があることがわかる。しかしながら、比較例２の温度差が実施例１の断熱配管の温度差よりも大きいので、コルゲートチューブ２１の有する断熱性能は十分とは言えない。

実施例１の断熱配管１とコルゲートチューブ２１を備える実施例２、３の断熱配管１とを比較すると、実施例２、３の断熱配管１は、実施例１と同程度の温度差であることがわかる。よって、断熱配管１は、コルゲートチューブ２１を備えることによってさらなる断熱効果は得られないが、断熱部材３によって高い断熱性能を得られることがわかる。

実施例１の断熱配管１と加熱処理を行った実施例５の断熱配管１とを比較すると、実施例５の断熱配管１は、最外径が小さくなっており、断熱部材３が収縮していることがわかる。また、実施例５の断熱配管１は実施例１の断熱配管１と同程度の温度差であり、加熱処理により断熱部材３が収縮しても高い断熱性能を維持していることがわかる。実施例４の断熱配管１と加熱処理を行った実施例６の断熱配管１とを比較しても同様に、実施例６の断熱配管１は、最外径が小さくなって収縮しているが、実施例４の断熱配管と同程度の温度差であり、高い断熱性能を維持していることがわかる。

断熱配管１の耐熱性をさらに調べるために、断熱配管１に対して長時間の耐熱試験を行った。耐熱試験前後の断熱性能を比較することで、断熱配管１の耐熱性を評価した。断熱性能の評価方法は、上述した方法と同様である。

耐熱試験に用いた断熱配管１は、配管２として樹脂製チューブ（ＴＥＵ−４−８ｘ６）を、断熱部材３としてスリットを形成したエアロフレックス（型番：Ｍ１００１０）で覆い、さらに保護部材８としてテサテープ（型番：５１０２６）、保護部材９として耐熱性を有すイラックステープＶＺＬをこの順で巻きつけることで作製した。同様の構成の断熱配管１を３つ（試料Ａ、試料Ｂ、試料Ｃ）作製し、３つの断熱配管１について耐熱性を評価した。

まず、耐熱試験前の断熱配管１の断熱性能を上述した方法により評価した。次に、１１０℃の恒温槽に１０００時間放置し、３つの断熱配管１について耐熱試験を行った。最後に、耐熱試験後の断熱配管１の断熱性能を上述した方法により評価した。その結果を表２に示す。耐熱試験前の試料Ａ、試料Ｂ、試料Ｃの温度差は全て同じ値であったので、表２では試験前としてその結果を示してある。

表２に示すように、耐熱試験後の断熱配管１は、試料Ａ、試料Ｂ、試料Ｃ共に、試験前と同程度の温度差であり、高い断熱性能を維持していることがわかる。以上から、断熱配管１は、耐熱性を有していることがわかる。

１ 断熱配管
２ 配管
３ 断熱部材
４ 温水配管
５ 結束部材
６ａ、６ｂ、６ｃ 継手
７ スリット
８、９ 保護部材
１０ 固定部材

Claims (7)

1. 内部を流体が流通可能な配管と、
   前記配管を覆うように配置された断熱部材とを備え、
   前記配管がＳＣＲ触媒を用いる排気ガス浄化装置に用いられ、
   前記断熱部材が、独立気泡構造をしており、雰囲気との熱の交換による前記流体の温度上昇を抑制できることを特徴とする断熱配管。
2. 前記断熱部材が柔軟性を有していることを特徴とする請求項１に記載の断熱配管。
3. 前記断熱部材が長軸方向に沿ったスリットを備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の断熱配管。
4. 前記断熱部材は前記スリットが閉じるように閉塞部材で固定されていることを特徴とする請求項３に記載の断熱配管。
5. 前記配管が端部に少なくとも１つの継手を備えていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の断熱配管。
6. 前記配管と接するように配置され、加熱された流体が流通可能な温水配管をさらに備えていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の断熱配管。
7. 前記配管と前記温水配管とが結束部材によって固定されていることを特徴とする請求項６に記載の断熱配管。

Images