KR101608629B1 - 환원제 탱크 및 작업 차량 - Google Patents

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가부시키가이샤 고마쓰 세이사쿠쇼
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Abstract

환원제에 대한 열전달 효율을 향상시킬 수 있음과 함께, 환원제 탱크의 높이 방향에 있어서 환원제에 균일하게 열전달할 수 있는 환원제 탱크를 제공한다. 환원제 탱크는, 상면 및 저면을 가지며, 상면과 저면의 사이에서 환원제를 저류하는 공간을 구성하는 용기 본체와, 환원제와의 사이에서 열교환을 행하는 열교환기(40)를 구비하고 있다. 열교환기(40)는, 관통부(51, 61)와, 경사부(52)와, 경사부(62)를 갖고 있다. 관통부(51, 61)는, 용기 본체의 상면을 관통하여 공간 내로 연장되어 있다. 경사부(52)는, 관통부(51, 61)에 대하여 경사져 저면측으로 연장되어 있다. 경사부(62)는, 관통부(51, 61)가 연장되는 방향에 있어서, 경사부(52)와 상이한 위치에서, 관통부(51, 61)에 대하여 경사져 저면측으로 연장되어 있다.

Description

환원제 탱크 및 작업 차량{REDUCING AGENT TANK AND WORK VEHICLE}
본 발명은 환원제 탱크 및 작업 차량에 관한 것이다.
유압 쇼벨, 불도저, 휠로더 등의 작업 차량에는 배기 처리 장치가 탑재되어 있다. 배기 처리 장치로는, 예를 들면 디젤 미립자 포집 필터 장치(DPF), 디젤 산화 촉매 장치(DOC) 및 선택 환원 촉매 장치(SCR) 등이 존재한다. 특히 선택 환원 촉매 장치는, 배기 가스 중의 질소 산화물을 환원하여 배기 가스를 정화하는 것이다. 이 배기 처리에 이용되는 환원제는 환원제 탱크에 저류된다.
탱크 내에서 환원제가 동결되면, 환원제를 배기 처리 장치에 공급할 수 없게 된다. 이 때문에, 환원제 탱크 내에서의 환원제의 동결을 방지하기 위해, 환원제 탱크 내에 열교환기를 배치하여, 환원제를 가열하는 기술이 제안되어 있다. 예를 들면 일본 특허 공개 제2010-71263호 공보(특허문헌 1)에는, 요소수 가열용의 엔진 냉각수를 유통시키는 냉각수 파이프가, 탱크 본체의 상면의 개구를 폐색하는 천장 덮개로부터 아래쪽으로 드리워지고, 탱크 본체의 저부 부근에서 굴곡되어 수평으로 연장되어 접힘부에 도달하도록 구성된 요소수 탱크가 개시되어 있다.
특허문헌 1 : 일본 특허 공개 제2010-71263호 공보
열교환기는, 환원제에 대한 열전달 효율을 향상하기 위해, 환원제 탱크 내에서의 경로 길이를 길게 하여 표면적을 증대시키는 것이 바람직하다. 또한, 환원제 탱크 내에 있어서, 동결된 환원제를 균일하게 해동할 수 있는 것이 바람직하다.
본 발명은 상기 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 그 주요 목적은, 환원제에 대한 열전달 효율을 향상시킬 수 있고, 환원제 탱크의 높이 방향에 있어서 환원제에 균일하게 열전달할 수 있는 환원제 탱크를 제공하는 것이다.
본 발명의 환원제 탱크는, 용기 본체와 열교환기를 구비하고 있다. 용기 본체는, 상면 및 저면을 갖고 있고, 상면과 저면의 사이에서 환원제를 저류하는 공간을 구성하고 있다. 열교환기는, 환원제와의 사이에서 열교환을 행한다. 열교환기는, 관통부와, 제1 경사부와, 제2 경사부를 갖고 있다. 관통부는, 용기 본체의 상면을 관통하여 공간 내로 연장되어 있다. 제1 경사부는, 관통부에 대하여 경사져 저면측으로 연장되어 있다. 제2 경사부는, 관통부가 연장되는 방향에 있어서, 제1 경사부와 상이한 위치에서, 관통부에 대하여 경사져 저면측으로 연장되어 있다.
또, 본 명세서 중에서는, 환원제 및 환원제의 전구체를 「환원제」로 총칭하는 것으로 한다.
본 발명의 환원제 탱크에 의하면, 제1 및 제2 경사부를 마련하는 것에 의해, 열교환기의 경로 길이가 길어져, 열교환기의 표면적이 증대된다. 열교환기로부터 환원제로의 전열 면적을 증대시킬 수 있는 것에 의해, 환원제에 대한 열전달 효율을 향상시킬 수 있다. 제1 및 제2 경사부를 관통부가 연장되는 방향에 있어서 상이한 위치에 배치함으로써, 제1 경사부가 방열하는 위치와 제2 경사부가 방열하는 위치가, 용기 본체의 높이 방향에 있어서 상이해진다. 따라서, 환원제 탱크의 높이 방향에서의 환원제에 대한 전열 불균일을 저감할 수 있어, 환원제 탱크의 높이 방향에 있어서 환원제에 균일하게 열전달할 수 있다.
상기 환원제 탱크에 있어서, 열교환기는, 열교환 매체를 용기 본체 내로 유도하는 제1 관로와, 용기 본체로부터 열교환 매체를 유출시키는 제2 관로를 갖고 있다. 제1 관로는 제1 경사부를 포함하고 있다. 제2 관로는 제2 경사부를 포함하고 있다. 이와 같이 하면, 용기 본체를 평면도의 시점에서 본 경우에도, 제1 및 제2 경사부가 방열하는 위치를 상이하게 할 수 있어, 환원제에 대한 전열 불균일을 보다 효과적으로 저감할 수 있다.
상기 환원제 탱크에 있어서, 제1 경사부는 제2 경사부보다 상면 근처에 배치되어 있다. 환원제 탱크는, 용기 본체에 저류된 환원제를 흡출하는 흡출관을 더 구비하고 있다. 흡출관은, 제1 관로를 따라서 연장되는 부분을 갖고 있다. 제1 경사부를 제2 경사부보다 상면 근처에 배치함으로써, 흡출관을 제1 관로를 길게 따르게 할 수 있기 때문에, 흡출관의 해동 및 흡출관의 동결 방지에 유리한 환원제 탱크를 실현할 수 있다.
상기 환원제 탱크에 있어서, 제1 경사부의 관통부로부터 떨어진 쪽의 단부는, 제2 경사부의 관통부에 가까운 쪽의 단부보다 상면 근처에 배치되어 있다. 이와 같이 하면, 환원제 탱크의 높이 방향에 있어서 제1 및 제2 경사부가 중복되지 않는 배치로 할 수 있고, 제1 및 제2 경사부가 방열하는 위치를 보다 떨어진 위치로 할 수 있다. 따라서, 환원제에 대한 전열 불균일을 보다 효과적으로 저감할 수 있다.
상기 환원제 탱크는, 용기 본체의 상면으로부터 저면을 향하여 연장되는 센서 유닛을 더 구비하고 있다. 제1 경사부와 제2 경사부 중의 적어도 어느 하나는, 관통부로부터 멀어짐에 따라서 센서 유닛에 근접한다. 이와 같이 하면, 센서 유닛 및 센서 유닛 주변의 환원제에 효율적으로 열을 전달할 수 있어, 센서 유닛에 의한 환원제 상태의 검출 정밀도를 향상시킬 수 있다.
본 발명의 작업 차량은, 엔진과, 엔진으로부터의 배기 가스를 환원 반응에 의해 처리하는 배기 처리 장치와, 상기 어느 환원제 탱크와, 환원제 탱크로부터 흡출한 환원제를 배기 처리 장치로 유도되는 배기 가스에 대하여 분사하는 환원제 분사 장치를 구비하고 있다. 이에 따라, 환원제에 대한 열전달 효율을 향상시킬 수 있고, 환원제에 균일하게 열전달할 수 있는 환원제 탱크를 구비하고 있는 작업 차량을 제공할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 환원제에 대한 열전달 효율을 향상시킬 수 있고, 환원제 탱크의 높이 방향에서의 환원제에 대한 전열 불균일을 저감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에서의 작업 차량의 구성을 나타내는 개략 사시도이다.
도 2는 도 1에 나타내는 작업 차량에 있어서 선회 프레임 상에서의 환원제 탱크로부터 배기 처리 유닛까지의 환원제 배관의 경로를 나타내는 평면도이다.
도 3은 도 1에 나타내는 작업 차량에서의 환원제의 경로, 열교환용 매체의 경로, 및 엔진으로부터의 배기 가스의 배기 경로를 모식적으로 나타내는 기능도이다.
도 4는 환원제 탱크의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 5는 환원제 탱크의 일부를 파단하여 나타내는 일부 파단 단면도이다.
도 6은 환원제 탱크의 상면을 하측에서 본 사시도이다.
도 7은 환원제 탱크의 내부의, 열교환기의 선단 부근을 확대하여 나타내는 사시도이다.
도 8은 열교환기와, 흡출관 및 센서 유닛과의 배치를 나타내는 사시도이다.
도 9는 천장 덮개에 지지된 열교환기를 나타내는 사시도이다.
도 10은 도 9에 나타내는 천장 덮개 및 열교환기의 평면도이다.
도 11은 도 9에 나타내는 천장 덮개 및 열교환기의 측면도이다.
도 12는 도 9에 나타내는 천장 덮개 및 열교환기의 정면도이다.
도 13은 제1 관로 및 제2 관로의 배치의 제1 예를 나타내는 모식도이다.
도 14는 제1 관로 및 제2 관로의 배치의 제2 예를 나타내는 모식도이다.
도 15는 제1 관로 및 제2 관로의 배치의 제3 예를 나타내는 모식도이다.
도 16은 제1 관로 및 제2 관로의 배치의 제4 예를 나타내는 모식도이다.
도 17은 제1 관로 및 제2 관로의 배치의 제5 예를 나타내는 모식도이다.
도 18은 제1 관로 및 제2 관로의 배치의 제6 예를 나타내는 모식도이다.
이하, 본 실시형태에 관해 도면에 기초하여 설명한다.
우선, 본 발명의 사상을 적용 가능한 작업 차량의 일례인 유압 쇼벨의 구성에 관해 도 1을 이용하여 설명하지만, 본 발명은 휠로더, 불도저 등의 배기 처리 유닛을 포함하는 엔진 유닛을 구비한 작업 차량에 적용 가능하다.
도 1은, 본 발명의 일 실시형태에서의 작업 차량으로서의 유압 쇼벨(1)의 구성을 나타내는 개략 사시도이다. 도 1을 참조하여 보면, 유압 쇼벨(1)은, 하부 주행체(2)와, 상부 선회체(3)와, 작업기(4)를 주로 구비하고 있다. 하부 주행체(2)와 상부 선회체(3)에 의해 작업 차량 본체가 구성되어 있다.
하부 주행체(2)는 좌우 한 쌍의 크롤러 벨트(2a)를 갖고 있다. 하부 주행체(2)는, 한 쌍의 크롤러 벨트(2a)가 회전함으로써 자주(自走) 가능하게 구성되어 있다. 상부 선회체(3)는, 하부 주행체(2)에 대하여 선회 가능하게 설치되어 있다.
상부 선회체(3)는, 전방측 F(차량 앞쪽)의 좌측 L에, 오퍼레이터가 유압 쇼벨(1)을 조작하기 위한 공간을 구성하는 운전석(5)을 갖고 있다. 상부 선회체(3)는, 후방측 B(차량 뒤쪽)에, 엔진을 수납하는 엔진룸(6), 및 카운터 웨이트(7)를 갖고 있다. 또, 본 실시형태에서는, 오퍼레이터가 운전석(5) 내에 착석한 상태에서, 오퍼레이터의 전방측(정면측)을 상부 선회체(3)의 전방측 F로 하고, 이것과 반대측, 즉 오퍼레이터의 후방측을 상부 선회체(3)의 후방측으로 하며, 착석 상태에서의 오퍼레이터의 좌측을 상부 선회체(3)의 좌측 L로 하고, 오퍼레이터의 우측을 상부 선회체(3)의 우측 R로 한다. 이후는, 상부 선회체(3)의 전후좌우와 작업 차량의 전후좌우는 일치하는 것으로 한다. 또한 오퍼레이터의 상하 방향을 도면 중 화살표 Z로 나타내고 있다.
상부 선회체(3)는 선회 프레임(9)을 갖고 있다. 선회 프레임(9)은 작업 차량 본체에 포함되어 있다. 선회 프레임(9)은, 하부 주행체(2)의 상측에 배치되어 있고, 하부 주행체(2)에 대하여 선회 가능하게 설치되어 있다. 작업기(4), 운전석(5) 및 카운터 웨이트(7)는, 선회 프레임(9)에 탑재되어 있고, 선회 프레임(9)의 상면에 배치되어 있다. 또, 유압 쇼벨(1)은, 상부 선회체(3)를 하부 주행체(2)에 대하여 상대적으로 선회시키기 위한, 도시하지 않은 선회 장치를 구비하고 있다. 선회 장치는, 하부 주행체(2)에 지지된 선회 모터, 선회 프레임(9)에 지지된 기어 등으로 구성되어 있다.
토사의 굴착 등의 작업을 행하는 작업기(4)는, 상하 방향 Z로 작동 가능하게, 상부 선회체(3)에 의해 피봇 지지되어 있다. 작업기(4)는, 상부 선회체(3)의 전방측 F의 대략 중앙부에 상하 방향 Z로 작동 가능하게 부착된 붐(4a)과, 붐(4a)의 선단부에 전후 방향 F, B로 작동 가능하게 부착된 아암(4b)과, 아암(4b)의 선단부에 전후 방향 F, B로 작동 가능하게 부착된 버킷(4c)을 갖고 있다. 붐(4a), 아암(4b) 및 버킷(4c)은 각각, 유압 실린더(4d)에 의해 구동되도록 구성되어 있다.
작업기(4)는 운전석(5)에 대하여 우측 R에 설치되어 있다. 작업기(4)는, 상부 선회체(3)의 전방측 F의 좌측 L에 배치된 운전석(5)에 대하여, 운전석(5)의 한쪽 측부측인 우측 R에 설치되어 있다. 또, 운전석(5)과 작업기(4)의 배치는 도 1에 나타내는 예에 한정되는 것이 아니라, 예를 들면 상부 선회체(3)의 전방 우측에 배치된 운전석(5)의 좌측에 작업기(4)가 설치되어 있어도 좋다.
엔진룸(6)은, 카운터 웨이트(7)의 전방측 F에 인접하도록 선회 프레임(9)의 상측에 설치되어 있다. 선회 프레임(9)은 엔진룸(6)의 바닥 부분을 형성하고 있다. 엔진룸(6)은 엔진 후드(8)에 의해 상측으로부터 덮여 있다. 엔진 후드(8)는 엔진룸(6)의 천장 부분을 형성하고 있다. 카운터 웨이트(7)는, 엔진룸(6)의 후방측 B에 배치되어 있고, 엔진룸(6)의 후방측 B의 벽을 형성하고 있다. 엔진 후드(8)로부터 상측으로, 엔진으로부터 배출된 배기 가스를 유압 쇼벨(1)의 차밖으로 배출하는 배기통(15)이 돌출되어 있다.
카운터 웨이트(7)는, 굴착 작업 등에 있어서 유압 쇼벨(1)의 차체 밸런스를 유지하기 위해 선회 프레임(9)의 후단부에 설치되어 있다. 카운터 웨이트(7)는, 선회 프레임(9) 상에서의 엔진룸(6)의 후방측 B에 설치되어 있다. 카운터 웨이트(7)는, 예를 들어 강판을 조립하여 형성한 상자 내에 고철 및 콘크리트 등을 넣어 굳히는 것에 의해 형성되어 있다. 카운터 웨이트(7)의 후면은, 유압 쇼벨(1)의 후방측 B의 표면을 구성하고 있고, 매끄럽게 만곡된 형상을 갖고 있다.
다음으로, 본 실시형태의 작업 차량에서의 환원제 탱크로부터 배기 처리 유닛까지의 환원제 배관의 경로에 관해 도 2를 이용하여 설명한다. 도 2는, 도 1에 나타내는 작업 차량(유압 쇼벨)(1)에 있어서 선회 프레임(9) 상에서의 환원제 탱크로부터 배기 처리 유닛까지의 환원제 배관의 경로를 나타내는 평면도이다. 도 2를 참조하여 보면, 유압 쇼벨(1)은, 하부 주행체(2) 및 작업기(4)를 구동시키기 위한 동력원인 엔진(10)을 구비하고 있다. 엔진(10)은, 선회 프레임(9) 상에 탑재되어 있다. 엔진(10)은, 선회 프레임(9) 중 좌우 방향의 중앙측의 센터 프레임의 후방부에 탑재되어 있다. 엔진(10)은 엔진룸(6) 내에 수용되어 있다.
유압 쇼벨(1)은, 엔진룸(6) 내에, 엔진(10)으로부터 배출되는 배기 가스를 처리하여 정화하기 위한 배기 처리 유닛을 구비하고 있다. 배기 처리 유닛은, 엔진(10)의 상측에 배치되어 있고, 배기 처리 장치(12, 14)와, 중계 접속관(13)과, 배기통(15)과, 환원제의 분사 노즐(28)을 주로 구비하고 있다. 배기 처리 장치(12)는, 후술하는 배기관(11)(도 3)에 의해 엔진(10)과 접속되어 있다. 배기 처리 장치(14)는, 중계 접속관(13)에 의해 배기 처리 장치(12)와 접속되어 있다. 엔진(10)으로부터 배출되는 배기 가스는, 배기 처리 장치(12, 14)를 순서대로 통과하여, 배기통(15)으로부터 대기중에 배출된다. 엔진(10)으로부터의 배기 가스의 배출의 흐름에 대하여, 배기 처리 장치(12)는 엔진(10)의 하류측에 배치되어 있고, 배기 처리 장치(14)는 배기 처리 장치(12)의 하류측에 배치되어 있다.
배기 처리 장치(12)는, 엔진(10)으로부터 배출되는 배기 가스 중의 입자형 물질을 포집하여, 배기 가스 중의 입자형 물질의 농도를 저하시킨다. 배기 처리 장치(12)는, 예를 들면 디젤 미립자 포집 필터 장치이다. 배기 처리 장치(14)는, 환원제와의 반응에 의해 배기 가스 중에 포함되어 있는 질소 산화물을 환원하고, 질소 산화물을 무해한 질소 가스로 화학 변화하여, 배기 가스 중의 질소 산화물 농도를 저하시킨다. 배기 처리 장치(14)는, 예를 들면 선택 촉매 환원식의 탈초 장치이다. 중계 접속관(13)에는, 중계 접속관(13) 내에 환원제를 분사하기 위한 분사 노즐(28)이 설치되어 있다. 중계 접속관(13)은, 배기 가스에 환원제를 분사하여 혼합하는 믹싱 배관으로서의 기능을 갖고 있다.
유압 쇼벨(1)은 또한, 배기 처리 유닛에 환원제를 공급하기 위한 환원제 공급부를 구비하고 있다. 환원제 공급부는, 환원제 탱크(20) 및 환원제 펌프(22)를 구비하고 있다. 환원제 탱크(20) 및 환원제 펌프(22)는, 선회 프레임(9) 중 우측 R의 사이드프레임 상에 탑재되어 있다. 환원제 펌프(22)는, 엔진룸(6)에 대하여 전방측 F에 배치되어 있다. 환원제 탱크(20)는, 환원제 펌프(22)보다 전방측 F에 배치되어 있다. 환원제 탱크(20)는, 배기 처리 장치(14)에서 사용되는 환원제를 저류한다. 환원제로는, 예를 들면 요소수가 바람직하게 이용되지만, 이것에 한정되는 것은 아니다.
환원제 탱크(20)와 환원제 펌프(22)는, 이송 배관(21) 및 복귀 배관(23)에 의해 서로 연결되어 있다. 이송 배관(21)은, 환원제 탱크(20)로부터 환원제 펌프(22)로 환원제를 송출하기 위한 배관이다. 복귀 배관(23)은, 환원제 펌프(22)로부터 환원제 탱크(20)로 환원제를 복귀시키기 위한 배관이다. 환원제 펌프(22)와 분사 노즐(28)은, 압송 배관(25)에 의해 서로 연결되어 있다. 압송 배관(25)은, 환원제 펌프(22)로부터 분사 노즐(28)에 환원제를 이송하기 위한 배관이다.
환원제 탱크(20)로부터 이송 배관(21)을 경유하여 환원제 펌프(22)로 이송되어 온 환원제는, 환원제 펌프(22)에 있어서 둘로 분기된다. 배기 처리에 사용되지 않은 환원제는, 환원제 펌프(22)로부터 복귀 배관(23)을 경유하여 환원제 탱크(20)로 복귀된다. 배기 처리에 사용되는 환원제는, 환원제 펌프(22)로부터 압송 배관(25)을 경유하여 분사 노즐(28)에 도달하고, 분사 노즐(28)로부터 중계 접속관(13) 내에 분무된다.
엔진(10)으로부터의 배기 가스는, 중계 접속관(13)을 경유하여 배기 처리 장치(14)에 유입된다. 중계 접속관(13)은, 배기 가스의 흐름에 있어서, 배기 처리 장치(14)의 상류측에 설치되어 있다. 환원제 탱크(20)로부터 흡출된 환원제는, 중계 접속관(13)에 부착된 분사 노즐(28)을 경유하여, 중계 접속관(13) 내를 흐르는 배기 가스 중에 분사된다. 환원제는, 배기 처리 장치(14)에 대하여 배기 가스의 흐름의 상류측에 분사된다. 배기 가스 중에 분사되는 환원제의 양은, 배기 처리 장치(14)를 통과하는 배기 가스의 온도, 및 배기 가스 중의 질소 산화물의 농도에 기초하여 제어되고 있다.
다음으로, 본 실시형태의 작업 차량에서의 열교환용 매체의 경로와 환원제의 경로에 관해 도 3을 이용하여 설명한다. 도 3은, 본 실시형태의 작업 차량에서의 환원제의 경로, 열교환용 매체의 경로, 및 엔진으로부터의 배기 가스의 배기 경로를 모식적으로 나타내는 기능도이다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 엔진(10)으로부터 배출된 배기 가스는, 배기관(11), 배기 처리 장치(12), 중계 접속관(13), 배기 처리 장치(14)를 순서대로 거쳐 배기통(15)으로부터 차밖으로 배기된다. 배기 처리 장치(14)에 대하여 배기 가스의 흐름의 상류측의 중계 접속관(13)에 분사 노즐(28)이 설치되어 있다.
환원제 탱크(20)는, 환원제(90)를 저류하기 위한 용기 본체(33)를 갖고 있다. 용기 본체(33)의 내부에는, 환원제 탱크(20)로부터 유출되는 환원제(90)가 흐르는 흡출관(70)이 배치되어 있다. 흡출관(70)은 이송 배관(21)에 연결되어 있다. 환원제 탱크(20)로부터 흡출된 환원제(90)는, 환원제 펌프(22)에 의해 이송되고, 이송 배관(21) 및 압송 배관(25)을 순서대로 경유하여 분사 노즐(28)에 도달한다. 배기 처리에 사용되지 않은 환원제(90)는, 환원제 펌프(22)로부터 복귀 배관(23)을 경유하여 환원제 탱크(20)로 복귀된다.
분사 노즐(28)은, 환원제 탱크(20)로부터 흡출한 환원제(90)를 배기 처리 장치(14)에 대하여 배기 가스의 상류측에 분사하는 환원제 분사 장치로서의 기능을 갖고 있다. 분사 노즐(28)에 의해, 중계 접속관(13) 내를 흐르는 배기 가스 중에 환원제(90)가 공급된다. 배기 처리 장치(14)에 있어서, 배기 가스 중에 함유되는 질소 산화물이 환원제(90)와 반응함으로써, 배기 가스 중의 질소 산화물의 농도가 감소한다. 환원제(90)가 요소수인 경우, 중계 접속관(13) 내에 있어서 요소수는 분해되어 암모니아로 변화하고, 질소 산화물과 암모니아의 반응에 의해 질소 산화물은 무해한 질소 및 산소로 분해된다. 질소 산화물의 양이 적정치로 저하한 배기 가스는, 배기통(15)으로부터 배출된다.
환원제 탱크(20)의 내부에는, 환원제(90)와의 사이에서 열교환하는 매체(열교환 매체)가 흐르는 열교환기(40)가 배치되어 있다. 열교환 매체로는, 엔진(10)의 냉각수가 이용되고 있다. 열교환기(40)는, 열교환 매체를 환원제 탱크(20) 내로 유도하는 제1 관로(50)와, 환원제 탱크(20)로부터 열교환 매체를 유출시키는 제2 관로(60)를 갖고 있다. 제1 관로(50)는 냉각수 배관(17)에 연결되어 있다. 제2 관로(60)는 냉각수 배관(18)에 연결되어 있다. 냉각수 배관(18)에는, 라디에이터(16)와, 냉각수 펌프(19)가 설치되어 있다.
냉각수 펌프(19)의 구동에 의해, 엔진(10)의 냉각수는, 엔진(10), 열교환기(40), 라디에이터(16) 및 냉각수 펌프(19)를 순환하여 흐른다. 엔진(10)에서 가열된 냉각수는, 열교환기(40)에 있어서 환원제(90)와 열교환함으로써 냉각된다. 한편, 환원제(90)는, 냉각수로부터 열을 받는 것에 의해 가열된다. 라디에이터(16)는, 냉각수와 공기의 열교환을 행하여 냉각수를 냉각시키기 위한 열교환기이다. 라디에이터(16)에 있어서 냉각된 냉각수가 엔진(10)의 워터 재킷에 흐름으로써, 엔진(10)은 적절히 냉각된다.
이하, 환원제 탱크(20)의 구성에 관해 상세히 설명한다. 도 4는, 본 발명의 일 실시형태에서의 환원제 탱크(20)의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다. 환원제 탱크(20)는, 도 4에 나타낸 바와 같이 중공의 용기 본체(33)를 갖고 있다. 용기 본체(33)는, 대략 직사각형 상자형의 외형을 갖고 있다. 용기 본체(33)는, 상면(34), 측면(35a, 35c) 및 도 4에는 도시하지 않은 측면(35b, 35d), 및 도 4에는 도시하지 않은 저면(36)에 의해 구성되어 있다. 용기 본체(33)는, 상면(34)과 저면(36) 사이에서, 환원제를 저류하는 공간을 구성하고 있다. 용기 본체(33)는, 폴리에틸렌 등의 내식성이 우수한 수지 재료에 의해 일체로 성형되어 있다.
용기 본체(33)의 상면(34)에는, 환원제를 보충하기 위한 보충구(37)와, 도 4에는 도시하지 않은 후술하는 개구(31)(도 6)가 형성되어 있다. 개구(31)는, 원판형의 천장 덮개(30)에 의해 폐색되어 있다. 개구(31)의 주위에는, 볼트(32)를 체결하기 위한 바닥이 있는 볼트 구멍이 복수 형성되어 있다. 천장 덮개(30)의 외주부에는, 천장 덮개(30)를 두께 방향으로 관통하는 복수의 관통 구멍이 형성되어 있다. 천장 덮개(30)는, 체결 부재로서의 볼트(32)에 의해 용기 본체(33)에 착탈 가능하게 부착되어 있다. 상면(34)과 천장 덮개(30) 사이에는 O링 등의 시일 부재가 설치되어 있고, 이에 따라, 천장 덮개(30)를 상면(34)에 고정한 상태로 개구(31)는 액밀식으로 밀봉되어 있다. 천장 덮개(30)는, 예를 들어 강성이 우수한 금속 재료에 의해 성형되어 있다.
천장 덮개(30)에는 관통부(51, 61)가 부착되어 있다. 관통부(51, 61)는, 환원제와의 사이에서 열교환하는 열교환기의 일부를 구성하고 있다. 관통부(51)에는, 용기 본체(33) 내에 유입되는 매체가 흐른다. 관통부(61)에는, 용기 본체(33)로부터 유출되는 매체가 흐른다.
천장 덮개(30)에는, 환원제가 용기 본체(33)로부터 유출되는 유출구(71)와, 용기 본체(33)로 복귀되는 환원제가 흐르는 복귀구(79)가 부착되어 있다. 도 2, 도 3에 나타내는 이송 배관(21)의 단부는 유출구(71)에 연결되어 있다. 도 2, 도 3에 나타내는 복귀 배관(23)의 단부는 복귀구(79)에 연결되어 있다.
천장 덮개(30)에는, 부착 시트(81)가 볼트에 의해 착탈 가능하게 체결되어 있다. 부착 시트(81)는, 용기 본체(33) 내의 환원제의 수위, 환원제의 농도, 및 환원제의 온도를 계측하는 센서의 베이스부(86)를 지지하고 있다. 베이스부(86)로부터 돌출되도록 하네스(87)가 설치되어 있다. 하네스(87)의 선단에 커넥터(88)가 설치되어 있다. 계측된 환원제의 수위, 농도 및 온도의 값은, 하네스(87) 및 커넥터(88)를 경유하여, 도시하지 않은 컨트롤러에 출력된다.
천장 덮개(30)에는, 배기 구멍(91)과, 브리더(92)가 부착되어 있다. 보충구(37)로부터 용기 본체(33)에 환원제가 보충될 때, 용기 본체(33) 내에 존재했던 공기는, 배기 구멍(91)을 경유하여 용기 본체(33)의 밖으로 유출된다. 브리더(92)는, 용기 본체(33) 내의 공기압을 자동적으로 일정하게 유지하기 위해 설치되어 있다. 기온의 변화 때문에 용기 본체(33) 내의 공기가 팽창 또는 수축될 때, 브리더(92)를 경유하여 공기가 배출 또는 흡입되고, 이에 따라 용기 본체(33) 내의 압력이 일정하게 유지된다.
도 5는, 도 4에 나타내는 환원제 탱크의 일부를 파단하여 나타내는 일부 파단 단면도이다. 도 5를 참조하여 보면, 용기 본체(33)는, 측면(35a)에 대향하는 측면(35b), 도 4에 나타내는 측면(35c)에 대향하는 측면(35d), 및 상면(34)에 대향하는 저면(36)을 갖고 있다. 측면(35a)과 측면(35b)은 대략 평행하게 마련되어 있다. 측면(35c)과 측면(35d)은 대략 평행하게 마련되어 있다. 상면(34)과 저면(36)은 대략 평행하게 마련되어 있다.
도 6은, 환원제 탱크(20)의 상면(34)을 하측에서 본 사시도이다. 도 6을 참조하여 보면, 환원제 탱크(20)의 용기 본체(33)의 상면(34)에는, 상면(34)을 관통하는 개구(31)가 형성되어 있다. 개구(31)는 원형으로 형성되어 있다. 전술한 천장 덮개(30)는, 개구(31)를 상측으로부터 덮어 개구(31)를 막고 있다. 개구(31)의 직경은, 개구(31)를 막는 천장 덮개(30)의 직경보다 작다. 천장 덮개(30)에 고정된 관통부(51, 61)는, 용기 본체(33)의 상면(34)을 관통하여, 용기 본체(33)의 상면(34)으로부터 저면(36)으로 향하는 방향으로 연장되어 있다. 관통부(51, 61)는, 상면(34) 및 저면(36)에 직교하는 방향으로 연장되어 있다. 관통부(51, 61)는, 원판형의 천장 덮개(30)에 직교하는 방향으로 연장되어 있다.
도 7은, 환원제 탱크(20)의 내부의 열교환기(40)의 선단 부근을 확대하여 나타내는 사시도이다. 도 8은, 열교환기(40)와, 흡출관(70) 및 센서 유닛(80)과의 배치를 나타내는 사시도이다. 도 5~도 8을 적절하게 참조하여, 환원제 탱크(20) 중, 용기 본체(33)의 내부에 배치되어 있는 구성에 관해 설명한다.
환원제 탱크(20)의 용기 본체(33)의 내부에는, 환원제와의 사이에서 열교환하는 매체가 흐르는 열교환기(40)가 배치되어 있다. 열교환기(40)의 구조에 대해서는 이하에 상세히 기술한다.
용기 본체(33)의 내부에는, 용기 본체(33)에 저류된 환원제(90)를 흡출하는 흡출관(70)(도 6)이 배치되어 있다. 흡출관(70)은, 천장 덮개(30)에 부착된 유출구(71)를 갖고 있다. 흡출관(70)은 또한, 상측 수직 연장부(72)와, 경사부(73)와, 하측 수직 연장부(74)를 갖고 있다. 상측 수직 연장부(72)는, 유출구(71)와 동일직선 상에, 천장 덮개(30)로부터 아래로 드리워져 연장되어 있다. 경사부(73)는, 상측 수직 연장부(72)의 하단에 접속되어 있고, 상측 수직 연장부(72)에 대하여 경사져 천장 덮개(30)로부터 멀어지는 쪽으로 연장되어 있다. 하측 수직 연장부(74)는, 경사부(73)의 하단에 접속되어 있고, 상측 수직 연장부(72)와 평행하게 연장되어 있다.
상측 수직 연장부(72) 및 하측 수직 연장부(74)는, 용기 본체(33)의 측면(35a~35d)에 평행하게 연장되어 있고, 용기 본체(33)의 상면(34) 및 저면(36)에 대하여 수직으로 연장되어 있다. 경사부(73)는, 용기 본체(33)의 상면(34), 측면(35a~35d) 및 저면(36)에 대하여 경사진 방향으로 연장되어 있다.
흡출관(70)은 또한, 연신부(75)(도 12 참조)와, 스트레이너(여과기)(76)를 갖고 있다. 연신부(75)는, 하측 수직 연장부(74)의 하단에 접속되어 있고, 용기 본체(33)의 저면(36)을 따라서 측면(35a)을 향하여 연장되어 있다. 스트레이너(76)는, 흡출관(70)의 선단 부분을 형성하고 있다. 용기 본체(33) 내에 저류된 환원제가, 스트레이너(76)를 경유하여 흡출관(70) 내에 유입된다. 스트레이너(76)는, 용기 본체(33) 내의 불순물을 여과하여, 불순물이 흡출관(70) 내에 유입되는 것을 방지하기 위해 설치되어 있다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 용기 본체(33) 내의 환원제의 양이 적어지더라도, 흡출관(70)으로부터 환원제를 흡출할 수 있도록, 스트레이너(76)는 용기 본체(33)의 저면(36) 가까이에 배치되어 있다.
용기 본체(33)의 저면(36) 상에 지지판(77)이 놓여 있다. 지지판(77)으로부터 용기 본체(33)의 상면(34)을 향하여, 판형 지지부(78)가 돌기되어 있다. 판형 지지부(78)의 선단 부근에 있어서, 스트레이너(76)는 판형 지지부(78)에 볼트를 이용하여 고정되어 있다. 스트레이너(76)는, 지지판(77) 및 판형 지지부(78)를 통해 용기 본체(33)의 저면(36)에 지지되어 있다. 이에 따라, 흡출관(70)의 강성이 향상되어 있다.
용기 본체(33)의 내부에는 센서 유닛(80)이 배치되어 있다. 센서 유닛(80)은 하네스(82)와, 수위계(83)와, 농도 및 온도계(85)를 갖고 있다. 하네스(82) 및 수위계(83)는, 홀더(84)에 의해 천장 덮개(30)의 하면에 부착되어 있다. 하네스(82) 및 수위계(83)는, 천장 덮개(30)로부터 아래로 드리워져 용기 본체(33)의 저면(36)을 향하여 연장되어 있다. 하네스(82) 및 수위계(83)의 하단에 농도 및 온도계(85)가 부착되어 있다.
수위계(83)는 그 내부에 플로우트를 갖고 있다. 플로우트는 환원제의 액면에 위치하고 있다. 이 플로우트의 높이 위치 정보에 기초하여, 용기 본체(33) 내부의 환원제의 수위가 검출된다. 농도 및 온도계(85)는 환원제의 농도 및 온도를 계측한다. 계측된 환원제의 수위, 농도 및 온도의 값에 관한 신호는, 하네스(82)를 경유하여 도 4, 도 5에 나타내는 베이스부(86)에 전달되고, 또한 하네스(87) 및 커넥터(88)를 경유하여, 도시하지 않은 컨트롤러에 출력된다.
센서 유닛(80)은, 클램프부(120)를 통해 전열 플레이트(110)에 지지되어 있다. 이에 따라, 센서 유닛(80)의 강성이 향상되어 있다. 전열 플레이트(110)의 상세한 것은 후술한다.
도 9는, 천장 덮개(30)에 지지된 열교환기(40)를 나타내는 사시도이다. 도 10은, 도 9에 나타내는 천장 덮개(30) 및 열교환기(40)의 평면도이다. 도 11은, 도 9에 나타내는 천장 덮개(30) 및 열교환기(40)의 측면도이다. 도 12는, 도 9에 나타내는 천장 덮개(30) 및 열교환기(40)의 정면도이다. 도 9~도 12 및 도 5~도 8을 적절하게 참조하여, 환원제와의 사이에서 열교환을 행하는 열교환기(40)의 구조에 관해 설명한다.
열교환기(40)는, 수직 하강부(41)와, 병행부(44)와, 선단 굴곡부(45)를 갖고 있다. 수직 하강부(41)는, 열교환기(40) 중 용기 본체(33)의 상면(33)으로부터 저면(36)을 향하여 연장되는 부분이다. 병행부(44)는, 열교환기(40) 중 수직 하강부(41)의 하단에 접합되어 있고, 용기 본체(33)의 저면(36)을 따라서 수평으로 연장되는 부분이다. 선단 굴곡부(45)는 병행부(44)의 선단에 접합되어 있다. 선단 굴곡부(45)는, 병행부(44)에 대하여 굴곡되어 있고, 용기 본체(33)의 측면(35a)을 따라서 상측으로 연장되어 있다. 선단 굴곡부(45)는, 열교환기(40)의 선단 부분을 형성하고 있다.
수직 하강부(41), 병행부(44) 및 선단 굴곡부(45)는, 대략 U자형의 관재를 굽힘 가공함으로써 일체로 형성되어 있다. 또는, 수직 하강부(41), 병행부(44) 및 선단 굴곡부(45)의 각각을 구성하는 관재를, 예를 들어 용접에 의해 맞붙임으로써 열교환기(40)를 형성해도 상관없다.
열교환기(40)를 다른 관점에서 보면, 열교환기(40)는, 열교환 매체를 용기 본체(33) 내로 유도하는 제1 관로(50)(도 9)와, 용기 본체(33)로부터 열교환 매체를 유출시키는 제2 관로(60)와, 접힘부(59)를 갖고 있다. 제1 관로(50)와 제2 관로(60)는, 접힘부(59)를 통해 서로 연통하고 있다.
제1 관로(50)는 관통부(51)와, 경사부(52)와, 하측 수직 연장부(53)와, 연신부(54)와, 상승부(55)를 갖고 있다. 관통부(51)는, 용기 본체(33)의 상면(34)을 관통하여, 용기 본체(33)의 내부의 공간 내로 연장되어 있다. 경사부(52)는 관통부(51)의 하단에 접속되어 있다. 경사부(52)는, 관통부(51)에 대하여 경사져 저면(36)측으로 연장되는 제1 경사부로서 마련되어 있다. 하측 수직 연장부(53)는, 경사부(52)의 하단에 접속되어 있고, 관통부(51)와 평행하게 연장되어 있다.
관통부(51) 및 하측 수직 연장부(53)은, 용기 본체(33)의 측면(35a~35d)에 평행하게 연장되어 있고, 용기 본체(33)의 상면(34) 및 저면(36)에 대하여 수직으로 연장되어 있다. 경사부(52)는, 용기 본체(33)의 상면(34), 측면(35a~35d) 및 저면(36)에 대하여 경사지는 방향으로 연장되어 있다.
연신부(54)는 하측 수직 연장부(53)의 하단에 접합되어 있고, 용기 본체(33)의 저면(36)을 따라서 용기 본체(33)의 측면(35a)을 향하여 연장되어 있다. 상승부(55)는, 연신부(54)의 선단에 접합되어 있고, 용기 본체(33)의 측면(35a)을 따라서 용기 본체(33)의 상면(34)을 향하여 연장되어 있다.
용기 본체(33)의 상면(34)으로부터 저면(36)으로 향하여 연장되는 수직 하강부(41)는, 제1 관로(50) 중 관통부(51), 경사부(52) 및 하측 수직 연장부(53)를 포함하여 구성되어 있다. 제1 관로(50)에 포함되는 수직 하강부(41)에 2개소의 굴곡이 형성되고, 이 굴곡에 의해 경사부(52)가 형성되어 있다. 병행부(44)는, 제1 관로(50) 중 연신부(54)를 포함하여 구성되어 있다. 선단 굴곡부(45)는, 제1 관로(50) 중 상승부(55)를 포함하여 구성되어 있다.
제2 관로(60)는 관통부(61)와, 경사부(62)와, 하측 수직 연장부(63)와, 연신부(64)와, 상승부(65)를 갖고 있다. 관통부(61)는, 용기 본체(33)의 상면(34)을 관통하여, 용기 본체(33)의 내부의 공간 내로 연장되어 있다. 경사부(62)는 관통부(61)의 하단에 접속되어 있다. 경사부(62)는, 관통부(61)에 대하여 경사져 저면(36)측으로 연장되는 제2 경사부로서 마련되어 있다. 하측 수직 연장부(63)는, 경사부(62)의 하단에 접속되어 있고, 관통부(61)와 평행하게 연장되어 있다.
관통부(61) 및 하측 수직 연장부(63)는, 용기 본체(33)의 측면(35a~35d)에 평행하게 연장되어 있고, 용기 본체(33)의 상면(34) 및 저면(36)에 대하여 수직으로 연장되어 있다. 경사부(62)는, 용기 본체(33)의 상면(34), 측면(35a~35d) 및 저면(36)에 대하여 경사지는 방향으로 연장되어 있다.
연신부(64)는, 하측 수직 연장부(63)의 하단에 접합되어 있고, 용기 본체(33)의 저면(36)을 따라서 용기 본체(33)의 측면(35a)을 향하여 연장되어 있다. 상승부(65)는, 연신부(64)의 선단에 접합되어 있고, 용기 본체(33)의 측면(35a)을 따라서 용기 본체(33)의 상면(34)을 향하여 연장되어 있다.
용기 본체(33)의 상면(34)으로부터 저면(36)으로 향하여 연장되는 수직 하강부(41)는, 제2 관로(60) 중 관통부(61), 경사부(62) 및 하측 수직 연장부(63)를 포함하여 구성되어 있다. 제2 관로(60)에 포함되는 수직 하강부(41)에 2개소의 굴곡이 형성되고, 이 굴곡에 의해 경사부(62)가 형성되어 있다. 병행부(44)는, 제2 관로(60) 중 연신부(64)를 포함하여 구성되어 있다. 선단 굴곡부(45)는, 제2 관로(60) 중 상승부(65)를 포함하여 구성되어 있다.
관통부(51, 61) 및 하측 수직 연장부(53, 63)는, 각각 서로 평행하게 배치되어 있다. 연신부(54, 64)는 서로 평행하게 배치되어 있다. 연신부(54, 64)는, 하측 수직 연장부(53, 63)에 대하여 직교하는 방향으로 연장되어 있다.
선단 굴곡부(45)는, 제1 관로(50)의 상승부(55), 제2 관로(60)의 상승부(65), 및 제1 관로(50)와 제2 관로(60)를 연통하는 접힘부(59)에 의해 형성되어 있다. 선단 굴곡부(45) 중 용기 본체(33)의 상면(34)에 가장 가까운 점에서의 열교환기(40)가 연장되는 방향에 직교하고, 그 가장 가까운 점을 포함하는 단면이 접힘부(59)를 형성하고 있다. 선단 굴곡부(45) 중 용기 본체(33)의 상면(34)에 가장 가까운 점을 포함하고, 용기 본체(33)의 측면(35c, 35d)에 평행한 열교환기(40)의 단면이, 접힘부(59)를 형성하고 있다. 선단 굴곡부(45)는 역 U자형으로 형성되어 있다.
수직 하강부(41)에 있어서, 제1 관로(50) 및 제2 관로(60) 사이의 거리는 대략 일정하게 되어 있다. 병행부(44)에 있어서, 제1 관로(50) 및 제2 관로(60) 사이의 거리는 대략 일정하게 되어 있다. 선단 굴곡부(45)에 있어서, 제1 관로(50) 및 제2 관로(60) 사이의 거리는, 접힘부(59)에 근접함에 따라서 작아지고 있다.
도 8에 나타낸 바와 같이, 제1 관로(50)에 포함되어 있는 경사부(52)와, 제2 관로(60)에 포함되어 있는 경사부(62)는, 각각 관통부(51, 61)로부터 멀어짐에 따라서 센서 유닛(80)에 근접하도록, 관통부(51, 61)에 대하여 경사져 있다. 센서 유닛(80)은, 제1 관로(50)의 하측 수직 연장부(53)와 제2 관로(60)의 하측 수직 연장부(63) 사이의 위치에 배치되어 있다. 센서 유닛(80) 및 센서 유닛(80) 주변의 환원제에 대하여, 보다 효율 좋은 열전달이 행해지도록, 열교환기(40)는 센서 유닛(80)에 접근하여 배치되어 있다.
환원제가 흐르는 흡출관(70)의 경사부(73)(도 6)는, 상측 수직 연장부(72)로부터 멀어짐에 따라서 제1 관로(50)에 근접하도록, 상측 수직 연장부(72)에 대하여 경사져 있다. 흡출관(70)의 하측 수직 연장부(74)는, 제1 관로(50)의 하측 수직 연장부(53)와 평행하게 배치되어 있고, 제1 관로(50)의 하측 수직 연장부(53)를 따라서 연장되어 있다. 제1 관로(50)의 하측 수직 연장부(53)와 흡출관(70)의 하측 수직 연장부(74) 사이의 간격은 최소화되어 있다. 예를 들면, 하측 수직 연장부(53, 74) 사이의 거리를, 제1 관로(50)를 형성하는 배관의 외경 이하로 해도 좋다. 흡출관(70) 및 흡출관(70) 주변의 환원제에 대하여, 보다 효율 좋은 열전달이 행해지도록, 열교환기(40)는 흡출관(70)에 접근하여 배치되어 있다.
흡출관(70)의 선단의 스트레이너(76)는, 열교환기(40)의 수직 하강부(41) 및 선단 굴곡부(45)에 의해 측방의 2방향이 덮이고, 병행부(44)에 의해 하측이 덮이도록 배치되어 있다. 스트레이너(76)의 주변에 열교환기(40)를 배치함으로써, 스트레이너(76)의 근방의 환원제에 대한 열전달이 우선적으로 행해져, 환원제가 동결된 경우에 스트레이너(76) 근방의 환원제를 우선적으로 해동할 수 있는 구성으로 되어 있다.
제1 관로(50)의 관통부(51)의 길이는 제2 관로(60)의 관통부(61)의 길이보다 작다. 제1 관로(50)의 경사부(52)와 제2 관로(60)의 경사부(62)는, 서로 대략 평행하게 배치되어 있다. 제1 관로(50)의 경사부(52)는, 제2 관로(60)의 경사부(62)보다 용기 본체(33)의 상면(34) 근처에 배치되어 있다. 제2 관로(60)의 경사부(62)는, 관통부(51, 61)가 연장되는 방향에 있어서, 제1 관로(50)의 경사부(52)와 상이한 위치에 배치되어 있다.
열교환기(40)의 수직 하강부(41)는, 개구(31)를 폐색하는 천장 덮개(30)에 부착되어 있고, 천장 덮개(30)로부터 아래로 드리워져 있다. 천장 덮개(30)의 두께 방향에서 본 경우에, 수직 하강부(41)는, 개구(31)를 형성하는 원의 내측에 배치되어 있다. 경사부(52, 62)는, 관통부(51, 61)가 연장되는 방향을 따르는 개구(31)의 투영에 해당하는 영역 내에서, 관통부(51, 61)에 대하여 경사져 있다. 이에 따라, 천장 덮개(30)를 용기 본체(33)의 상면(34)으로부터 제거하여, 천장 덮개(30)를 상면(34)에 직교하는 방향(도 10에 나타내는 지면 수직 방향)으로 들어 올림으로써, 개구(31)를 경유하여 수직 하강부(41)를 용기 본체(33)의 외부로 꺼내는 것이 가능하게 되어 있다.
도 12에 나타낸 바와 같이, 제1 관로(50)의 경사부(52)의 관통부(51)로부터 떨어진 쪽의 단부(52a)는, 제2 관로(60)의 경사부(62)의 관통부(61)에 가까운 쪽의 단부(62b)보다, 용기 본체(33)의 상면(34) 근처에 배치되어 있다. 관통부(51, 61)가 연장되는 방향에 있어서, 제1 관로(50)의 경사부(52)와 제2 관로(60)의 경사부(62)는, 서로 거리를 두고 배치되어 있다.
도 9에 나타낸 바와 같이, 제1 관로(50)와 제2 관로(60)의 양자 모두에 걸쳐 전열 플레이트(110)가 설치되어 있다. 전열 플레이트(110)는, 평판형상의 제1 평판부(111)와, 평판형상의 제2 평판부(112)를 갖고 있다. 전열 플레이트(110)는, 제1 평판부(111)와 제2 평판부(112)를 연결하는 굴곡부(113)를 갖고 있다. 전열 플레이트(110)는, 1장의 평판이 굴곡 가공되어 형성되어 있다.
전열 플레이트(110)는, 관통부(51, 61)가 연장되는 방향에서의 제1 관로(50)의 경사부(52)와 제2 관로(60)의 경사부(62) 사이에 설치되어 있다. 제1 평판부(111)는, 경사부(52)보다 용기 본체(33)의 상면(34)으로부터 떨어진 쪽의 하측 수직 연장부(53)에, 예를 들면 용접에 의해 고정되어 있다. 제2 평판부(112)는, 경사부(62)보다 용기 본체(33)의 상면(34)에 가까운 쪽의 관통부(61)에, 예를 들면 용접에 의해 고정되어 있다. 전열 플레이트(110)는, 제1 관로(50) 및 제2 관로(60) 양자 모두에 고정되어 있다.
제1 평판부(111)의 하단부에는 클램프부(120)(도 8)가 부착되어 있다. 클램프부(120)는, 센서 유닛(80) 중, 하네스(82) 및 수위계(83)의 주위를 둘러싸고, 센서 유닛(80)을 지지하고 있다. 열교환기(40), 전열 플레이트(110) 및 센서 유닛(80)에 의해 입체적인 지지 구조가 형성되어 있고, 이에 따라 열교환기(40) 및 센서 유닛(80)의 강성이 향상되어 있다.
다음으로, 본 실시형태의 작용 효과에 관해 설명한다.
본 실시형태의 환원제 탱크(20)에 의하면, 도 6에 나타낸 바와 같이, 열교환기(40)는, 용기 본체(33)의 상면(34)을 관통하여 용기 본체(33)의 내부 공간으로 연장되는 관통부(51, 61)를 갖고 있다. 도 9 및 도 12에 나타낸 바와 같이, 열교환기(40)는, 관통부(51, 61)에 대하여 경사져 저면(36)측으로 연장되는 경사부(52)와, 관통부(51, 61)가 연장되는 방향에 있어서, 경사부(52)와 상이한 위치에서 관통부(51, 61)에 대하여 경사져 저면(36)측으로 연장되는 경사부(62)를 갖고 있다.
환원제의 온도가 낮아진 경우, 열교환기(40)의 내부에는, 엔진(10)에서 가열된 냉각수가 순환하여 흐른다. 열교환기(40)의 내부를 흐르는 냉각수는, 용기 본체(33) 내에 저류된 환원제보다 온도가 높다. 그 때문에, 열교환기(40)로부터 환원제로의 방열이 행해진다. 경사부(52, 62)를 마련하는 것에 의해, 열교환기(40)의 경로 길이가 길어지고, 열교환기(40)의 표면적이 증대된다. 열교환기(40)로부터 환원제로의 전열 면적을 증대시킬 수 있는 것에 의해, 환원제에 대한 열전달 효율을 향상시킬 수 있다.
경사부(52, 62)를 관통부(51, 61)가 연장되는 방향에 있어서 상이한 위치에 배치함으로써, 경사부(52)가 방열하는 위치와 경사부(62)가 방열하는 위치가, 환원제 탱크(20)의 용기 본체(33)의 높이 방향에 있어서 상이해진다. 따라서, 환원제 탱크(20)의 높이 방향에서의 환원제에 대한 전열 불균일을 저감할 수 있고, 환원제 탱크(20)의 높이 방향에 있어서 환원제에 균일하게 열전달할 수 있다.
또한 열교환기(40)는, 제1 관로(50)와 제2 관로(60)를 갖고 있다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 제1 관로(50)는, 엔진(10)의 냉각수를 용기 본체(33) 내로 유도하는 경로이다. 제2 관로(60)는, 엔진(10)의 냉각수를 용기 본체(33)로부터 유출시키는 경로이다. 도 9에 나타낸 바와 같이, 경사부(52)는 제1 관로(50)에 포함되어 있고, 경사부(62)는 제2 관로(60)에 포함되어 있다. 이와 같이 하면, 용기 본체(33)를 평면도의 시점에서 본 경우에도, 경사부(52, 62)가 방열하는 위치를 상이하게 할 수 있다. 이에 따라, 환원제에 대한 전열 불균일을 보다 효과적으로 저감할 수 있다.
또한 도 9에 나타낸 바와 같이, 경사부(52)는, 경사부(62)보다 용기 본체(33)의 상면(34) 근처에 배치되어 있다. 경사부(52)에는, 용기 본체(33) 내에 유입된 직후의 냉각수가 흐르고, 경사부(62)에는, 제1 관로(50)로부터 하측 수직 연장부(63)까지의 경로를 경유하여 흐른 후의 냉각수가 흐르기 때문에, 경사부(52)를 흐르는 냉각수의 온도가 경사부(62)를 흐르는 냉각수의 온도보다 높다. 보다 고온의 냉각수가 흐르는 경사부(52)로부터 환원제로의 방열이 행해짐으로써, 개구(31) 근처의 환원제를 효율적으로 가열할 수 있다.
또한 도 12에 나타낸 바와 같이, 경사부(52)의 관통부(51)로부터 떨어진 쪽의 단부(52a)는, 경사부(62)의 관통부(61)에 가까운 쪽의 단부(62b)보다 용기 본체(33)의 상면(34) 근처에 배치되어 있다. 이와 같이 하면, 환원제 탱크(20)의 높이 방향에 있어서 경사부(52, 62)가 중복되지 않는 배치로 할 수 있고, 경사부(52)가 방열하는 위치와 경사부(62)가 방열하는 위치를, 보다 떨어진 위치로 할 수 있다. 따라서, 환원제에 대한 전열 불균일을 보다 효과적으로 저감할 수 있다.
또한 도 8, 도 11에 나타낸 바와 같이, 환원제 탱크(20)는, 용기 본체(33)에 저류된 환원제를 흡출하는 흡출관(70)을 더 구비하고 있다. 흡출관(70)은, 제1 관로(50)를 따라서 연장되는 부분을 갖고 있다. 이와 같이 하면, 흡출관(70) 내를 흐르는 환원제를 효율적으로 가열할 수 있기 때문에, 흡출관(70) 내에서의 환원제의 동결을 보다 확실하게 억제할 수 있다. 경사부(52)를 경사부(62)보다 용기 본체(33)의 상면(34) 가까이에 배치함으로써, 흡출관(70)을 제1 관로(50)를 길게 따르게 할 수 있기 때문에, 흡출관(70)의 해동 및 흡출관(70)의 동결 방지에 유리한 환원제 탱크(20)를 실현할 수 있다.
제1 관로(50)에 포함되어 있는 경사부(52)의 관통부(51)에 대한 경사 방향은, 관통부(51)로부터 멀어짐에 따라서 흡출관(70)에 근접하는 방향이다. 경사부(52)는, 관통부(51)로부터 멀어짐에 따라서 흡출관(70)에 근접하도록, 관통부(51)에 대하여 경사져 있다. 이와 같이 제1 관로(50)를 경사시킴으로써, 제1 관로(50)의 하측 수직 연장부(53)를 흡출관(70)의 하측 수직 연장부(74)를 따르게 하여 배치하는 것이 가능해진다. 흡출관(70) 근처에 제1 관로(50)를 배치함으로써, 흡출관(70) 및 흡출관(70) 주변의 환원제에 대하여 효율적으로 열전달을 행할 수 있다.
또한 도 8에 나타낸 바와 같이, 환원제 탱크(20)는, 용기 본체(33)의 상면(34)으로부터 저면(36)으로 향하여 연장되는 센서 유닛(80)을 더 구비하고 있다. 경사부(52, 62)는, 관통부(51, 61)로부터 멀어짐에 따라서, 센서 유닛(80)에 접근하고 있다.
열교환기(40)와 센서 유닛(80)은, 모두 천장 덮개(30)에 부착되며, 천장 덮개(30)의 위치에 있어서 간격을 두고 배치되어 있다. 용기 본체(33)의 내부에 있어서 열교환기(40)를 굴곡시키고, 경사부(52, 62)를 센서 유닛(80)에 근접하도록 배치하면, 경사부(52, 62)보다 하측의 하측 수직 연장부(53, 63)는 센서 유닛(80)을 따라서 연장되도록 배치되게 된다. 이에 따라, 센서 유닛(80) 및 센서 유닛(80)의 주변의 환원제에 효율적으로 열을 전달할 수 있어, 환원제의 동결이 센서 유닛(80)의 검출 정밀도를 악화시키는 문제를 회피할 수 있다. 따라서, 센서 유닛(80)에 의한 환원제의 상태의 검출 정밀도를 향상시킬 수 있다.
도 2, 도 3을 참조하여 보면, 본 실시형태의 작업 차량으로서의 유압 쇼벨(1)은, 엔진(10)과, 엔진(10)으로부터의 배기 가스를 환원 반응에 의해 처리하는 배기 처리 장치(14)와, 상기 환원제 탱크(20)와, 환원제 탱크(20)로부터 흡출한 환원제를 배기 처리 장치(14)로 유도되는 배기 가스에 대하여 분사하는 분사 노즐(28)을 구비하고 있다. 이에 따라, 환원제에 대한 열전달 효율을 향상시킬 수 있고, 환원제에 균일하게 열전달할 수 있는 환원제 탱크(20)를 구비하고 있는 유압 쇼벨(1)을 제공할 수 있다.
도 13~도 18은, 제1 관로(50) 및 제2 관로(60)의 배치의 예를 나타내는 모식도이다. 도 13~도 18에 나타낸 바와 같이, 제1 관로(50)의 경사부(52)는, 관통부(51)로부터 떨어진 쪽의 단부(52a)와, 관통부(51)에 가까운 쪽의 단부(52b)를 갖고 있다. 제2 관로(60)의 경사부(62)는, 관통부(61)로부터 떨어진 쪽의 단부(62a)와, 관통부(61)에 가까운 쪽의 단부(62b)를 갖고 있다. 관통부(51, 61)는, 용기 본체(33)의 개구(31)로부터 아래쪽으로 연장되도록 배치되어 있다.
지금까지의 실시형태의 설명에 있어서는, 도 13에 나타낸 바와 같이, 경사부(52)의 관통부(51)로부터 떨어진 쪽의 단부(52a)가, 경사부(62)의 관통부(61)에 가까운 쪽의 단부(62b)보다, 용기 본체(33)의 상면(34) 근처에 배치되어 있는 예에 관해 설명했다. 본 실시형태의 경사부(52, 62)는 이러한 배치에 한정되는 것은 아니다. 즉, 경사부(52, 62)는, 관통부(51, 61)가 연장되는 방향에 있어서 서로 다른 위치에 배치되어 있으면 된다.
경사부(52, 62)가 서로 다른 위치인 경우에는, 도 14~도 17에 나타내는 양태도 포함된다. 상세하게는, 경사부(52, 62)가 서로 다른 위치인 경우란, 도 14에 나타내는, 단부(52a, 62a)가 개구(31)로부터 동일한 거리만큼 떨어져 있지만, 단부(52b, 62b)의 각각과 개구(31)와의 거리가 상이하고, 단부(62b)가 단부(52b)보다 개구(31)로부터 떨어져 있는 경우를 포함한다. 또한, 도 15에 나타내는, 단부(52b, 62b)가 개구(31)로부터 동일한 거리만큼 떨어져 있지만, 단부(52a, 62a)의 각각과 개구(31)와의 거리가 상이하고, 단부(62a)가 단부(52a)보다 개구(31)로부터 떨어져 있는 경우를 포함한다. 또한, 도 16에 나타내는, 단부(62b)가 단부(52b)보다 개구(31)로부터 떨어져 있고, 단부(52a)가 단부(62b)보다 개구(31)로부터 떨어져 있으며, 단부(62a)가 단부(52a)보다 개구(31)로부터 떨어져 있는 경우를 포함한다. 또한, 도 17에 나타내는, 단부(62b)가 단부(52b)보다 개구(31)로부터 떨어져 있고, 단부(52a)가 단부(62a)보다 개구(31)로부터 떨어져 있는 경우를 포함한다.
경사부(52, 62)는, 도 13과 같이, 관통부(51, 61)가 연장되는 방향에 있어서, 경사부(52, 62)가 중복되지 않는 위치에 배치되어 있어도 좋다. 또한, 도 14~도 16에 나타낸 바와 같이, 관통부(51, 61)가 연장되는 방향에 있어서, 경사부(52, 62)는, 그 일부가 서로 중복되는 위치에 배치되어 있어도 좋다. 또는 도 17에 나타낸 바와 같이, 경사부(52, 62)의 한쪽 전부가 다른쪽에 중복되도록 경사부(52, 62)가 배치되어 있어도 좋다.
경사부(52)가 경사부(62)보다 용기 본체(33)의 상면(34)에 가까운 배치란, 도 13에 나타내는 경사부(52)의 전부가 경사부(62)보다 상면(34)에 가깝게 배치되어 있는 경우와, 도 14~도 16에 나타내는 경사부(52)의 일부가 경사부(62)보다 상면(34)에 가깝게 배치되어 있는 경우 모두를 포함하는 개념이며, 경사부(52)의 일부가 경사부(62)와 중복되어 있는 것은 허용된다고 이해해야 한다.
관통부(51, 61)에 대한 경사부(52, 62)의 경사 각도는, 도 13, 도 16에 나타낸 바와 같이 서로 같아도 좋다. 또는, 도 14, 도 15, 도 17에 나타낸 바와 같이, 관통부(51)에 대한 경사부(52)의 경사 각도가, 관통부(61)에 대한 경사부(62)의 경사 각도와 상이해도 좋다.
또한, 지금까지의 설명에 있어서는, 제1 관로(50)와 제2 관로(60) 양자 모두에 경사부가 마련되어 있는 예에 관해 설명했지만, 이러한 구성에 한정되는 것은 아니다. 도 18에 나타낸 바와 같이, 제1 관로(50)를 4개소 이상 굴곡시켜 복수의 경사부를 마련하는 한편, 제2 관로(60)는 경사부를 마련하지 않고 직관형상인 구성으로 해도 좋다. 도 18에 나타내는 구성 대신, 제1 관로(50)를 직관형상으로 하고 제2 관로(60)에 복수의 경사부를 마련해도 되는 것은 물론이다. 즉, 제1 관로(50)와 제2 관로(60) 중의 어느 하나에, 관통부가 연장되는 방향에서의 위치가 상이한 2개의 경사부가 형성되어 있으면 된다.
이상의 설명은, 이하에 기재하는 특징을 포함한다.
(특징 1)
상면 및 저면을 가지며, 상기 상면과 상기 저면의 사이에서 환원제를 저류하는 공간을 구성하는 용기 본체와,
상기 환원제와의 사이에서 열교환을 행하는 열교환기를 구비하고,
상기 열교환기는, 열교환 매체를 상기 용기 본체 내로 유도하는 제1 관로와, 상기 용기 본체로부터 열교환 매체를 유출시키는 제2 관로를 포함하고,
상기 제1 관로와 상기 제2 관로 중의 적어도 어느 하나는, 상기 상면을 관통하여 상기 공간 내로 연장되는 관통부와, 상기 관통부에 대하여 경사져 상기 저면측으로 연장되는 경사부를 가지며,
또한, 상기 제1 관로와 상기 제2 관로 양자 모두에 걸쳐서 설치된 전열 플레이트를 구비하는 환원제 탱크.
이와 같이 하면, 전열 플레이트는, 제1 관로 및 제2 관로로부터의 전열을 받아 가열된다. 열교환기로부터 환원제로의 방열에 더하여, 전열 플레이트로부터 환원제로의 방열이 행해진다. 경사부를 마련함으로써, 제1 관로와 제2 관로의 거리가 증대되어 있고, 제1 관로와 제2 관로의 간격이 증대된 위치에 전열 플레이트를 배치함으로써, 보다 표면적이 큰 전열 플레이트가 설치된다. 전열 플레이트로부터 환원제로의 전열 면적을 증대시킬 수 있는 것에 의해, 환원제에 대한 열전달 효율을 향상시킬 수 있다.
(특징 2)
상기 제1 관로는, 상기 상면을 관통하여 연장되는 제1 관통부와, 상기 제1 관통부에 대하여 경사져 상기 저면측으로 연장되는 제1 경사부를 가지며,
상기 제2 관로는, 상기 상면을 관통하여 연장되는 제2 관통부와, 상기 제2 관통부가 연장되는 방향에 있어서, 상기 제1 경사부와 상이한 위치에서 상기 제2 관통부에 대하여 경사져 상기 저면측으로 연장되는 제2 경사부를 가지며,
상기 전열 플레이트는, 상기 제1 관통부 및 상기 제2 관통부가 연장되는 방향에서의 상기 제1 경사부와 상기 제2 경사부 사이에 설치되어 있는 것인 특징 1에 기재된 환원제 탱크.
이와 같이 하면, 제1 경사부와 제2 경사부 사이의 제1 관로와 제2 관로의 간격이 넓은 위치에, 전열 플레이트를 설치하게 된다. 그 때문에, 전열 플레이트의 표면적을 보다 증대시킬 수 있다. 전열 플레이트로부터 환원제로의 전열 면적을 증대시킬 수 있는 것에 의해, 환원제에 대한 열전달 효율을 보다 향상시킬 수 있다.
(특징 3)
상기 전열 플레이트는, 상기 제1 관로 및 상기 제2 관로 양자 모두에 고정되어 있는 특징 1 또는 2에 기재된 환원제 탱크.
전열 플레이트를, 예를 들어 용접에 의해 제1 관로와 제2 관로 양자 모두에 고정함으로써 입체적인 지지 구조를 형성할 수 있고, 열교환기의 강성을 향상시킬 수 있다. 작업 차량의 동작 환경에서는, 환원제 탱크에 전달되는 진동이 크기 때문에, 강성이 높은 열교환기를 구비하고 있는 환원제 탱크는, 환원제 탱크가 작업 차량에 탑재되는 경우에 있어서 특히 유리하게 적용될 수 있다.
(특징 4)
상기 전열 플레이트는, 제1 관로에 결합하는 제1 평판부와, 제2 관로에 결합하는 제2 평판부와, 제1 평판부 및 제2 평판부를 연결하는 굴곡부를 갖고 있는 특징 1~3 중 어느 하나에 기재된 환원제 탱크.
이와 같이 하면, 전열 플레이트의 표면적을 증대시킬 수 있고, 전열 플레이트로부터 환원제로의 전열 면적을 증대시킬 수 있기 때문에, 환원제에 대한 열전달 효율을 더욱 향상시킬 수 있다. 덧붙여, 전열 플레이트를 굴곡된 판형상으로 형성함으로써, 전열 플레이트의 강성이 향상되기 때문에, 열교환기의 강성을 한층 더 향상시키는 것이 가능해진다.
이번에 개시된 실시형태는 모든 점에서 예시이며 제한적인 것이 아니라고 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 상기 설명이 아니라 청구범위에 의해 제시되며, 청구범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.
1 : 유압 쇼벨 4 : 작업기
6 : 엔진룸 10 : 엔진
11 : 배기관 12, 14 : 배기 처리 장치
13 : 중계 접속관 15 : 배기통
20 : 환원제 탱크 21 : 이송 배관
22 : 환원제 펌프 23 : 복귀 배관
25 : 압송 배관 28 : 분사 노즐
30 : 천장 덮개 31 : 개구
32 : 볼트 33 : 용기 본체
34 : 상면 35a~35d : 측면
36 : 저면 40 : 열교환기
41 : 수직 하강부 44 : 병행부
45 : 선단 굴곡부 50 : 제1 관로
51, 61 : 관통부 52, 62, 73 : 경사부
52a, 52b, 62a, 62b : 단부 53, 63, 74 : 하측 수직 연장부
54, 64, 75 : 연신부 55, 65 : 상승부
59 : 접힘부 60 : 제2 관로
70 : 흡출관 71 : 유출구
72 : 상측 수직 연장부 76 : 스트레이너
79 : 복귀구 80 : 센서 유닛
82, 87 : 하네스 83 : 수위계
85 : 농도 및 온도계 90 : 환원제
110 : 전열 플레이트 111 : 제1 평판부
112 : 제2 평판부 113 : 굴곡부
120 : 클램프부

Claims (8)

  1. 상면 및 저면을 가지며, 상기 상면과 상기 저면의 사이에서 환원제를 저류하는 공간을 구성하는 용기 본체와,
    상기 환원제와의 사이에서 열교환을 행하는 열교환기를 구비하고,
    상기 열교환기는, 상기 상면을 관통하여 상기 공간 내로 연장되는 관통부와, 상기 관통부에 대하여 경사져 상기 저면측으로 연장되는 제1 경사부와, 상기 제1 경사부에 대하여 상기 관통부가 연장되는 방향에 있어서 다른 위치에, 상기 관통부에 대하여 경사져 상기 저면측으로 연장되는 제2 경사부를 갖는 것인 환원제 탱크.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 경사부의 상기 관통부로부터 떨어진 쪽의 단부와, 상기 제2 경사부의 상기 관통부로부터 떨어진 쪽의 단부는, 관통부가 연장되는 방향에 있어서 서로 다른 위치에 배치되어 있는 것인 환원제 탱크.
  3. 제1항에 있어서, 상기 열교환기는, 열교환 매체를 상기 용기 본체 내로 유도하는 제1 관로와, 상기 용기 본체로부터 열교환 매체를 유출시키는 제2 관로를 가지며,
    상기 제1 관로는 상기 제1 경사부를 포함하고,
    상기 제2 관로는 상기 제2 경사부를 포함하는 것인 환원제 탱크.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제1 경사부는 상기 제2 경사부보다 상기 상면 근처에 배치되어 있고,
    상기 용기 본체에 저류된 상기 환원제를 흡출하는 흡출관을 더 구비하며,
    상기 흡출관은, 상기 제1 관로를 따라서 연장되는 부분을 갖고 있는 것인 환원제 탱크.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 제1 경사부의 상기 관통부로부터 떨어진 쪽의 단부는, 상기 제2 경사부의 상기 관통부에 가까운 쪽의 단부보다 상기 상면 근처에 배치되어 있는 것인 환원제 탱크.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 관통부가 연장되는 방향에 있어서, 상기 제1 경사부와 상기 제2 경사부는, 서로 거리를 두고 배치되어 있는 것인 환원제 탱크.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 상면으로부터 상기 저면을 향하여 연장되는 센서 유닛을 더 구비하고,
    상기 제1 경사부와 상기 제2 경사부 중의 적어도 어느 하나는, 상기 관통부로부터 멀어짐에 따라서 상기 센서 유닛에 근접하는 것인 환원제 탱크.
  8. 엔진과,
    상기 엔진으로부터의 배기 가스를 환원 반응에 의해 처리하는 배기 처리 장치와,
    제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 환원제 탱크와,
    상기 환원제 탱크로부터 흡출한 상기 환원제를 상기 배기 처리 장치로 유도되는 상기 배기 가스에 대하여 분사하는 환원제 분사 장치
    를 구비하는 작업 차량.
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