JP2014134195A - 熱管理システムを有する建設機械 - Google Patents

Abstract

【課題】熱管理システムを有する建設機械
【解決手段】本発明は、建設機械（１）の排気ガスの処理を提供する、所定の分解温度を有する添加剤（９）を受入れるタンク（８）を有する建設機械（１）に関する。建設機械（１）は、前記添加剤（９）を前記タンク（８）側から、及び／又は、前記タンク（８）側へ導くように構成される、少なくとも１つの接続ライン（１０）をさらに含んで構成される。回収ユニット（１６）は、前記少なくとも１つの接続ライン（１０）に接続され、前記タンク（８）から前記少なくとも１つの接続ライン（１０）へ、及び／又は、前記接続ライン（１０）から前記タンク（８）の中へ前記添加剤（９）を輸送するように構成されている。本発明に係る建設機械（１）は、前記添加剤（９）の分解温度を超えないように、前記タンク（８）内の添加剤の温度に影響を及ぼすように設計されている熱管理システム（１３）を含んで構成されることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、請求項１のプリアンブルに記載の建設機械に関するものである。

上記のような建設機械は、実施により公知である。それらは、通常、排気ガスを放出する主要な駆動部を有している。公害防止のガイドライン及び法律の厳格化に伴い、排気ガスの有害成分又は望ましくない成分を低減する、その後の処理手段がますます求められている。１つの可能な手段は、排気流中に添加剤を注入することである。種々の化学反応により、排気ガスの望ましくない成分は、より害の少ない物質に変換される。この１つの例は、様々な窒素酸化物の排出を低減するディーゼルエンジンの排気ガスへの尿素溶液の注入である。

本発明の目的は、排気処理システムを備えた建設機械の応用分野を拡大することである。

本発明によれば、上記目的は、請求項１の特徴を有する建設機械によって達成される。有利な変形態様は、従属請求項に記載されている。

本発明に係る建設機械は、添加剤の分解温度を超えないようにタンク内の添加剤の温度に影響を及ぼすように設計されている熱管理システムを特徴とする。建設機械が使用される場所に応じて、能動的又は受動的なシステムを使用できる。

熱管理システムは、５０°Ｃを超えないようにタンク内の添加剤の温度に影響を及ぼすように構成されることが特に有利である。これは、尿素溶液の広範囲に及ぶ使用に特に関連している。このような溶液は、上記の温度範囲内で分解し、したがって、使用できなくなるからである。

添加剤が収められているタンクは、断熱ハウジングで囲まれることが適している。これは、余り暑くない地域に対して低コストで簡単な解決法である。タンクは、このような方法で、特に放射熱から、又は、タンクの周囲で一時的にだけ容認可能な温度を超える場合、保護可能となる。

断熱ハウジングにとっては、媒体が流動可能な導管を含むことが有利であり得る。このようにして、熱を対流によって積極的に放熱してもよい。媒体は、例えば、周辺空気であってもよい。

圧縮機と共にタンク、及び／又は、その内容物へ／から、熱エネルギを供給するように、及び／又は、回収するように構成された断熱ハウジング内に熱伝達ユニットを配置することが考えられる。例えば、周辺空気が非常に高い温度であれば、上記のような溶液は特に有利である。

さらなる変形例では、熱管理システムは、タンク内に配置されている回収ユニットに接続し、そして、その回収ユニットに加熱媒体を提供するように構成される制御ラインを含んで構成されてもよい。回収ユニットは、加熱媒体を用いて、タンクから及び／又はタンクへ、熱エネルギを選択的に回収及び／又は供給するように構成されている。このようにして、タンク内の添加剤の温度を直接的に調節することができる。タンクの壁を通して起こりうる伝導損失は、このように回避される。制御ラインは、回収ユニットに接続されているので、余分な開口は選択的に使用された断熱ハウジングで除去することができる。なぜなら、制御ラインは、添加剤を輸送するための回収ユニットに接続された接続ラインとして断熱ハウジングの同一の開口を通って出ることができるからである。

熱媒体は、建設機械の主駆動部の冷却システムの冷却媒体であることが好適である。このようにすることにより、さらなる回路を提供する代わりに、すでに必要とされる冷却回路を拡大すれば足りるからである。これは、熱管理システムのために必要とされている経費と労力の削減に寄与する。

さらなる変形例では、制御ラインは、チラーの高温側及び／又は低温側に接続されてもよい。このようにして、熱管理システムは、さらに、特に暑い地域で要求される高い冷却能力に対処することができる。

チラーの高温側又は低温側の制御ラインを選択的に接続するように構成された制御装置をさらに含んで構成された熱管理システムが考えられる。この変形例は、特に、高い温度差を示している場所に適している。そこでは、一時的にだけタンク内の添加剤を冷やすが、しかし、他の時には、それを熱することが有利である。特に、高い温度差を示す様々な場所で使用される建設機械においては、このような解決法が有利である。

冷却装置の場合、冷却のためには、建設機械の主駆動部の冷却媒体の熱エネルギを使用することが特に有利である。これにより、建設機械の特にエネルギ効率の良い動作が可能となる。

冷却装置は、吸着冷却装置であると考えられる。

少なくとも１つの戻りラインが接続ラインとして設けられている。１つの変形例では、戻りラインがタンクに添加剤を供給しており、戻りラインを通過した添加剤から熱エネルギを引き出すように構成されている戻りラインの領域にチラーを配置することが有利である。これにより、戻ってくる、恐らくは、加熱された添加剤によるタンク内の熱の導入は削減される。たとえ、戻りラインを通って流れる添加剤が、タンク内にある添加剤よりも温かくない場合であっても、戻ってくる添加剤を冷却することは、適切であり得る。このようにして、タンクの内容物がさらに冷却されるからである。

ここで、冷却装置は、例えばペルチェ素子であってもよい。

さらなる変形例では、冷却装置は、建設機械の主駆動部の冷却ユニットの領域に配置された第２の熱伝達ユニットであってもよい。既存の機械部品を利用することにより、ここでも、熱管理システムのために必要な費用及び労力を削減することができる。

建設機械は、例えば、道路舗装機又はフィーダであってもよい。

本発明は、例えば、道路舗装機又はフィーダ等の、上述のタイプの建設機械に関する。

以下、本発明の有利な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

建設機械の一例として、道路舗装機を示す。 図１の建設機械の主駆動部であって、この主駆動部を冷却するための冷却ユニット、主駆動部の排気ガスを除去するための排気ガス部、排気ガスの処理のための添加剤を受入れるタンク及び熱管理システムを示す。 断熱ハウジングで囲まれた添加剤タンクの平面図を示す。 図３のタンクの横断面図を示す。 図２と同じ構成要素を示す。加えて、添加剤タンクのための断熱ハウジングが示されている。 本発明のさらなる実施形態による熱管理システムを備えた図５の構成要素を示す。 本発明のさらなる実施形態による熱管理システムを備えた図５の構成要素を示す。 本発明のさらなる実施形態による熱管理システムを備えた図５の構成要素を示す。 本発明のさらなる実施形態による熱管理システムを備えた図５の構成要素を示す。 本発明のさらなる実施形態による熱管理システムを備えた図５の構成要素を示す。

図１は、本実施形態においては、道路舗装機である建設機械１の斜視図を示す。エンジン室２は、主駆動部３並びに建設機械１のさらなる構成要素及び追加のユニットが配置されている建設機械１に設置されている。図示の実施形態では、冷却媒体３３を搬送する建設機械１の主駆動部３の冷却ユニット６は、ルーバー５が設けられたエンジン室２のカバー４の後方に位置する。

図２は、主駆動部３と冷却ユニット６とが示されている。さらに、排気ガス部７が示され、これは、主駆動部３の排気ガスを除去するように構成され得る。しかし、建設機械１の他の構成要素の排気ガスをも排気ガス部７を介して除去することも考えられる。さらに、タンク８が示されているが、これは、添加剤９を受入れるように構成されている。このためには、タンク８は、少なくとも１つの接続ライン１０によって排気ガス部７に接続されている。本実施形態では、戻りライン１１が、タンク８に必要とされない添加剤９を戻すさらなる接続ライン１０として設けられている。また、タンク８は、制御ライン１２を介して主駆動部３の冷却回路に接続されている。これにより、高温の冷却媒体３３は、タンク８の領域に輸送されてもよい。これは、その作業温度に添加剤９を熱するために有利であり得る。制御ライン１２は、必ずしも主駆動部３の冷却回路に接続される必要はない。それらは、添加剤９の温度を制御するために用いることができる熱媒体１７を制御ライン１２に供給するのに適している、建設機械１の任意の装置と接続されてもよい。

さらに、本実施形態においては、熱管理システム１３の第１の実施形態が、制御ライン１２と、添加剤９の温度が一定の設定温度を超えるや否や、冷却媒体３３の供給を遮断する遮断弁１４とを含んで構成される実施の形態が示されている。この温度は、添加剤の分解温度であってもよい。しかし、設定温度は、添加剤９の分解温度よりも低いことがより有利である。例えば、分解温度より１〜２０℃低く、好ましくは添加剤９の分解温度より１〜１０℃低く、特に、添加剤９の分解温度より１〜５℃低いことが好ましい。示された温度範囲は、すべての記載された実施例や、また、説明した実施形態の様々な特徴の何れかの組み合わせからなる実施形態にも適用可能である。

添加剤としては、例えば、尿素溶液が用いられてもよい。これは、望ましくない窒素酸化物の排出を低減するために特に適している。この場合、熱管理システム１３は、常時５０℃以下、好ましくは４５℃以下に添加剤９の温度を維持するように設計されている。

図３は、本発明の第２実施形態によるタンク８を示す。ここでは、タンク８は、断熱ハウジング１５によって囲まれている。断熱ハウジング１５は、熱管理システム１３の一部として、添加剤９の温度を所望の範囲内に維持することに寄与し得る。断熱ハウジング１５は、例えば、建設機械１の主駆動部３によって放射される放射熱からの保護を特に提供することができる。この、そして、その次に続く説明においては、断熱ハウジング１５は、２つのハーフシェルを含み、そして、中実材料から作られたものとして示されている。しかし、断熱ハウジング１５内若しくはその周辺に、周辺領域の熱源からその内容物を断熱するのに適した中空体、二重壁、又は、他の構造を提供することも同様に可能である。さらに、２より多い又は少ない数の要素を含んで構成されるように断熱ハウジング１５を設計することもできる。

図４は、タンク８及びそれを囲んでいる断熱ハウジング１５の断面図を示す。回収ユニット１６は、タンク８内に配置されている。回収ユニット１６は、タンク８から接続ライン１０に添加剤９を輸送及び/又は戻りライン１１からタンク８内へ添加剤９を輸送するように設計されている。図示の実施形態では、回収ユニット１６は、さらに、制御ライン１２に接続されている。この場合、制御ライン１２を介して循環する熱媒体は、タンク８内の添加剤９から熱を吸収又はそこへ放射するような方法で回収ユニット１６を通過するように設計されてもよい。このようにして、熱媒体１７の温度に応じて、建設機械１が低温の周辺領域で使用されるときには添加剤９を加熱及び／又は建設機械１が高温領域で使用されるときには添加剤９を冷却することが可能である。

図５は、本発明の第２実施形態による建設機械１の様々な構成要素を示す。主駆動部３と、その冷却ユニット６と、排気ガス部７と、添加剤９を受入れるタンク８とが示されている。タンク８は、断熱ハウジング１５の二つの部分によって囲まれており、このようにして、主駆動部３によって放射される熱から保護される。図示の実施形態では、制御ライン１２は、主駆動部３の冷却回路から、熱媒体１７として冷却媒体３３を導くだけである。この媒体は、通常むしろ温かいので、回収ユニット１６による積極的な冷却は、図示した構成では困難である。しかし、既に述べたように、遮断弁１４を用いていることによって、回収ユニット１６に熱媒体１７の供給を中断してもよく、これにより、タンク８への熱の導入を停止できる。しかし、以下の実施形態に示すように、タンク８の中身の積極的な冷却さえも、制御ライン１２と回収ユニット１６とを用いて実現されてもよい。

図６において、第３実施形態による建設機械１の構成要素が示されている。上述した第２実施形態とは対照的に、媒体が流れることができる導管１８が、ハウジング１５内に設けられている。このようにして、断熱ハウジング１５からの熱散逸とタンク８からの熱散逸との増加が可能となる。媒体としては、任意の液体又は気体を使用することができる。本実施形態では、外気が用いられ、一方の通気ライン１９により断熱ハウジング１５に導かれると共に、他方の通気ライン１９により断熱ハウジング１５から導出される。本実施形態において、このために必要とされる圧力差は、冷却ユニット６により生成される。しかし、それは、例えば、通気ファンやポンプ等の他の種類の装置を使用することによって生成されてもよい。

図７は、本発明の第４の実施形態による建設機械１の構成要素が示されている。本実施形態において、熱管理システム１３は、タンク８の領域に配置されている熱伝達ユニット２０を含んで構成される。図示された実施形態では、熱伝達ユニット２０は、断熱ハウジング１５内に配置される。断熱ハウジング１５が提供されていない場合であっても、熱伝達ユニット２０は、タンク８の領域に設けてもよい。熱伝達ユニット２０は、圧縮機２１及び圧縮機ライン２２によって圧縮機ユニット２３に接続されている。それによって、熱管理システム１３は、熱エネルギを供給するか、又は、既知の方法で熱伝達ユニット２０を用いてタンク８から熱エネルギを回収することができる。なお、熱がタンク８に供給されるモードと、タンク８から熱エネルギが回収されるもう一方のモードを任意に選択できるように圧縮機ユニット２３を構成することがさらに可能である。上述した建設機械１は、異なる気候条件の下で使用する必要がある場合に特に利点がある。実施形態に示す２つの熱伝達ユニット２０を設ける代わりに、１つ又は任意の数の熱伝達ユニット２０を、設けてもよい。

図８は、本発明の第５の実施形態による建設機械１の異なる構成要素を示している。概観しやすくするために接続ライン１０及び戻りライン１１は、ある程度示されているだけである。この実施形態において、熱管理システム１３は、チラー２４を含んで構成される。チラー２４は、高温側２５と低温側２６を含んで構成される。熱管理システム１３は、さらに、少なくとも２つの動作モードを可能にする制御装置２７を含んで構成される。第１の動作モードにおいて、制御装置２７は、制御ライン１２ａと冷却媒体ライン２８の間の接続を確立し、その結果、高温の冷却媒体３３は、主駆動部３から回収ユニット１６に輸送される。回収ユニット１６は、タンク８内の添加剤９に熱媒体１７の熱を放射するが、この場合、熱媒体１７は、主駆動部３の高温の冷却媒体３３である。熱媒体１７は、制御ライン１２ｂとチラー２４の低温側２６を経由して導かれ、そして、再び、上述した第１の動作モードでライン２９への接続を確立した制御装置２７へ導かれ、最終的には主駆動部３の冷却回路に戻され、そこからチラー２４の高温側２５に熱媒体１７が導かれる。

第２の動作モードでは、制御装置２７は、冷媒ライン２８と冷媒ライン２９との間の接続を確立する。これにより、主駆動部３の高温の冷却媒体３３は、チラー２４の高温側２５へ導かれる。これにより、チラー２４は、その低温側２６を作用させ、それを通過する熱媒体１７を冷却することができる。熱媒体１７は、低温側２６から制御装置２７へ導かれる。制御装置２７は、制御ライン１２ａとの接続を確立し、それにより、前記冷却された熱媒体１７は、回収ユニット１６に導かれ、そこで、タンク８内の添加剤９から熱エネルギを回収することができ、その後、制御ライン１２ｂを流れてチラー２４の低温側２６へ戻ることができる。主駆動部３の冷却媒体３３の熱エネルギは、ここで熱媒体１７を冷却するために使用されるので、これは、添加剤９の冷却の特に効率的な方法である。

図９には、本発明の第６の実施形態による建設機械１の構成要素が示されている。本実施の形態における熱管理システム１３は、戻りライン１１の領域に配置されたペルチェ素子３０を含んで構成され、これにより、タンク８に戻される添加剤９であって、タンク８内にある添加剤９よりもおそらく暖かい添加剤９を冷却する。このようにして、タンク８内への熱の不必要な導入が回避される。たとえ、戻りライン１１を通って流れる添加剤９が、タンク８内にある添加剤９より暖かくない場合であっても、戻ってくる添加剤９を冷却することは、適切であり得る。このようにして、タンク８の内容物がさらに冷却されるからである。

図１０には、同様の概念が示されている。しかし、ペルチェ素子３０の代わりに、ここでは、戻りライン１１の中の添加剤を冷却する第２の熱伝達ユニット３１が設けられる。この第２の熱伝達ユニット３１は、主駆動部３の冷却ユニット６の領域、又は、建設機械１の内部若しくは周辺の他の任意の適した場所に配置されてもよい。しかし、ペルチェ素子３０又は第２の熱伝達ユニット３１の代わりに、戻りライン１１の領域内に、1つ又は複数の任意の適した冷却装置３２を提供することも可能である。

説明した実施形態の特徴は、任意に組み合わせることができる。ここで、個々の特徴を分離して扱うこともまた可能である。上記の異なる構成要素は、特に、それらのモジュールのように組み合わせ可能に、構造的に設計されてもよい。これにより、本発明に係る建設機械１の生産における様々な変形例及び部品を削減することができる。例えば、非常に暑い地域で使用されるように発注された建設機械１において、上記手段は、全て設置されてもよい。他方、さほど暑くない地域のための建設機械１では、いくつかの選択された構成要素だけが設置されてもよい。

１…建設機械
８…タンク
９…添加剤
１０…接続ライン
１３…熱管理システム

Claims (15)

1. 建設機械（１）であって、該建設機械（１）の排気ガスの処理のため、所定の分解温度を有する添加剤（９）を受入れるタンク（８）と、
   前記添加剤（９）を前記タンク（８）側から及び／又は前記タンク（８）側に導くように構成される、少なくとも１つの接続ライン（１０）と、
   前記少なくとも１つの接続ライン（１０）に接続され、前記タンク（８）から前記少なくとも１つの接続ライン（１０）へ及び／又は前記接続ライン（１０）から前記タンク（８）の中へ前記添加剤（９）を輸送するように構成される回収ユニット（１６）と、を備え、
   前記建設機械（１）は、前記添加剤（９）の分解温度を超えないように、前記タンク（８）内の前記添加剤（９）の温度に影響を及ぼすように設計されている熱管理システム（１３）を更に含んで構成されることを特徴とする建設機械（１）。
2. 前記熱管理システム（１３）は、５０℃を超えないように前記タンク（８）内の前記添加剤（９）の温度に影響を及ぼすように設計されていることを特徴とする請求項１に記載の建設機械。
3. 前記タンク（８）は、断熱ハウジング（１５）によって囲まれていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の建設機械。
4. 前記断熱ハウジング（１５）は、媒体が流れることができる導管（１８）を含んで構成されることを特徴とする請求項３に記載の建設機械。
5. 前記断熱ハウジング（１５）は、圧縮機（２３）と共に前記タンク（８）かつ／若しくはその内容物に熱エネルギを供給するように、及び/又は、前記タンク（８）かつ／若しくはその内容物から熱エネルギを除去するように、構成された少なくとも１つの第１の熱伝達ユニット（２０）を含んで構成されることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の建設機械。
6. 前記熱管理システム（１３）は、前記回収ユニット（１６）に接続され、該回収ユニット（１６）に熱媒体（１７）を供給するように設計されている制御ライン（１２）を含んで構成され、前記回収ユニット（１６）は、前記熱媒体（１７）を用いて選択的に前記タンク（８）の内容物から熱エネルギを回収し及び／又は前記タンク（８）の内容物へ熱エネルギを供給するように設計されていることを特徴とする請求項１から請求項５の何れか１項に記載の建設機械。
7. 前記熱媒体（１７）は、前記建設機械（１）の主駆動部（３）の冷却ユニット（６）の冷却媒体（３３）であることを特徴とする請求項６に記載の建設機械。
8. 前記制御ライン（１２）は、チラー（２４）の高温及び／又は低温側（２５、２６）に接続されていることを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の建設機械。
9. 前記熱管理システム（１３）は、前記チラー（２４）の高温又は低温側（２５、２６）への前記制御ライン（１２）を選択的に接続するように設計された制御装置（２７）を更に含んで構成されることを特徴とする請求項８に記載の建設機械。
10. 前記チラー（２４）は、前記建設機械（１）の主駆動部（３）の冷却媒体（３３）の熱エネルギを利用することを特徴とする請求項８又は請求項９に記載の建設機械。
11. 前記チラー（２４）は、吸着冷却機であることを特徴とする請求項８から請求項１０の何れか１項に記載の建設機械。
12. 接続ライン（１０）として、タンク（８）に前記添加剤（９）を供給する少なくとも１つの戻りライン（１１）が設けられ、該戻りライン（１１）の領域において、冷却装置（３２）が配置され、前記戻りライン（１１）を通って導かれた前記添加剤（９）から熱エネルギを回収するように構成されていることを特徴とする請求項１から請求項１１の何れか１項に記載の建設機械。
13. 前記冷却装置（３２）は、ペルチェ素子（３０）であることを特徴とする請求項１２に記載の建設機械。
14. 前記冷却装置（３２）は、前記建設機械（１）の主駆動部（３）の冷却ユニット（６）の領域に配置された第２の熱伝達ユニット（３１）であることを特徴とする請求項１２に記載の建設機械。
15. 前記建設機械（１）は、路面仕上げ機またはフィーダであることを特徴とする請求項１から請求項１４の何れか１項に記載の建設機械。