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WO2011032709A1 - Heizungsanordnung - Google Patents

Heizungsanordnung Download PDF

Info

Publication number
WO2011032709A1
WO2011032709A1 PCT/EP2010/005707 EP2010005707W WO2011032709A1 WO 2011032709 A1 WO2011032709 A1 WO 2011032709A1 EP 2010005707 W EP2010005707 W EP 2010005707W WO 2011032709 A1 WO2011032709 A1 WO 2011032709A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
tank
heater
heating
recesses
reducing agent
Prior art date
Application number
PCT/EP2010/005707
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jürgen Harr
Gottfried Klein
Thomas Hartmann
Original Assignee
Robert Seuffer Gmbh & Co. Kg
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Seuffer Gmbh & Co. Kg filed Critical Robert Seuffer Gmbh & Co. Kg
Priority to JP2012529160A priority Critical patent/JP5746180B2/ja
Priority to US13/496,839 priority patent/US20120225396A1/en
Publication of WO2011032709A1 publication Critical patent/WO2011032709A1/de

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/18—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
    • F01N3/20—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion ; Methods of operation or control of catalytic converters
    • F01N3/2066—Selective catalytic reduction [SCR]
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2610/00—Adding substances to exhaust gases
    • F01N2610/02—Adding substances to exhaust gases the substance being ammonia or urea
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2610/00—Adding substances to exhaust gases
    • F01N2610/10—Adding substances to exhaust gases the substance being heated, e.g. by heating tank or supply line of the added substance
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2610/00—Adding substances to exhaust gases
    • F01N2610/14—Arrangements for the supply of substances, e.g. conduits
    • F01N2610/1406—Storage means for substances, e.g. tanks or reservoirs
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present invention relates to a heating arrangement for a tank, and in particular for a tank for storing a fluid reducing agent for reducing harmful components in the exhaust gas of internal combustion engines.
  • gaseous ammonia (NH 3 ) is introduced as a reducing agent into the exhaust gas stream to reduce the content of nitrogen oxides in the exhaust gas and is reacted with the nitrogen oxides of the exhaust gas selectively to nitrogen and water.
  • a metering valve in the exhaust pipe and thus in the exhaust gas flow.
  • ammonia is formed from the aqueous urea solution, and in conjunction with a corresponding catalyst, the nitrogen oxides contained in the exhaust gas are converted.
  • the aqueous urea solution is stored in the same way as the fuel in a separate tank.
  • the aqueous urea solution flocculates or freezes at about -1 1 ° C.
  • the special tank for the aqueous urea solution thus requires heating in order to keep or liquefy at least some of the urea solution in the tank at lower temperatures, so that injection into the exhaust gas flow is possible.
  • a system for tempering a urea-water solution in which heating conductors are arranged on the fluid line on a fluid line between the tank of the urea-water solution and an exhaust system of a motor vehicle is controlled or regulated in dependence on predetermined parameters.
  • the heating conductor can be a PTC element (PTC: Positive Temperature Coefficient).
  • PTC Positive Temperature Coefficient
  • the control of the heating power is carried out in particular depending on a temperature detection.
  • the temperature detection can be the temperature of the urea-water solution and / or an external ambient temperature.
  • DE 10 2006 027 487 A1 discloses a vehicle tank for a liquid reducing agent, in particular for a urea solution, wherein the tank has a plurality of chambers and in one of the chambers in the form of an inner container an integrated electric heater in conjunction with a suction line for removal of the liquid Hamstoffains is provided.
  • the inner container is located approximately in the middle of the tank, so that this area of urea solution is first heated.
  • the publication DE 10 2007 050 272 A1 discloses a tank for storing a reducing agent, wherein at predetermined locations in the tank, in which an additional inner container is provided, the reducing agent is heated in the form of an aqueous urea solution by means of a heating device.
  • the removal of the urea solution is done by means of a corresponding suction line and in conjunction with an associated return line.
  • a thermal coupling of the return line is provided with the heater to positively influence a positive effect on the thawing of the frozen aqueous urea solution at low temperatures.
  • the present invention is therefore based on the object, a Schuungsan extract for a tank for storing a fluid reducing agent (such as an aqueous urea solution) of the type mentioned latest safe operation of the internal combustion engine is guaranteed with a corresponding emission control.
  • a fluid reducing agent such as an aqueous urea solution
  • this object is achieved by a heating arrangement for a tank for storing a fluid reducing agent according to the features specified in claim 1, and by a tank for storing the fluid reducing agent, in which the heater assembly is used, according to the features specified in claim 12.
  • the heating arrangement for a tank for storing a fluid reducing agent for reducing harmful components in the exhaust gas of internal combustion engines comprises a base housing which is insertable in a lower part of the tank and has an outlet opening in a predetermined area of the main body, and a heating device for heating the reducing agent, wherein the heating device is arranged in the predetermined region of the basic housing.
  • the heating means for heating the reducing agent in the base housing of the heater assembly in a region of the base housing, in which also the drain opening is arranged it is ensured that even at very low ambient temperatures and a long shutdown time of a vehicle and a related complete freezing of the aqueous urea solution is formed immediately after starting the vehicle quickly at least a small amount of aqueous urea solution in the vicinity of the heater in the vicinity of the exhaust port, so quickly injecting the aqueous urea solution into the exhaust system of the internal combustion engine and thus early operation with a desired Abgasreini - is possible.
  • the heating device is arranged in the predetermined area of the basic housing and in particular can heat the immediate surroundings around the outlet opening. In the further course of the operation, the further environment around the outlet opening and finally the total amount of the fluid reducing agent can then be warmed and thawed in a corresponding manner.
  • the heating arrangement is arranged in a tank for storing the fluid reducing agent, so that by means of the heating device of the heating arrangement after a predetermined operating time the entire fluid reducing agent in the tank for a safe operation of the internal combustion engine with exhaust gas purification warmed or can be thawed.
  • the heater located in the predetermined area of the heater assembly may at least partially enclose the outlet opening.
  • the heater may be inserted into recesses of the main body disposed in the predetermined area, and the recesses may be formed in accordance with an outer shape of the heater.
  • the heating device may have a main body and at least two rod elements extending from the main body.
  • the main body may further comprise a partial ring structure, and the rod elements may extend away from the latter in a substantially radial direction relative to the partial ring structure.
  • the heater of the heater assembly may have at least two separate parts, and the parts may be arranged in separate recesses in the predetermined area of the main body.
  • the recesses may be disposed in the predetermined area of the main body in the outer side of the tank after inserting the main body, and corresponding protruding ribs may be formed on the inner side (toward the tank interior).
  • a wall thickness of side walls of the recesses and of the protruding ribs may in this case comprise at least two values.
  • the base housing can have an at least partially cylindrical housing part with a cylindrical wall on the side lying after insertion into the tank inside the tank, and flow openings can be formed in the cylindrical wall.
  • the heating device of the heating arrangement can be inserted without gaps into the recesses.
  • the heater may also be cast in the recesses of the base housing. This ensures good heat transfer to the reducing agent. Furthermore, the pouring of the heater simplifies manufacturing.
  • a tank for storing a fluid reducing agent for reducing harmful components in the exhaust gas of internal combustion engines comprises a heater assembly as described above.
  • the heating arrangement can in this case be used in particular in a bottom surface of the tank.
  • FIG. 1 shows an overall view in the form of a partial sectional view of a tank for storing a fluid reducing agent, in which the heating arrangement is used according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a sectional view of the heater assembly according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 shows a perspective illustration of a basic housing of the heating arrangement according to FIG. 2 as seen from below,
  • FIG. 4 shows a perspective view of the heating device to be inserted into the basic housing of the heating arrangement
  • 5 shows a perspective view of the basic housing of the heating arrangement according to FIG. 3, in which the heating device according to FIG. 4 is used
  • FIG. 4 shows a perspective view of the heating device to be inserted into the basic housing of the heating arrangement
  • FIG. 6 shows a perspective view of the heating arrangement according to FIG. 2 as viewed from above
  • FIG. 7 shows a sectional view along a line B-B according to FIG. 6, and
  • FIG. 6 is a perspective view of the heating arrangement according to FIG. 2 as viewed from above
  • FIG. 7 shows a sectional view along a line B-B according to FIG. 6, and
  • FIG. 6 is a perspective view of the heating arrangement according to FIG. 2 as viewed from above
  • FIG. 7 shows a sectional view along a line B-B according to FIG. 6, and FIG. 6
  • FIG. 8 shows a horizontal section (region C-C in FIG. 6) through one of the ribs of the heating arrangement according to FIG. 6.
  • Figure 1 shows in a partial sectional view of a tank 1, as it may be arranged for example in a motor vehicle or other device, carried out in connection with the operation of an internal combustion engine, and in particular a diesel internal combustion engine exhaust purification using a fluid reducing agent 2 shall be.
  • the reducing agent 2 is preferably an aqueous urea solution, which is injected into the exhaust system of the internal combustion engine as described above in connection with the prior art, and in conjunction with corresponding predetermined chemical reactions, a conversion of the exhaust gases and thus a desired exhaust gas purification is achieved.
  • the tank 1 is thus completely or at least partially filled with the fluid reducing agent 2, for example with the aqueous urea solution.
  • a heating arrangement 3 is arranged in the tank 1, and in particular at a predetermined position, preferably inserted in a lower floor element of the tank 1.
  • the heating arrangement 3 comprises a multi-part or preferably integrally formed basic housing 5, which has a flange 6 in a lower region of the base housing 5, by means of which the basic housing 5 of the heating arrangement 3 can be inserted into the tank 1 into a corresponding opening.
  • the base case 5 is fixed in the opening (which is disposed, for example, in the bottom member of the tank) and sufficiently sealed with respect to the fluid reducing agent 2.
  • the heating arrangement 3 is furthermore connectable to a removal tube 7, whereby by means of the withdrawal tube 7 (which may also be provided in the form of a tube) a quantity of the fluid reducing agent 2 required for exhaust gas purification can be removed and introduced into the exhaust system of the internal combustion engine (not shown) via valve devices and injectors (not shown).
  • a quantity of the fluid reducing agent 2 required for exhaust gas purification can be removed and introduced into the exhaust system of the internal combustion engine (not shown) via valve devices and injectors (not shown).
  • the heating device 3 that can be inserted into the tank 1 is inserted essentially symmetrically with respect to the shape and dimensions of the tank 1.
  • the present invention is not fixed thereto, and it can have the tank 1 in addition to a cuboid design of any design and shape, the heater assembly 3 is also asymmetric to the design in the tank 1 can be used and should only be ensured that the heater assembly 3 is preferably located at the lowest point of the tank 1 after insertion into the tank 1 with any desired shape.
  • an exemplary representation was selected with substantially symmetrical ratios.
  • Figure 2 shows a sectional view of the heater assembly 3, as it can be used in the tank 1.
  • the heater assembly 3 comprises the base housing 5, which in an upper area as shown in Figure 2, i. an area that lies above the bottom element of the tank 1, a cylindrical wall 8 which projects from the plane formed by the flange 6 by a predetermined amount in Figures 1 and 2 upwards.
  • the cylindrical wall 8 thus forms a cylindrical housing part of the basic housing 5, which is open at the top and which is also filled with the reducing agent 2 in the case of a tank 1 filled with the fluid reducing agent 2 in the sense of communicating tubes.
  • the flow through the cylindrical housing part within the cylindrical wall 8 of the base housing 5 is ensured by flow openings 9.
  • a temperature sensor 10 For detecting the temperature of the reducing agent 2 within the cylindrical wall 8 (ie within the substantially cylindrical housing part), a temperature sensor 10 is disposed at a location within the cylindrical wall 8 and preferably at this.
  • the temperature sensor 10 may be disposed anywhere within the cylindrical wall 8, and a plurality of temperature sensors may be provided at further locations, the respective detection signals of which are not shown.
  • th central control device for evaluating the temperature detection are supplied.
  • further temperature sensors may be provided at predetermined locations outside the cylindrical wall 8, in particular at locations within the tank 1, wherein likewise their respective detection signals are fed to the (not shown) control device for evaluation
  • the basic housing 5 of the heater assembly 3 comprises a predetermined area 11 within the cylindrical wall 8 and with the function of a bottom of the formed cylindrical housing part of the base housing 5.
  • the predetermined area 11 of the base housing 5 can thus in the plane formed by the flange 6 or in a to be adjacent thereto (substantially parallel) plane as shown in Figure 2 above or below.
  • an outlet opening 12 is provided, by means of which the reducing agent 2 can be removed from the cylindrical housing part within the cylindrical wall 8 and thus from the tank 1.
  • a filter device 13 is arranged, by means of which the flowing through the outlet opening 12 during a removal reducing agent 2 is filtered with respect to possible impurities, for example, to avoid interference of the injector in an injection of the withdrawn reducing agent 2 in the exhaust system of the internal combustion engine.
  • an outlet chamber 14 Also communicating with the outlet opening 12 is arranged an outlet chamber 14, through which the removed reducing agent 2 flows, and to which the removal tube 7 already shown in FIG. 1 can be connected.
  • the removal tube 7 is connected via a controllable valve device 15 to the heater assembly 3, and in particular to the outlet chamber 14.
  • the fluid reducing agent 2 to be removed thus flows from the tank 1 into the cylindrical housing part inside the cylindrical wall 8 via the filter device 13 and the outlet opening 12 in the predetermined area 11 of the base housing 5 into the outlet chamber 14, and from there via the controllable valve device 15 by means of the removal tube 7 for further processing in the direction of the internal combustion engine, and in particular in the direction of the associated exhaust system.
  • the predetermined area 11 of the base housing 5 (ie, the bottom portion of the cylindrical housing part inside the cylindrical wall 8) has predetermined locations Groove-shaped or slit-shaped recesses 16 which are formed from below in the predetermined area 11 as shown in Figure 2, so that in the particular area of the groove-shaped or slot-shaped recesses 16 on the upper side of the predetermined area 1 1 protruding ribs 17 are formed.
  • a heating device 18 can be used which fills almost the entire space within the recesses 16 and preferably with or without a gap very small gap within the recesses 16 can be arranged.
  • the heater 18 can be connected and supplied with electrical power to deliver a corresponding heat.
  • the heat provided by the heater 18 is transmitted through the wall thickness of the recesses 16 and the protruding ribs 17 to the disposed in the tank 1 reducing agent 2, so that the reducing agent can be heated in this way.
  • the reducing agent 2 located in the vicinity of the ribs 17 is first heated.
  • reference numeral 19 designates an electrical connection unit, electrical power being supplied to the heater 18 via the connection unit 19, and detection signals from temperature sensors such as the temperature sensor 10 on the cylindrical wall 8 or another temperature sensor 10 in the outlet chamber 14 being transmitted to the outside can be.
  • the connection unit 19 can thus be provided any plug arrangement or connection arrangement.
  • the connection unit 19 can likewise have further electrical and / or electronic components and circuits which can serve as a control unit.
  • the further embodiment of the heating device 18 as well as its arrangement in the main housing 5 of the heating arrangement 3 will be described in detail below in connection with the further FIGS. 3 to 6.
  • FIG. 3 shows an illustration of the heating arrangement 3, the view being directed obliquely from below onto the basic housing 5 in comparison with the sectional view of FIG.
  • the recesses 16 can be seen, wherein the recesses 16 may have a straight or curved shape and branches.
  • FIG. 3 shows, in a middle region within the arrangement of the depressions 16, the outlet chamber (outflow chamber) 14, which on the one hand covers the outlet opening 12 (FIG. 2) not shown in FIG. 3 and to which the extraction tube 7 can be connected directly or via further devices.
  • the removal tube 7 and other devices shown in Figure 2 on the underside of the base housing 5 are omitted for improved representation of the wells 16.
  • FIG. 4 shows an embodiment of the heating device 18, wherein the embodiment of the heating device 18 shown has an annular or, as shown in the figure, a partially annular structure or partial ring structure 20.
  • the partial ring structure 20 or an annular arrangement form a main body of the heating device 18.
  • At the partial ring structure 20 a plurality of rod-shaped elements or rod elements 21 are formed.
  • the rod members 21 may be manufactured as separate parts and attached to the sub-ring structure 20, or the heater 18 may be formed in its entirety as an integral unit.
  • the partial ring structure 20 has a recess 22 which, according to the illustration in FIG. 3, is occupied by the part of the basic housing 5 arranged therebetween. If the heating device 18 shown in FIG. 4 is thus inserted into the recesses 16 which follow the corresponding form and follow the shape of the heating device 18, then an arrangement is produced as shown in FIG. In this case, the heating device 18 is inserted into the depressions 16 with virtually no gap, so that heat generated in the heating device 18 after an appropriate activation with an electric power only to the outside over the walls of the depressions (see FIG. 2) to the reducing agent 2 surrounding the protruding ribs 17 can be delivered. The heat formed in the heating device 18 thus only has to penetrate the walls of the groove-shaped or slot-shaped depressions 16 or of the protruding ribs 17.
  • the recess 22 likewise causes a recess 22a corresponding in size and position in the predetermined area 11 of the base housing 5.
  • the recess 22a is shown in FIG. 6 which will be described below.
  • the heater 18 is thus held positively after insertion into the recesses 16.
  • the heating device 18 can be flush with the lower surface. be completed of the predetermined area 11, or be arranged deeper in the recesses 16 in a predetermined manner.
  • FIG. 2 shows, according to FIG. 5, a section approximately along a line A-A, so that the corresponding depressions 16 (or ribs 17) and the components of the heating device 18, in particular the bar elements 21 according to FIG. 2, are shown cut in their respective longitudinal extent.
  • Figure 6 also shows a perspective view, however, the opposite side of the predetermined area 1 of the base housing 5 shows. The view is thus directed to the base housing 5 obliquely from above (relative to Figure 2, that is, from the inside of the tank 1).
  • the ribs 17 protrude, among which the heating device 18 (not visible in FIG. 6) is provided. However, it can be seen from the illustration of FIG. 6 that the ribs essentially follow the outer shape of the heating device 18 according to FIG.
  • the arrangement of the ribs 17 in connection with the partial ring structure 20 of the heating device 18 and the rod elements 21 shows that the heating device 18 arranged inside the ribs 17 is immediately adjacent to the outlet opening 12 not shown in FIG. 6 and also immediately adjacent to that above the outlet opening 12 located filter device 13 is arranged.
  • the partial ring structure 20 adjacent to the filter device 13 it is achieved that in the case of a nearly completely frozen at low ambient reducing agent 2 immediately at the beginning of operation of the vehicle and thus a supply of power to the heating device 18, a small area in the vicinity of the filter device 13 or the outlet opening 12 is heated. It is thus ensured that at least a small amount of the reducing agent 2 is present in liquid form very quickly, which is suitable for introduction into the exhaust system of the internal combustion engine.
  • the partial ring structure 20 in the vicinity of the outlet opening 12 or the filter device 13 contributes to rapid heating of the immediate surroundings of the filter device 13.
  • the above-mentioned recess 22 causes the corresponding size and location corresponding recess 22a in the predetermined area 11 of the base housing 5.
  • the recess 22a shown in Figure 6 in the predetermined region 11 thus represents an inflow region for the fluid reducing agent 2.
  • the fluid reducing agent 2 in the region of the outlet opening 12 is liquefied by the heating device 8, then the reducing agent 2 of the outlet opening 12 can flow in a simple manner.
  • the further environment around the filter device 13, and thus the further space inside the cylindrical wall 8, is determined by means of the further components of the heating device 8, i. the plurality of rod elements 21 causes.
  • the rod elements 21 according to FIG. 4 have a predetermined length in their direction of extension, which is determined in such a way that they extend in the radial direction from the partial ring structure 20, but have a certain distance from the cylindrical wall 8.
  • the depressions and ribs 17 likewise do not extend as far as the cylindrical wall, wherein a flow plane is formed in the predetermined region 11 around the ribs 17, so that the reducing agent 2 fluidized or liquefied by means of the heating device 18 easy way to the outlet port 12 can flow.
  • Reductive agent 2 which has become liquid in the vicinity of the heat-emitting ribs 17 can therefore flow from any position within the predetermined region 11 of the outlet opening 12. In this way, it is ensured that even small quantities of liquefied reducing agent 2 can be taken from the tank 1 and used for exhaust gas purification.
  • FIG. 7 shows a further sectional view along a line BB, as shown in FIG.
  • the ribs 17 are shown on the upper surface, which are in connection with the depressions 16 on the underside of the predetermined area 11.
  • the individual components of the heater 18 are arranged in the recesses 16.
  • the rod elements 20 are detected with this representation with a section obliquely to its longitudinal extent.
  • Above the predetermined area 11 and the protruding ribs 17 is the reducing agent 2.
  • FIG. 8 shows a further sectional illustration for illustrating the arrangement of the heating device 18 or its components in the recesses 16 or the ribs 17.
  • the sectional view corresponds to a section in the horizontal direction corresponding to the surface CC of FIG.
  • FIG. 8 a plane perpendicular to the image plane of FIG. 7 is indicated by this line.
  • the heating device 18 or a rod element 21 is shown, which is arranged within side walls 23 of the ribs 17 or the depression 16.
  • the sidewalls 23 tightly and nearly gap-free enclose the components of the heater 18 to form an optimum junction for the heat provided in the heater 18.
  • the heat transfer is indicated in FIG. 8 by means of the arrows P. At this time, the heat provided in the heater 18 penetrates the side walls 23 to pass to the reducing agent 2 that exists inside the cylindrical wall 8 and flows around the fins 17.
  • the side walls 23 of the ribs 17 or the recesses 16 may have a predetermined thickness or wall thickness.
  • a different wall thickness may be provided at specific locations.
  • a region 24 with a thinner wall thickness d1 is referred to as a region with a normal wall thickness and thus as a normal region
  • a further region 25 with an increased wall thickness d2 is referred to as a thickness region.
  • the normal region 24 has the substantially uniform wall thickness d1
  • the thickness region 25 has the increased wall thickness d2.
  • the clear space within the recesses 16 is compared to the surface exposed to the reducing agent 2 of the side wall 23 with the side walls designed as flat surfaces, so that the heater 18 can be used with their respective components in the desired manner approximately gap-free and one for the heat transfer required mechanical contact is formed.
  • the heat transfer is preferably effected by the smaller wall thickness and thus in the normal range 24.
  • the thickness region 25 will cause a slightly smaller passage.
  • the mechanical stability of the ribs 17 or depressions 16 is improved overall, and advantages in terms of the filling of a mold (tool) in the manufacture of the basic housing 5 are achieved.
  • the various wall areas, such as the normal area 24 and the thickness area 25 are shown in Figure 6 in a similar manner.
  • the various thickness ranges of the side wall 23 are present not only in the region of the arrangement of the rod elements 21 of the heater 18 and the associated recesses 16 or ribs 17, but also in the recesses 16 and ribs 17 of the partial ring structure 20. This is shown in Figure 6.
  • the base housing 5 may be made of a metallic material.
  • the base housing 5 is made of a non-metallic material, and in particular of a resistant to the reducing agent 2 plastic material, which is preferably formed by means of a plastic injection molding.
  • the thickness regions 25 of the side walls 23 with a larger wall thickness d2 thus serve better mold filling in the plastic injection technique, while the normal regions 24 with the smaller wall thickness d1 ensure optimal heat transfer of the heat generated by the heater 18 to the reducing agent 2.
  • the heater 18 has a split ring structure 20 and the rod members 21, and the heater 18 may be integrally formed.
  • the heating device 18 and the associated shape of the depressions 16 and ribs 17 are designed such that the outlet opening 12 or the filter device 13 is enclosed at least partially within the predetermined area 11 of the basic housing 5. This is done essentially by the partial ring structure 20.
  • the rod elements 21 are arranged in a star shape on the partial ring structure 20 and extend in the radial direction, starting from the partial ring structure 20, if in a central region within the partial ring structure 20, a center is assumed, for example, according to FIG is arranged approximately centrally in the outlet opening 12, not shown, or in the filter device 13.
  • the partial ring structure 20 While by means of the partial ring structure 20 preferably the immediate vicinity of the outlet opening 12 or the filter device 13 is heated with respect to the reducing agent 2, by means of the rod elements 21 in the ribs 17, the further environment of the reducing agent 2 within the by the cylindrical This ensures that an at least small portion of the volume of the reducing agent 2 can be liquefied very quickly with a frozen reducing agent 2, so that the operation of the internal combustion engine including an exhaust gas cleaning is ensured even at an early operating state ,
  • a further region 26 is shown on the base housing 5.
  • This area 26 is recessed with respect to the cylindrical wall 8 and is not within the predetermined area 11 or within the cylindrical wall 8.
  • the further area 26 relates to the possibility of arranging a sensor device for detecting the level or the amount of reducing agent 2 in the tank 1.
  • the sensor device can be arranged in the region 26 and designed in the form of an ultrasonic sensor, by means of which a fill level can be detected. In conjunction with the known dimensions of the tank 1, the filling amount can thus be determined.
  • the heating device 18 has been shown with a partial ring structure 20 and a plurality of bar elements 21.
  • the heating device 18 may also be designed in the form of a closed ring, so that instead of a partial ring structure 20, a ring structure without a recess 22 is formed.
  • the annular structure as an alternative embodiment can be formed in one piece with rod elements 21 corresponding to a predetermined number or as separate components.
  • the area of the outlet opening 12 or the filter device 13 is completely enclosed, likewise in the same way as in the heating device 18 according to FIG. 4, the heat output of the heating device 18 is close to the area Outlet opening 12 or the filter device 13 is preferred and heated early.
  • the heating device 18 may also be designed in several parts, wherein the individual parts can be controlled separately with respect to the supply of electrical power, so that selectively and depending on existing operating conditions and conditions, the individual parts of the heater 18 individually, in groups or supplied together with electrical power can be.
  • the heater 18 to be supplied heating power can be controlled accurately and demand-dependent.
  • the heating device 18 may, for example, have a plurality of partial ring structures arranged in the manner of concentric rings, so that the formation of the recess 22 and of the recess 22a (FIG. 6) is possible.
  • the outer partial ring may comprise the rod elements 21.
  • the individual components of the entire heater 18 can be controlled separately depending on demand or together.
  • a ring structure or partial ring structure arranged in the immediate vicinity of the filter device 13 and around the outlet opening 12 can first be activated and supplied with (if necessary temporarily increased) electrical power, so that the area around the outlet opening 12 or the filter device 13 is preferably first warmed up or thawed.
  • the heater 18 has been inserted into the prepared recesses 6 in the predetermined area 11 of the main body 5.
  • the heating device 18 was received approximately gap-free for a good heat transfer to the reducing agent 2 through the depressions 16.
  • the heating device 18 may be shown in the same form as indicated in FIG. 4 and at the same position as in FIG. 6 in connection with the ribs 17 is to be poured into the base housing 5.
  • the heater 18 after the completion of the basic housing 5 (with the exception of appropriate not shown Connecting lines) by enclosing the heater 18 with the material of the base housing 5 no longer accessible. Rather, the heater is completely shed with the material of the base housing 5.
  • the pouring of the heater 18 in the manufacture of the base housing 5 also ensures the desired almost gap-free arrangement of the heater 18 within the recesses 16 in the predetermined region 11 of the base housing 5, so that a good heat transfer is ensured.
  • the arrangement (position) of the heater 18 by means of the pouring in the manufacture of the base housing 5 is the same as that obtained in connection with the insertion into the recesses 16. The production can be accelerated in this way, and it is the heater 18 largely protected from external influences (damage, pollution).
  • the normal regions 24 shown in FIGS. 6 and 8 can be arranged with a smaller wall thickness and the thickness regions 25 with greater wall thickness can be arranged at regular intervals.
  • the invention is not fixed thereto, and the thickness ranges 25 or normal ranges 24 can be formed in different numbers and with different distances and a different longitudinal extent along the rod elements 21 or the partial ring structure 20.
  • the substantially horizontal surfaces of the ribs 17 are flat and formed with a uniform wall thickness.
  • the upper surfaces of the ribs 17 may have corresponding normal areas and thickness areas, each with different wall thicknesses.
  • the external shape of the heating device 18 As shown by way of example in FIG. 4, different shapes and also different configurations of the rod elements 21 may be provided.
  • the arranged in the predetermined range 1 1 of the base housing 5 recesses 16 (and so that the ribs 17) must be matched to the heater 18 in terms of their outer shape, so that the heater 18 can be used in one piece or more parts in the wells 16 approximately gap-free, so that an optimal heat transfer via the respective side walls 23 to the reducing agent 2 guaranteed tet is.
  • the heating device 18 separate from the arrangement of the basic housing 5 with a corresponding casing, so that the heating device 18 is insulated from the reducing agent 2 (encapsulated), and the heating device provided with a casing can be placed on the predetermined the area 11 of the base housing 5 are arranged, wherein the same basic structure as in the embodiments described above is required so that the area of the outlet opening 12 or the filter device 13 wholly or at least partially enclosed and the heater in the vicinity of the outlet opening 12 or filter device 13th located. In this case, corresponding electrical leads to the heater 18 are provided.
  • the heating device 18 may generally consist of a metal material, such as aluminum, and it may be formed in the heater 18 corresponding heating coil with resistance wires. Alternatively, in the metal body of the heater 18 and PTC elements (PTC thermistors) can be used as heat-emitting elements.
  • PTC elements PTC thermistors

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Abstract

Eine Heizungsanordnung für einen Tank 1 zur Bevorratung eines fluiden Reduktionsmittels 2 zur Verminderung schädlicher Komponenten im Abgas von Brennkraftmaschinen umfasst ein Grundgehäuse 5, das in einem unteren Teil des Tanks 1 einsetzbar ist und eine Auslassöffnung 12 in einem vorbestimmten Bereich 1 1 des Grundgehäuses aufweist; sowie eine Heizeinrichtung 18 zum Aufheizen des Reduktionsmittels 2, wobei die Heizeinrichtung 18 in dem vorbestimmten Bereich 1 1 des Grundgehäuses 5 angeordnet ist.

Description

Heizungsanordnung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Heizungsanordnung für einen Tank, und insbesondere für einen Tank zur Bevorratung eines fluiden Reduktionsmittels zur Verminderung schädlicher Komponenten im Abgas von Brennkraftmaschinen.
Durch die Verbrennung eines Brennstoffs in Brennkraftmaschinen liegen in den Abgasen der Verbrennung umweltschädliche Stoffe vor, sodass eine zumindest teilweise Reinigung der Abgase erforderlich ist. Insbesondere bei mit Diesel-Brennstoff betriebenen Fahrzeugen muss durch immer weiter verschärfte gesetzliche Bestimmungen bezüglich der Zusammensetzung der Abgase insbesondere der Anteil an Stickoxyden (NOx) erheblich vermindert werden.
In diesem Zusammenhang ist ein Verfahren bekannt, bei dem zur Minderung des Gehalts an Stickoxyden im Abgas gasförmiges Ammoniak (NH3) als Reduktionsmittel in den Abgasstrom eingebracht und mit den Stickoxyden des Abgases selektiv zu Stickstoff und Wasser umgesetzt wird. Bei der Anwendung im Bereich der Brennkraftmaschinen für Fahrzeuge wird zur Bereitstellung von Ammoniak eine im Fahrzeug mitgeführte wässrige Harnstofflösung über ein Dosierventil in das Abgasrohr und somit in die Abgasströmung eingebracht. Bei diesem Vorgang wird aus der wässrigen Harnstofflösung Ammoniak gebildet, und in Verbindung mit einem entsprechenden Katalysator werden die im Abgas enthaltenen Stickoxyde umgewandelt. Die wässrige Harnstofflösung wird in gleicher Weise wie der Brennstoff in einem separaten Tank bevorratet.
Hinsichtlich eines ganzjährigen Betriebs eines Fahrzeugs in Verbindung mit der Abgasreinigung mittels der wässrigen Harnstofflösung ist zu beachten, dass die wässrige Harn- stofflösung bei etwa -1 1 °C ausflockt bzw. gefriert. Der besondere Tank für die wässrige Harnstofflösung bedarf somit einer Heizung, um bei tieferen Temperaturen zumindest einen Teil der im Tank befindlichen Harnstofflösung flüssig zu halten oder zu verflüssigen, sodass eine Einspritzung in den Abgasstrom möglich ist.
Aus der Druckschrift DE 10 2007 055 032 A1 ist ein System zum Temperieren einer Hamstoff-Wasser-Lösung bekannt, bei der an einer Fluidleitung zwischen dem Tank der Harnstoff-Wasser-Lösung und einer Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs Heizleiter an der Fluidleitung angeordnet sind, deren Heizleistung in Abhängigkeit von vorbestimmten Parametern gesteuert bzw. geregelt wird. Der Heizleiter kann hierbei ein PTC-Element (Kaltleiter, PTC: Positive Temperature Coefficient) sein. Die Regelung der Heizleistung wird insbesondere in Abhängigkeit von einer Temperaturerfassung durchgeführt. Die Temperaturerfassung kann dabei die Temperatur der Hamstoff-Wasser-Lösung und/oder eine äußere Umgebungstemperatur sein.
Desweiteren offenbart die Druckschrift DE 10 2006 027 487 A1 einen Fahrzeugtank für ein flüssiges Reduktionsmittel, insbesondere für eine Hamstofflösung, wobei der Tank mehrere Kammern aufweist und in einer der Kammern in Form eines Innenbehälters eine integrierte elektrische Heizung in Verbindung mit einer Saugleitung zur Entnahme der flüssigen Hamstofflösung vorgesehen ist. Der Innenbehälter ist etwa in der Mitte des Tanks angeordnet, sodass dieser Bereich der Hamstofflösung zuerst erwärmt wird.
Die Druckschrift DE 10 2007 050 272 A1 offenbart einen Tank zur Bevorratung eines Reduktionsmittels, wobei an vorbestimmten Stellen in dem Tank, in dem ein zusätzlicher Innenbehälter vorgesehen ist, das Reduktionsmittel in Form einer wässrigen Hamstofflösung mittels einer Heizeinrichtung beheizt wird. Die Entnahme der Harnstofflösung geschieht mittels einer entsprechenden Saugleitung und in Verbindung mit einer zugehörigen Rücklaufleitung. Hierbei ist eine thermische Kopplung der Rücklaufleitung mit der Heizeinrichtung vorgesehen, um eine positive Beeinflussung des Auftauens der gefrorenen wässrigen Hamstofflösung bei tiefen Temperaturen positiv zu beeinflussen. Derartige Anordnungen von Heizeinrichtungen in einem Tank zur Bevorratung von wäss- riger Harnstofflösung führen jedoch zu aufwändigen Anordnungen der Heizeinrichtung und der Entnahmerohre, wobei nicht immer ein sicheres Auftauen einer bei tiefen Umgebungstemperaturen gefrorenen Harnstofflösung und damit ein ungestörter Betrieb der kalt gestarteten Brennkraftmaschine gewährleistet ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Heizungsanordnung für einen Tank zur Bevorratung eines fluiden Reduktionsmittels (wie einer wässrigen Harnstofflösung) der eingangs genannten Art derart auszugestallten, dass mit vereinfachten Maßnahmen eine verbesserte Erwärmung des fluiden Reduktionsmittels und damit schneller ein sicherer Betrieb der Brennkraftmaschine mit einer entsprechenden Abgasreinigung gewährleistet ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Heizungsanordnung für einen Tank zur Bevorratung eines fluiden Reduktionsmittels gemäß den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen, sowie durch einen Tank zur Bevorratung des fluiden Reduktionsmittels, in welchem die Heizungsanordnung verwendet wird, gemäß den im Patentanspruch 12 angegebenen Merkmalen.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst die Heizungsanordnung für einen Tank zur Bevorratung eines fluiden Reduktionsmittels zur Verminderung schädlicher Komponenten im Abgas von Brennkraftmaschinen ein Grundgehäuse, das in einem unteren Teil des Tanks einsetzbar ist und eine Auslassöffnung in einem vorbestimmten Bereich des Grundgehäuses aufweist, und eine Heizeinrichtung zum Aufheizen des Reduktionsmittels, wobei die Heizeinrichtung in dem vorbestimmten Bereich des Grundgehäuses angeordnet ist.
Mit der Anordnung der Heizeinrichtung zum Aufheizen des Reduktionsmittels in dem Grundgehäuse der Heizungsanordnung in einem Bereich des Grundgehäuses, in dem ebenfalls die Ablauföffnung angeordnet ist, ist gewährleistet, dass auch bei sehr tiefen Umgebungstemperaturen und einer langen Abstellzeit eines Fahrzeugs und einem damit verbundenen vollständigen Durchfrieren der wässrigen Harnstofflösung unmittelbar nach dem Starten des Fahrzeugs schnell eine zumindest kleine Menge an wässriger Harnstofflösung in der Umgebung der Heizeinrichtung in der Nähe der Auslassöffnung gebildet wird, sodass rasch ein Einspritzen der wässrigen Harnstofflösung in die Abgasanlage der Brennkraftmaschine und damit frühzeitig ein Betrieb mit einer gewünschten Abgasreini- gung möglich ist. Die Heizeinrichtung ist hierbei in dem vorbestimmten Bereich des Grundgehäuses angeordnet und kann insbesondere die unmittelbare Umgebung um die Auslassöffnung anwärmen. Im weiteren Verlauf des Betriebs kann dann die weitere Umgebung um die Auslassöffnung und schließlich die Gesamtmenge des fluiden Reduk- tionsmittels in entsprechender Weise aufgewärmt und aufgetaut werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Heizungsanordnung in einem Tank zur Bevorratung des fluiden Reduktionsmittels angeordnet, sodass mittels der Heizeinrichtung der Heizungsanordnung nach einer vorbestimmten Betriebszeit das gesamte fluide Reduktionsmittel im Tank für einen sicheren Betrieb der Brennkraftma- schine mit einer Abgasreinigung angewärmt bzw. aufgetaut werden kann.
Weiter Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patenanspröchen angegeben.
Die in dem vorbestimmten Bereich liegende Heizeinrichtung der Heizungsanordnung kann die Auslassöffnung zumindest teilweise umschließen. Hierbei kann die Heizeinrich- tung in Vertiefungen des Grundgehäuses, die in dem vorbestimmten Bereich angeordnet sind, eingesetzt sein, und es können die Vertiefungen entsprechend einer äußeren Form der Heizeinrichtung ausgebildet sein.
Die Heizeinrichtung kann dabei einen Hauptkörper sowie zumindest zwei sich von dem Hauptkörper erstreckende Stabelemente aufweisen. Der Hauptkörper kann ferner eine Teilringstruktur aufweisen, und es können sich die Stabelemente im Wesentlichen in radialer Richtung relativ zur Teilringstruktur von dieser weg erstrecken.
Die Heizeinrichtung der Heizungsanordnung kann zumindest zwei getrennte Teile aufweisen, und es können die Teile in getrennten Vertiefungen in dem vorbestimmten Bereich des Grundgehäuses angeordnet sein. Die Vertiefungen können in dem vorbestimmten Bereich des Hauptgehäuses in der nach Einsetzten des Hauptgehäuses in den Tank außen liegenden Seite angeordnet sein, und es können auf der innen liegenden Seite (in Richtung des Tankinneren) entsprechende vorstehende Rippen ausgebildet sein. Eine Wandstärke von Seitenwänden der Vertiefungen und der vorstehenden Rippen kann hierbei zumindest zwei Werte umfassen.
Das Grundgehäuse kann auf der nach dem Einsetzen in den Tank im Inneren des Tanks liegenden Seite ein zumindest teilweise zylindrisches Gehäuseteil mit einer zylindrischen Wand aufweisen, und es können in der zylindrischen Wand Strömungsöffnungen ausgebildet sein.
Insbesondere kann die Heizeinrichtung der Heizungsanordnung spaltfrei in die Vertiefungen eingesetzt sein. Die Heizeinrichtung kann auch in den Vertiefungen des Grundgehäuses eingegossen sein. Hierbei wird ein guter Wärmeübergang zu dem Reduktionsmit- tel gewährleistet. Ferner wird durch das Eingießen der Heizeinrichtung die Fertigung vereinfacht.
Gemäß dem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Tank zur Bevorratung eines fluiden Reduktionsmittels zur Verminderung schädlicher Komponenten im Abgas von Brennkraftmaschinen eine Heizungsanordnung gemäß den vorstehenden Angaben. Die Heizungsanordnung kann hierbei insbesondere in eine Bodenfläche des Tanks eingesetzt sein.
Die Erfindung wird nachstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine Gesamtdarstellung in Form einer Teilschnittansicht eines Tanks zur Bevorratung eines fluiden Reduktionsmittels, in den die Heizanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eingesetzt ist,
Figur 2 eine Schnittansicht der Heizungsanordnung gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
Figur 3 eine perspektivische Darstellung eines Grundgehäuses der Heizungs- anordnung gemäß Figur 2 aus der Sicht von unten,
Figur 4 eine perspektivische Darstellung der in das Grundgehäuse der Heizungsanordnung einzusetzenden Heizeinrichtung, Figur 5 eine perspektivische Darstellung des Grundgehäuses der Heizungsanordnung gemäß Figur 3, bei der die Heizeinrichtung gemäß Figur 4 eingesetzt ist,
Figur 6 eine perspektivische Darstellung der Heizungsanordnung gemäß Figur 2 aus der Sicht von oben, Figur 7 eine Schnittdarstellung entlang einer Linie B-B gemäß Figur 6, und
Figur 8 einen Horizontalschnitt (Bereich C-C in Figur 6) durch eine der Rippen der Heizungsanordnung gemäß Figur 6.
Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
Figur 1 zeigt in einer Teilschnittansicht einen Tank 1 , wie er beispielsweise in einem Kraftfahrzeug oder in einer sonstigen Einrichtung angeordnet sein kann, bei der in Verbindung mit dem Betrieb einer Brennkraftmaschine, und insbesondere einer Diesel- Brennkraftmaschine eine Abgasreinigung unter Verwendung eines fluiden Reduktionsmittels 2 durchgeführt werden soll. Im vorliegenden Fall ist vorzugsweise das Reduktionsmittel 2 eine wässrige Harnstofflösung, die gemäß der vorstehenden Beschreibung in Verbindung mit dem Stand der Technik in die Abgasanlage der Brennkraftmaschine eingespritzt wird, und wobei in Verbindung mit entsprechenden vorbestimmten chemischen Reaktionen eine Umwandlung der Abgase und damit eine gewünschte Abgasreinigung erzielt wird. Der Tank 1 ist somit ganz oder zumindest teilweise mit dem fluiden Reduktionsmittel 2, beispielsweise mit der wässrigen Harnstofflösung, gefüllt. Eine Heizungs- anordnung 3 ist in dem Tank 1 angeordnet, und insbesondere an einer vorbestimmten Position, vorzugsweise in einem unteren Bodenelement des Tanks 1 eingesetzt.
Die Heizungsanordnung 3 umfasst ein mehrteilig ausgebildetes oder vorzugsweise einstückig ausgebildetes Grundgehäuse 5, das in einem unteren Bereich des Grundgehäuses 5 einen Flansch 6 aufweist, mittels dessen das Grundgehäuse 5 der Heizungs- anordnung 3 in den Tank 1 in eine entsprechende Öffnung eingesetzt werden kann. Das Grundgehäuse 5 wird in der Öffnung (die beispielsweise im Bodenelement des Tanks angeordnet ist) befestigt und hinsichtlich des fluiden Reduktionsmittels 2 ausreichend abgedichtet.
Die Heizungsanordnung 3 ist des Weiteren mit einem Entnahmerohr 7 verbindbar, wobei mittels des Entnahmerohrs 7 (das auch in Form eines Schlauchs vorgesehen sein kann) eine zur Abgasreinigung erforderliche Menge des fluiden Reduktionsmittels 2 entnommen und über nicht gezeigte Ventileinrichtungen und Einspritzeinrichtungen in die Abgasanlage der nicht gezeigten Brennkraftmaschine eingebracht werden kann.
In der Darstellung gemäß Figur 1 ist die in den Tank 1 einsetzbare Heizungseinrichtung 3 im Wesentlichen symmetrisch im Bezug auf die Form und Abmessungen des Tanks 1 eingesetzt. Die vorliegende Erfindung ist hierauf jedoch nicht festgelegt, und es kann der Tank 1 neben einer quaderförmigen Ausführung einer beliebigen Ausführung und Formgestaltung aufweisen, wobei die Heizungsanordnung 3 auch unsymmetrisch zur Formgestaltung in den Tank 1 einsetzbar ist und lediglich gewährleistet sein soll, dass sich die Heizungsanordnung 3 nach dem Einsetzten in den Tank 1 mit einer beliebigen Formgebung vorzugsweise am tiefsten Punkt des Tanks 1 befindet. Zur Veranschaulichung der gesamten Anordnung des Tanks 1 und der in den Tank 1 einsetzbaren Heizungsanordnung 3 wurde eine beispielhafte Darstellung mit im wesentlichem symmetrischen Verhältnissen gewählt. Gemäß der Darstellung in Figur 2 sind weitere Einzelheiten der Heizungsanordnung 3 gemäß der vorliegenden Erfindung angegeben. Insbesondere zeigt Figur 2 eine Schnittansicht der Heizungsanordnung 3, wie sie in den Tank 1 eingesetzt werden kann.
Die Heizungsanordnung 3 umfasst das Grundgehäuse 5, das in einem oberen Bereich gemäß der Darstellung in Figur 2, d.h. einem Bereich, der oberhalb des Bodenelements des Tanks 1 liegt, eine zylindrische Wand 8 aufweist, die aus der durch den Flansch 6 gebildeten Ebene um ein vorbestimmtes Maß in den Figuren 1 und 2 nach oben ragt. Die zylindrische Wand 8 bildet somit ein zylindrisches Gehäuseteil des Grundgehäuses 5, das oben offen ist und das bei einem mit dem fluiden Reduktionsmittel 2 gefüllten Tank 1 ebenfalls im Sinne kommunizierender Röhren mit dem Reduktionsmittel 2 gefüllt ist. Die Durchströmung des zylindrischen Gehäuseteils innerhalb der zylindrischen Wand 8 des Grundgehäuses 5 wird durch Strömungsöffnungen 9 gewährleistet.
Zur Erfassung der Temperatur des Reduktionsmittels 2 innerhalb der zylindrischen Wand 8 (d. h. innerhalb des im Wesentlichen zylindrischen Gehäuseteils) ist an einer Stelle innerhalb der zylindrischen Wand 8 und vorzugsweise an dieser ein Temperatursensor 10 angeordnet. Der Temperatursensor 10 kann an einer beliebigen Stelle innerhalb der zylindrischen Wand 8 angeordnet sein, und es können mehrere Temperatursensoren an weiteren Stellen vorgesehen sein, deren jeweilige Erfassungssignale einer nicht gezeig- ten zentralen Steuerungseinrichtung zur Auswertung der Temperaturerfassung zugeführt werden. Zusätzlich können weitere Temperatursensoren an vorbestimmten Stellen außerhalb der zylindrischen Wand 8 vorgesehen sein, insbesondere an Stellen innerhalb des Tanks 1 , wobei ebenfalls deren jeweilige Erfassungssignale der (nicht gezeigten) Steuerungseinrichtung zur Auswertung zugeführt werden
Das Grundgehäuse 5 der Heizungsanordnung 3 umfasst einen vorbestimmten Bereich 11 innerhalb der zylindrischen Wand 8 und mit der Funktion eines Bodens des gebildeten zylindrischen Gehäuseteils des Grundgehäuses 5. Der vorbestimmte Bereich 11 des Grundgehäuses 5 kann somit in der durch den Flansch 6 gebildeten Ebene oder in einer hierzu benachbarten (im Wesentlichen parallelen) Ebene gemäß der Darstellung in Figur 2 darüber oder darunter angeordnet sein.
Vorzugsweise in der Mitte des vorbestimmten Bereichs 1 1 ist eine Auslassöffnung 12 vorgesehen, mittels der aus dem zylindrischen Gehäuseteil innerhalb der zylindrischen Wand 8 und somit aus dem Tank 1 das Reduktionsmittel 2 entnommen werden kann. Unmittelbar an der Auslassöffnung 12 ist eine Filtereinrichtung 13 angeordnet, mittels der das durch die Auslassöffnung 12 bei einer Entnahme strömende Reduktionsmittel 2 hinsichtlich möglicher Verunreinigungen gefiltert wird, um beispielsweise bei einer Einspritzung des entnommenen Reduktionsmittels 2 in die Abgasanlage der Brennkraftmaschine Störungen der Einspritzeinrichtung zu vermeiden. Ebenfalls mit der Auslassöffnung 12 kommunizierend ist eine Auslasskammer 14 angeordnet, die von dem entnommenen Reduktionsmittel 2 durchströmt wird, und an die das bereits in Figur 1 gezeigte Entnahmerohr 7 angeschlossen werden kann. Vorzugsweise wird das Entnahmerohr 7 über eine steuerbare Ventileinrichtung 15 an die Heizungsanordnung 3, und insbesondere an die Auslasskammer 14 angeschlossen. Das zu entnehmende fluide Reduktionsmittel 2 strömt somit von dem Tank 1 in den zylindrischen Gehäuseteil innerhalb der zylindrischen Wand 8 über die Filtereinrichtung 13 und die Auslassöffnung 12 in dem vorbestimmten Bereich 11 des Grundgehäuses 5 in die Auslasskammer 14, und von dort über die steuerbare Ventileinrichtung 15 mittels des Entnahmerohrs 7 zur weiteren Verarbeitung in Richtung der Brennkraftmaschine, und insbe- sondere in Richtung der zugehörigen Abgasanlage.
Der vorbestimmte Bereich 11 des Grundgehäuses 5 (d.h. der Bodenbereich des zylindrischen Gehäuseteils innerhalb der zylindrischen Wand 8) weist an vorbestimmten Stellen rillenförmige oder schlitzförmige Vertiefungen 16 auf, die gemäß der Darstellung in Figur 2 von unten in den vorbestimmten Bereich 11 gebildet sind, sodass in dem besonderen Bereich der rillenförmigen oder schlitzförmigen Vertiefungen 16 auf der oberen Seite des vorbestimmten Bereichs 1 1 hervorstehende Rippen 17 ausgebildet sind. In die rillenförmigen oder schlitzförmigen Vertiefungen 16, die auf der Oberseite des vorbestimmten Bereichs 11 gemäß Figur 2 zu den hervorstehenden Rippen 17 führen, kann eine Heizeinrichtung 18 eingesetzt werden, die nahezu den gesamten Raum innerhalb der Vertiefungen 16 ausfüllt und vorzugsweise spaltfrei oder lediglich mit einem sehr geringen Spalt innerhalb der Vertiefungen 16 angeordnet werden kann. Über in Figur 2 nicht dargestellte elektrische Anschlussleitungen kann die Heizeinrichtung 18 angeschlossen und mit elektrischer Leistung zur Abgabe einer entsprechenden Wärme versorgt werden. Die mittels der Heizeinrichtung 18 bereitgestellte Wärme wird über die Wandstärke der Vertiefungen 16 bzw. der hervorstehenden Rippen 17 auf das in dem Tank 1 angeordnete Reduktionsmittel 2 übertragen, sodass das Reduktionsmittel auf diese Weise aufgewärmt werden kann. Insbesondere wird das in der Nähe der Rippen 17 befindliche Reduktionsmittel 2 zuerst aufgeheizt.
In Figur 2 ist mit Bezugszeichen 19 eine elektrische Anschlusseinheit bezeichnet, wobei über die Anschlusseinheit 19 die elektrische Leistung zur Heizeinrichtung 18 zugeführt und Erfassungssignale von Temperatursensoren, wie des Temperatursensors 10 an der zylindrischen Wand 8 oder eines weiteren Temperatursensors 10 in der Auslasskammer 14 nach Außen übertragen werden können. Innerhalb der Anschlusseinheit 19 kann somit eine beliebige Steckeranordnung oder Verbindungsanordnung vorgesehen sein. Die Anschlusseinheit 19 kann ebenfalls weitere elektrische und/oder elektronische Bauteile und Schaltungen aufweisen, die als eine Steuerungseinheit dienen können. Die weitere Ausgestaltung der Heizeinrichtung 18 sowie Ihre Anordnung in dem Hauptgehäuse 5 der Heizungsanordnung 3 wird nachstehend im einzelnen in Verbindung mit den weiteren Figuren 3 bis 6 beschrieben.
Gemäß der Darstellung in Figur 2 wurde bereits angegeben, dass in den rillenförmigen oder schlitzförmigen Vertiefungen 16 die Heizeinrichtung 18 eingesetzt ist. Figur 3 zeigt eine Darstellung der Heizungsanordnung 3, wobei im Vergleich zur Schnittdarstellung von Figur 2 der Blick schräg von unten auf das Grundgehäuse 5 gerichtet ist. In dem Grundgehäuse 5 der Heizungsanordnung 3 sind die Vertiefungen 16 erkennbar, wobei die Vertiefungen 16 eine gerade oder gekrümmte Form sowie Verzweigungen aufweisen können. Figur 3 zeigt in einem mittleren Bereich innerhalb der Anordnung der Vertiefungen 16 die Auslasskammer (Ausströmkammer) 14, die einerseits die in Figur 3 nicht dargestellte Auslassöffnung 12 (Figur 2) abdeckt und an die das Entnahmerohr 7 direkt oder über weitere Einrichtungen angeschlossen werden kann. Das Entnahmerohr 7 sowie weitere in Figur 2 gezeigte Einrichtungen auf der Unterseite des Grundgehäuses 5 sind zur verbesserten Darstellung der Vertiefungen 16 weggelassen.
Figur 4 zeigt eine Ausführungsform der Heizeinrichtung 18, wobei die gezeigte Ausführungsform der Heizeinrichtung 18 eine ringförmige oder, wie es in der Abbildung gezeigt ist, eine teilringförmige Struktur bzw. Teilringstruktur 20 aufweist. Die Teilringstruktur 20 oder eine ringförmige Anordnung bilden einen Hauptkörper der Heizeinrichtung 18. An der Teilringstruktur 20 sind mehrere stabförmige Elemente oder Stabelemente 21 ausgebildet. Die Stabelemente 21 können als getrennte Teile hergestellt und an die Teilringstruktur 20 angesetzt werden, oder es kann die Heizeinrichtung 18 in ihrer Gesamtheit als eine einstückige Einheit gebildet werden.
Die Teilringstruktur 20 weist eine Ausnehmung 22 auf, die gemäß der Darstellung in Figur 3 durch den dazwischen angeordneten Teil des Grundgehäuses 5 eingenommen wird. Wird somit die in Figur 4 gezeigte Heizeinrichtung 18 in die entsprechend ausgebildeten und der Form der Heizeinrichtung 18 folgenden Vertiefungen 16 eingesetzt, dann ent- steht eine Anordnung, wie sie in Figur 5 gezeigt ist. Hierbei ist die Heizeinrichtung 18 nahezu spaltfrei in die Vertiefungen 16 eingesetzt, sodass in der Heizeinrichtung 18 nach einer entsprechenden Ansteuerung mit einer elektrischen Leistung entstehende Wärme lediglich über die Wände der Vertiefungen (siehe Figur 2) nach außen an das die hervorstehenden Rippen 17 umgebende Reduktionsmittel 2 abgegeben werden kann. Die in der Heizeinrichtung 18 gebildete Wärme muss somit lediglich die Wände der rillenförmi- gen oder schlitzförmigen Vertiefungen 16 bzw. der hervorstehenden Rippen 17 durchdringen.
Die Ausnehmung 22 bewirkt ebenfalls eine hinsichtlich Größe und Lage entsprechende Aussparung 22a in dem vorbestimmten Bereich 1 1 des Grundgehäuses 5. Die Ausspa- rung 22a ist in der nachstehen noch beschriebenen Figur 6 dargestellt.
Die Heizeinrichtung 18 wird somit nach dem Einsetzten in die Vertiefungen 16 formschlüssig gehalten. Hierbei kann die Heizeinrichtung 18 bündig mit der unteren Oberflä- che des vorbestimmten Bereichs 11 abschließen, oder in einer vorbestimmten Weise tiefer in den Vertiefungen 16 angeordnet sein.
In der Schnittdarstellung der Figur 2 sind die einzelnen Komponenten der Heizeinrichtung 18 in den Vertiefungen 16 angedeutet. Die Schnittdarstellung gemäß Figur 2 zeigt somit gemäß Figur 5 einen Schnitt etwa entlang einer Linie A-A, sodass die entsprechenden Vertiefungen 16 (oder Rippen 17) und die Komponenten der Heizeinrichtung 18, insbesondere die Stabelemente 21 gemäß Figur 2 in ihrer jeweiligen Längsausdehnung geschnitten dargestellt werden.
Im Vergleich zur Darstellung von Figur 5 zeigt Figur 6 ebenfalls eine perspektivische Darstellung, die jedoch die gegenüberliegende Seite des vorbestimmten Bereichs 1 des Grundgehäuses 5 zeigt. Der Blick ist somit auf das Grundgehäuse 5 schräg von oben (relativ zu Figur 2, d. h. aus dem Inneren das Tanks 1 ) gerichtet.
Aus einer Hauptebene des vorbestimmen Bereichs 11 ragen die Rippen 17 hervor, unter denen eingesetzt die Heizeinrichtung 18 (nicht erkennbar in Figur 6) vorgesehen ist. Es ist jedoch aus der Darstellung von Figur 6 erkennbar, dass die Rippen im Wesentlichen der äußeren Form der Heizeinrichtung 18 gemäß Figur 4 folgen.
Die Anordnung der Rippen 17 in Verbindung mit der Teilringstruktur 20 der Heizeinrichtung 18 sowie den Stabelementen 21 zeigt, dass die innerhalb der Rippen 17 angeordnete Heizeinrichtung 18 unmittelbar benachbart zu der in Figur 6 nicht gezeigten Auslassöffnung 12 und auch unmittelbar benachbart zu der über der Auslassöffnung 12 befindlichen Filtereinrichtung 13 angeordnet ist. Mit der Teilringstruktur 20 benachbart zu der Filtereinrichtung 13 wird erreicht, dass im Falle eines bei tiefen Umgebungstemperaturen nahezu vollständig durchgefrorenen Reduktionsmittels 2 unmittelbar zu Beginn eines Betriebs des Fahrzeugs und damit einer Zufuhr der Leistung zur Heizungseinrichtung 18 ein kleiner Bereich in der Umgebung der Filtereinrichtung 13 oder der Auslassöffnung 12 angewärmt wird. Es ist somit gewährleistet, dass sehr schnell eine zumindest geringe Menge des Reduktionsmittels 2 in flüssiger Form vorliegt, die zum Einbringen in die Abgasanlage der Brennkraftmaschine geeignet ist. Insbesondere trägt die Teilringstruktur 20 in der Nähe der Auslassöffnung 12 oder der Filtereinrichtung 13 zu einem schnellen Aufheizen der unmittelbaren Umgebung der Filtereinrichtung 13 bei. Die vorstehend bereits angegebene Ausnehmung 22 bewirkt die hinsichtlich Größe und Lage entsprechende Aussparung 22a in dem vorbestimmten Bereich 11 des Grundgehäuses 5. Die in Figur 6 dargestellte Aussparung 22a im vorbestimmten Bereich 11 stellt somit einen Zuflußbereich für das fluide Reduktionsmittel 2 dar. Wurde nach dem Auftau- en durch die Heizeinrichtung 8 das fluide Reduktionsmittel 2 im Bereich der Auslassöffnung 12 verflüssigt, dann kann auf einfache Weise das Reduktionsmittel 2 der Auslassöffnung 12 zuströmen.
Die weitere Umgebung um die Filtereinrichtung 13, und somit der weitere Raum innerhalb der zylindrischen Wand 8 wird mittels der weiteren Komponenten der Heizeinrichtung 8, d.h. der Vielzahl der Stabelemente 21 bewirkt.
Die Stabelemente 21 gemäß Figur 4 weisen eine vorbestimmte Länge in ihrer Erstre- ckungsrichtung auf, die derart bestimmt ist, dass sie sich in radialer Richtung von der Teilringstruktur 20 erstrecken, jedoch einen bestimmten Abstand zur zylindrischen Wand 8 aufweisen. Die Vertiefungen und Rippen 17 erstrecken sich somit gemäß der Darstel- lung in Figur 6 ebenfalls nicht bis zur zylindrischen Wand, wobei um die Rippen 17 eine Strömungsebene in dem vorbestimmten Bereich 11 gebildet wird, sodass das fluide oder mittels der Heizeinrichtung 18 verflüssigte Reduktionsmittel 2 auf einfache Weise zur Auslassöffnung 12 strömen kann. In der Nähe der Heizeinrichtung 18, d. h. in der Nähe der Wärme abgebenden Rippen 17 flüssig gewordenes Reduktionsmittel 2 kann somit von jeder Position innerhalb des vorbestimmten Bereichs 11 der Auslassöffnung 12 zuströmen. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass bereits kleine Mengen an verflüssigtem Reduktionsmittel 2 dem Tank 1 entnommen und zur Abgasreinigung genutzt werden können.
Figur 7 zeigt eine weitere Schnittansicht gemäß einer Linie B-B, wie sie in Figur 6 gezeigt ist. In dem Teilausschnitt des vorbestimmten Bereichs 1 1 sind auf der oberen Oberfläche die Rippen 17 gezeigt, die in Verbindung mit den Vertiefungen 16 auf der Unterseite des vorbestimmten Bereichs 11 stehen. In den Vertiefungen 16 sind die einzelnen Komponenten der Heizeinrichtung 18 angeordnet. Hierbei werden die Stabelemente 20 mit dieser Darstellung mit einem Schnitt schräg zu ihrer Längsausdehnung erfasst. Oberhalb des vorbestimmten Bereichs 11 und der hervorstehenden Rippen 17 befindet sich das Reduktionsmittel 2. Figur 8 zeigt eine weitere Schnittdarstellung zur Veranschaulichung der Anordnung der Heizeinrichtung 18 bzw. ihrer Komponenten in den Vertiefungen 16 oder den Rippen 17. Die Schnittdarstellung entspricht einem Schnitt in horizontaler Richtung entsprechend der Fläche C-C von Figur 6 oder der Linie C-C von Figur 7, wobei mit dieser Linie eine senkrecht zur Bildebene der Figur 7 verlaufende Ebene angedeutet ist. In dieser zum vorbestimmten Bereich 1 1 parallelen Schnittebene gemäß Figur 8 ist die Heizeinrichtung 18 bzw. ist ein Stabelement 21 gezeigt, das innerhalb von Seitenwänden 23 der Rippen 17 oder der Vertiefung 16 angeordnet ist. Die Seitenwände 23 umschließen die Komponenten der Heizeinrichtung 18 fest und nahezu spaltfrei, damit ein optimaler Übergang für die in der Heizeinrichtung 18 bereitgestellte Wärme gebildet wird. Der Wärmeübergang ist in Figur 8 mittels der Pfeile P bezeichnet. Hierbei durchdringt die in der Heizeinrichtung 18 bereitgestellte Wärme die Seitenwände 23, um auf das Reduktionsmittel 2 überzugehen, dass innerhalb der zylindrischen Wand 8 vorliegt und die Rippen 17 umströmt.
Die Seitenwände 23 der Rippen 17 oder der Vertiefungen 16 können dabei eine vorbestimmte Dicke oder Wandstärke aufweisen.
Gemäß der Darstellung in Figur 8 und auch entsprechend einer Andeutung bei den Rippen von Figur 6 kann neben der Möglichkeit einer einheitlichen Dicke der Seitenwände 23 (einheitliche Wandstärke) an bestimmten Stellen eine unterschiedliche Wandstärke vorgesehen sein.
Wird ein Bereich 24 mit einer dünneren Wandstärke d1 als ein Bereich mit normaler Wandstärke und somit als ein Normalbereich bezeichnet, dann wird dem gegenüber ein weiterer Bereich 25 mit einer vergrößerten Wandstärke d2 als ein Dickenbereich bezeichnet. Der Normalbereich 24 weist die im Wesentlichen gleichförmige Wandstärke d1 auf, während der Dickenbereich 25 die vergrößerte Wandstärke d2 aufweist. Der lichte Raum innerhalb der Vertiefungen 16 ist im Vergleich zu der gegenüber dem Reduktionsmittel 2 freiliegenden Oberfläche der Seitenwand 23 mit den Seitenwänden als ebene Flächen ausgeführt, sodass die Heizeinrichtung 18 mit ihren jeweiligen Komponenten in gewünschter Weise annähernd spaltfrei eingesetzt werden kann und ein für den Wärmeübergang erforderlicher mechanischer Kontakt gebildet wird.
In Folge der unterschiedlichen Wandstärken d1 < d2 wird der Wärmedurchgang vorzugsweise durch die geringere Wandstärke und somit im Normalbereich 24 erfolgen. Der Dickenbereich 25 wird einen etwas geringeren Durchgang bewirken. Mit dem Dickenbe- reich 25 wird jedoch insgesamt die mechanische Stabilität der Rippen 17 bzw. der Vertiefungen 16 verbessert, und es werden Vorteile hinsichtlich der Füllung einer Form (eines Werkzeugs) bei der Herstellung des Grundgehäuses 5 erzielt.
Die verschiedenen Wandbereiche, wie der Normalbereich 24 und der Dickenbereich 25 sind in Figur 6 in entsprechender Weise dargestellt. Die verschiedenen Dickebereiche der Seitenwand 23 liegen nicht nur im Bereich der Anordnung der Stabelemente 21 der Heizeinrichtung 18 und der zugehörigen Vertiefungen 16 oder Rippen 17 vor, sondern auch bei den Vertiefungen 16 und Rippen 17 der Teilringstruktur 20. Dies ist in Figur 6 gezeigt.
Das Grundgehäuse 5 kann aus einem metallischen Material bestehen. Vorzugsweise besteht jedoch das Grundgehäuse 5 aus einem nicht metallischen Material, und insbesondere aus einem gegenüber dem Reduktionsmittel 2 beständigen Kunststoffmaterial, das vorzugsweise mittels einer Kunststoffspritztechnik gebildet wird. Die Dickenbereiche 25 der Seitenwände 23 mit einer größeren Wandstärke d2 dienen somit der besseren Formfüllung bei der Kunststoffspritztechnik, während die Normalbereiche 24 mit der geringeren Wandstärke d1 einen optimalen Wärmeübergang der von der Heizeinrichtung 18 erzeugten Wärme auf das Reduktionsmittel 2 gewährleisten.
Wie es in den Figuren 4 bis 6 gezeigt ist, weist die Heizeinrichtung 18 eine Teilringstruktur 20 und die Stabelemente 21 auf, und es kann die Heizeinrichtung 18 einstückig gebildet werden. Die Heizeinrichtung 18 und die zugehörige Form der Vertiefungen 16 und Rippen 17 ist derart ausgebildet, dass zumindest teilweise innerhalb des vorbestimmten Bereichs 11 des Grundgehäuses 5 die Auslassöffnung 12 bzw. die Filtereinrichtung 13 umschlossen ist. Dies erfolgt im Wesentlichen durch die Teilringstruktur 20. Die Stabelemente 21 sind Sternförmig an der Teilringstruktur 20 angeordnet und erstrecken sich in radialer Richtung ausgehend von der Teilringstruktur 20, wenn in einem mittleren Bereich innerhalb der Teilringstruktur 20 ein Mittelpunkt angenommen wird, der beispielsweise gemäß Figur 6 etwa mittig in der nicht gezeigten Auslassöffnung 12 bzw. in der Filtereinrichtung 13 angeordnet ist.
Während mittels der Teilringstruktur 20 vorzugsweise die unmittelbare Umgebung der Auslassöffnung 12 oder der Filtereinrichtung 13 im Hinblick auf das Reduktionsmittel 2 aufgewärmt wird, erfolgt mittels der Stabelemente 21 in den Rippen 17 das Aufwärmen der weiteren Umgebung des Reduktionsmittels 2 innerhalb des durch die zylindrische Wand 8 definierten zylindrischen Gehäuseteils des Grundgehäuses 5. Dies gewährleistet, dass sehr schnell bei einem gefrorenen Reduktionsmittel 2 ein zumindest kleiner Bereich des Volumens des Reduktionsmittels 2 verflüssigt werden kann, sodass der Betrieb der Brennkraftmaschine einschließlich einer Abgasreinigung bereits bei einem frühen Be- triebszustand gewährleistet ist.
In der Figur 6 ist an den Grundgehäuse 5 ein weiterer Bereich 26 gezeigt. Dieser Bereich 26 ist hinsichtlich der zylindrischen Wand 8 ausgespart und liegt nicht innerhalb des vorbestimmten Bereichs 11 bzw. innerhalb der zylindrischen Wand 8. Der weitere Bereich 26 betrifft die Möglichkeit einer Anordnung einer Sensoreinrichtung zur Erfassung des Füllstands bzw. der Füllmenge an Reduktionsmittel 2 im Tank 1. Vorzugsweise kann die Sensoreinrichtung im Bereich 26 angeordnet und in Form eines Ultraschallsensors ausgebildet sein, mittels dessen eine Füllhöhe erfasst werden kann. In Verbindung mit den bekannten Abmessungen des Tanks 1 kann somit die Füllmenge bestimmt werden.
Gemäß Figur 4 wurde die Heizeinrichtung 18 mit einer Teilringstruktur 20 und einer Mehrzahl von Stabelementen 21 gezeigt.
In einer alternativen Ausführungsform kann die Heizeinrichtung 18 auch in Form eines geschlossenen Rings ausgebildet sein, sodass an Stelle einer Teilringstruktur 20 eine Ringstruktur ohne eine Ausnehmung 22 gebildet wird. An die Ringstruktur als alternative Ausführungsform können in gleicher Weise wie in der Darstellung der Figur 4 Stabele- mente 21 entsprechend einer vorbestimmten Anzahl einstückig ausgebildet oder als getrennte Komponenten angesetzt werden.
In diesem Fall wird bei Vorliegen einer Ringstruktur ohne Ausnehmung 22 der Bereich der Auslassöffnung 12 bzw. der Filtereinrichtung 13 vollständig umschlossen, wobei ebenfalls in gleicher Weise wie bei der Heizeinrichtung 18 gemäß Figur 4 die Wärmeab- gäbe der Heizeinrichtung 18 einen Bereich in der Nähe der Auslassöffnung 12 oder der Filtereinrichtung 13 bevorzugt und frühzeitig erwärmt wird.
Gemäß einer weiteren Abwandlung kann die Heizeinrichtung 18 auch mehrteilig ausgeführt sein, wobei die einzelnen Teile hinsichtlich der Versorgung mit einer elektrischen Leistung getrennt angesteuert werden können, sodass wahlweise und in Abhängigkeit von vorliegenden Betriebszuständen und Bedingungen die einzelnen Teile der Heizeinrichtung 18 individuell, in Gruppen oder gemeinsam mit elektrischer Leistung versorgt werden können. Beispielsweise kann in Abhängigkeit von einer erfassten Außentemperatur (Umgebungstemperatur) oder einer Temperatur des Reduktionsmittels 2 die der Heizeinrichtung 18 zuzuführende Heizleistung genau und bedarfsabhängig gesteuert werden. Die Heizeinrichtung 18 kann beispielsweise eine in der Art konzentrischer Ringe angeordnete Mehrzahl von Teilringstrukturen aufweisen, so dass die Ausbildung der Ausnehmung 22 und der Aussparung 22a (Figur 6) möglich ist. Die Ausnehmungen 22 der jeweiligen Teilringstrukturen sind dabei derart ausgerichtet, dass eine gemeinsame fluchtende Ausnehmung gebildet wird. Dies führt zu dem vorstehend beschriebenen günstigen Strömungsweg für das fluide Reduktionsmittel. Bei einer Mehrzahl von Teilringstrukturen in konzentrischer Anordnung kann der äußere Teilring die Stabelemente 21 aufweisen.
In Verbindung mit der mehrteiligen Ausführung der Heizeinrichtung 18 und insbesondere der Ausbildung der Heizeinrichtung 18 mit zwei oder mehreren konzentrischen Teilring- strukturen oder Ringstrukturen können die einzelnen Komponenten der gesamten Heizeinrichtung 18 bedarfsabhängig getrennt oder gemeinsam angesteuert werden können. Insbesondere kann eine Ringstruktur oder Teilringstruktur, die in unmittelbarer Nachbarschaft zur Filtereinrichtung 13 und um die Auslassöffnung 12 angeordnet ist, zuerst angesteuert und mit (im Bedarfsfall zeitweilig erhöhter) elektrischer Leistung versorgt werden, sodass der Bereich um die Auslassöffnung 12 oder die Filtereinrichtung 13 bevorzugt zuerst aufgewärmt bzw. aufgetaut wird.
Bei der vorstehenden Beschreibung, beispielsweise gemäß der in den Figuren 3 bis 5 gezeigten Anordnung, wurde die Heizeinrichtung 18 in die vorbereiteten Vertiefungen 6 im vorbestimmten Bereich 11 des Grundgehäuses 5 eingesetzt. Die Heizeinrichtung 18 wurde annähernd spaltfrei für einen guten Wärmeübergang zu dem Reduktionsmittel 2 durch die Vertiefungen 16 aufgenommen.
In einer alternativen Anordnung kann während der Herstellung des Grundgehäuses 5 vorzugsweise mittels eines Kunststoffgussverfahrens (Spritzgussverfahren) die Heizeinrichtung 18 in gleicher Form, wie sie in Figur 4 angegeben ist, und an gleicher Stelle, wie es in Figur 6 in Verbindung mit den Rippen 17 gezeigt ist, in das Grundgehäuse 5 eingegossen werden. In diesen Fall ist abweichend von Figur 5 die Heizeinrichtung 18 nach der Fertigstellung des Grundgehäuses 5 (mit Ausnahme entsprechender nicht gezeigter Anschlussleitungen) durch Umschließen der Heizeinrichtung 18 mit dem Material des Grundgehäuses 5 nicht mehr zugänglich. Vielmehr ist die Heizeinrichtung vollständig mit dem Material des Grundgehäuses 5 vergossen.
Das Eingießen der Heizeinrichtung 18 bei der Herstellung des Grundgehäuses 5 gewährleistet ebenfalls die gewünschte nahezu spaltfreie Anordnung der Heizeinrichtung 18 innerhalb der Vertiefungen 16 im vorbestimmten Bereich 11 des Grundgehäuses 5, sodass ein guter Wärmeübergang sichergestellt ist. Die Anordnung (Lage) der Heizeinrichtung 18 mittels des Eingießens bei der Herstellung des Grundgehäuses 5 ist die gleiche, wie sie in Verbindung mit dem Einsetzen in die Vertiefungen 16 erzielt wird. Die Fertigung kann auf diese Weise beschleunigt werden, und es ist die Heizeinrichtung 18 weitgehend von äußeren Einwirkungen (Beschädigung, Verschmutzung) geschützt.
Gemäß einer weiteren Alternative können die in den Figuren 6 und 8 gezeigten Normalbereiche 24 mit geringerer Wandstärke und die Dickenbereiche 25 mit größerer Wandstärke in regelmäßigen Abständen angeordnet sein. Die Erfindung ist jedoch hierauf nicht festgelegt, und es können die Dickenbereiche 25 oder Normalbereiche 24 in unterschiedlicher Anzahl und mit unterschiedlichen Abständen und einer unterschiedlichen Längsausdehnung entlang den Stabelementen 21 oder der Teilringstruktur 20 gebildet werden. Desweiteren besteht die Möglichkeit, insbesondere die Wandstärke d2 des Dickenbereichs 25 an verschiedenen Stellen der Anordnung der jeweiligen Dickenbereiche 25 unterschiedlich zu wählen, vorausgesetzt, die Wandstärke d2 ist größer als die Wandstärke d1 des Normalbereichs 24.
Gemäß der Darstellung in Figur 6 sind die Bereich der verschiedenen Wandstärken d1 und d2, d.h. die Normalbereiche 24 und Dickenbereiche 25 in Verbindung mit den Seitenwänden 23 der Vertiefung 16 oder der Rippen 17 angegeben. In der Darstellung von Figur 6 sind die im Wesentlichen horizontalen Flächen der Rippen 17 eben und mit gleichförmiger Wandstärke ausgebildet. In gleicher Weise wie die Seitenwände 23 können jedoch auch die oberen Oberflächen der Rippen 17 entsprechende Normalbereiche und Dickenbereiche mit jeweils unterschiedlichen Wandstärken aufweisen.
Hinsichtlich der äußeren Form der Heizeinrichtung 18, wie sie beispielhaft in Figur 4 gezeigt ist, können unterschiedliche Formen und auch unterschiedliche Ausgestaltungen der Stabelemente 21 vorgesehen sein. In jedem Fall ist es erforderlich, dass die in dem vorbestimmten Bereich 1 1 des Grundgehäuses 5 angeordneten Vertiefungen 16 (und damit auch der Rippen 17) hinsichtlich ihrer äußeren Form auf die Heizeinrichtung 18 abgestimmt sein müssen, damit die Heizeinrichtung 18 einstückig oder mehrteilig in die Vertiefungen 16 annähernd spaltfrei eingesetzt werden kann, damit ein optimaler Wärmeübergang über die jeweiligen Seitenwände 23 zu dem Reduktionsmittel 2 gewährleis- tet ist.
Schließlich besteht auch die Möglichkeit, die Heizeinrichtung 18 getrennt von der Anordnung des Grundgehäuses 5 mit einer entsprechenden Ummantelung zu versehen, sodass die Heizeinrichtung 18 gegenüber dem Reduktionsmittel 2 isoliert (verkapselt) ist, und es kann die mit einer Ummantelung versehene Heizeinrichtung auf dem vorbestimm- ten Bereich 11 des Grundgehäuses 5 angeordnet werden, wobei die gleiche Grundstruktur wie in den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen erforderlich ist, damit der Bereich der Auslassöffnung 12 oder der Filtereinrichtung 13 ganz oder zumindest Teilweise umschlossen und die Heizeinrichtung sich in der Nähe der Auslassöffnung 12 oder Filtereinrichtung 13 befindet. In diesem Fall sind entsprechende elektrische Zuleitungen zur Heizeinrichtung 18 vorzusehen.
Die Heizeinrichtung 18 kann im Allgemeinen aus einem Metallwerkstoff, wie beispielsweise Aluminium, bestehen, und es können in der Heizeinrichtung 18 entsprechende Heizwendel mit Widerstandsdrähten ausgebildet sein. Alternativ können in dem metallenen Körper der Heizeinrichtung 18 auch PTC Elemente (Kaltleiter) als Wärme abgebende Elemente eingesetzt werden.
Die vorliegende Erfindung wurde vorstehend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den zugehörigen Figuren beschrieben.
Für den auf diesem Gebiet tätigen Fachmann ist es jedoch selbstverständlich, dass die Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung gemäß den beschriebenen Figuren und die für die jeweiligen Bauteile und Komponenten verwendeten Bezugszeichen in den Figuren und der Beschreibung sowie die beispielhaften Angaben nicht einschränkend auszulegen sind.
Auch sind die in den einzelnen Figuren angegebenen Formen und Proportionen für ein besseres Verständnis schematisch und vereinfacht dargestellt. Die Erfindung ist somit auf die angegebenen Darstellungen und insbesondere auf Dimensionen nicht beschränkt. Vielmehr werden als zur Erfindung gehörig sämtliche Ausführungsformen und Varianten angesehen, die unter die beigefügten Patentansprüche fallen.

Claims

Patentansprüche
Heizungsanordnung für einen Tank zur Bevorratung eines fluiden Reduktionsmittels zur Verminderung schädlicher Komponenten im Abgas von Brennkraftmaschinen, mit:
einem Grundgehäuse (5), das in einem unteren Teil des Tanks (1 ) einsetzbar ist und eine Auslassöffnung (12) in einem vorbestimmten Bereich (1 1 ) des Grundgehäuses aufweist; und
einer Heizeinrichtung (18) zum Aufheizen des Reduktionsmittels (2), wobei die Heizeinrichtung (18) in dem vorbestimmten Bereich (1 1 ) des Grundgehäuses (5) angeordnet ist.
Heizungsanordnung nach Anspruch 1 , wobei die Heizeinrichtung (18) in dem vorbestimmten Bereich (11 ) die Auslassöffnung (12) zumindest teilweise umschließt.
Heizungsanordnung nach Anspruch 1 , wobei die Heizeinrichtung (18) in in dem vorbestimmten Bereich angeordnete Vertiefungen (16) des Grundgehäuses (5) eingesetzt ist und die Vertiefungen entsprechend einer äußeren Form der Heizeinrichtung ausgebildet sind.
Heizungsanordnung nach Anspruch 3, wobei die Heizeinrichtung (18) einen Hauptkörper (20) sowie zumindest zwei sich von dem Hauptkörper erstreckende Stabelemente (21 ) aufweist.
Heizungsanordnung nach Anspruch 4, wobei der Hauptkörper (20) eine Teilringstruktur aufweist und sich die Stabelemente (21 ) im Wesentlichen in radialer Richtung relativ zur Teilringstruktur erstrecken.
Heizungsanordnung nach Anspruch 4, wobei die Heizeinrichtung (18) zumindest 2 getrennte Teile aufweist und die Teile in getrennten Vertiefungen in dem vorbestimmten Bereich (1 1 ) des Grundgehäuses (5) angeordnet sind.
7. Heizungsanordnung nach Anspruch 3, wobei die Vertiefungen (16) in dem vorbestimmten Bereich (11 ) des Hauptgehäuses (5) in der nach Einsetzten des Hauptge- häuses in den Tank (1 ) außen liegenden Seite angeordnet sind, und auf der innen liegenden Seite entsprechende vorstehende Rippen (17) ausgebildet sind.
8. Heizungsanordnung nach Anspruch 7, wobei eine Wandstärke von Seitenwänden (23) der Vertiefungen (16) und der vorstehenden Rippen (17) zumindest zwei Werte (d1 , d2) umfasst.
9. Heizungsanordnung nach Anspruch 7, wobei das Grundgehäuse (5) auf der nach dem Einsetzen innerhalb des Tanks (1 ) liegenden inneren Seite ein zumindest teilweise zylindrisches Gehäuseteil mit einer zylindrischen Wand (8) aufweist, und in der zylindrischen Wand Strömungsöffnungen (9) ausgebildet sind.
10. Heizungsanordnung nach einem Anspruch 3, wobei die Heizeinrichtung (18) spaltfrei in die Vertiefungen (16) eingesetzt ist.
11. Heizungsanordnung nach einem Anspruch 3, wobei die Heizeinrichtung (18) in den Vertiefungen (16) des Grundgehäuses (5) eingegossen ist.
12. Tank zur Bevorratung eines fluiden Reduktionsmittels zur Verminderung schädlicher Komponenten im Abgas von Brennkraftmaschinen, mit:
einer Heizungsanordnung (18) nach einem der Patentansprüche 1 bis 1 1.
13. Tank nach Anspruch 12, wobei die Heizungsanordnung (3) in eine Bodenfläche des Tanks (1 ) eingesetzt ist.
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