WO2011086038A1 - Vorrichtung mit einem tank und einer fördereinheit für reduktionsmittel - Google Patents

Vorrichtung mit einem tank und einer fördereinheit für reduktionsmittel Download PDF

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Wolfgang Maus
Ludwig Wieres
Jan Hodgson
Rolf BRÜCK
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Emitec Gesellschaft Für Emissionstechnologie Mbh
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present invention relates to a device which has a tank with a tank bottom and a liquid conveying unit, the liquid being in particular a liquid reducing agent for exhaust gas aftertreatment.
  • a liquid reducing agent is preferably injected into the exhaust stream to convert the nitrogen oxides contained in the exhaust stream by means of a catalyst in elemental nitrogen (N 2 ) and water (H 2 0).
  • an active substance for example, ammonia (NH 3 ) and / or urea (CH 4 N 2 O) is preferably dissolved in water and added thereto.
  • a tank is provided, which cooperates with a delivery unit, so that a promotion of the reducing agent from the tank to the exhaust gas flow is made possible.
  • the problem to be solved is to specify a heating strategy or a heat management, with which a targeted and sufficient thawing of frozen reducing agent is achieved shortly after the start.
  • a concentrated heat input should be sought, without this local hot spots are generated, which reach a surface temperature of higher than 90 ° C.
  • safeguards should be proposed that specifically influence the functionality or the heating strategy.
  • measures should be specified that are currently in the thawing process or shortly after thawing. Operation allows proper removal of liquid reducing agent, so that in particular a substantially bubble-free promotion is possible.
  • an object of this invention is to improve the thermal management near the extraction point and the proper removal of liquid reducing agent by a suitable return line of already promoted reducing agent towards the tank.
  • a further object of the invention is to propose measures with which more precise information about the thawing degree or the level of liquid reducing agent during the thawing process or shortly after the thawing process is available.
  • Another object is to specify measures with which the freezing process is already deliberate, so that less stress acts on the components of the tank or the tank itself and / or the thawing is subsequently promoted.
  • a device comprising at least one tank with a tank bottom and a conveying unit for a liquid is proposed here, wherein the conveying unit is arranged in a chamber on the tank bottom, and the chamber has at least one heater.
  • the tank can basically be made of metal and / or plastic.
  • the tank regularly has a complex geometry because it adapts to the conditions or spatial conditions in the motor vehicle.
  • the tank can be made in one piece, but this is not mandatory.
  • Regularly the tank can be assigned a tank bottom, one or more tank sides and a tank cover, which together define the tank interior or the tank volume.
  • the tank is subdivided into several sub-volumes, so that (different) amounts of liquid are stored in the different sub-volumes.
  • the device also has at least one conveyor unit, wherein regularly exactly one (individual) conveyor unit will be provided.
  • the delivery unit comprises components with which the liquid can be conveyed out of the tank (passive components such as liquid-carrying lines and active components such as apparatuses for treatment, conversion, heating, etc. of the liquid).
  • the delivery unit preferably comprises at least one pump. pe and corresponding delivery lines for the liquid.
  • the delivery unit it is possible for the delivery unit to have further components, such as at least one filter, at least one sensor and / or at least one valve.
  • electronic or electrical components to be integrated in the delivery unit, such as circuits, memories, computers or the like.
  • a “liquid” is understood to mean, in particular, a substance which has a liquid state of aggregation at least at room temperature. ⁇ br/> ⁇ br/> Very particular preference is given to the liquid as a reducing agent for the treatment of nitrogen oxides, as occur in the exhaust gas of internal combustion engines
  • the liquid reducing agent may additionally comprise at least one freezing point-lowering substance, as well as small particles which do not impede the conveying, in this respect "liquid” being a generic term, in particular for exactly these reducing agent types.
  • the delivery unit of the device according to the invention is arranged in a chamber on the tank bottom.
  • the chamber represents in particular an inward curvature, indentation, recess or the like from the adjacent tank bottom.
  • the chamber starting from the tank bottom, forms a chamber height.
  • the chamber is free of the liquid stored in the tank and at least partially receives the delivery unit.
  • the chamber may also be at least partially filled or flooded with the liquid stored in the tank.
  • the chamber may be an integral or separate connection part of the tank bottom. It is further preferred that the chamber, preferably at the level of the adjacent tank bottom, is closed.
  • the chamber is arranged eccentrically relative to the tank, ie near a tank side.
  • the chamber preferably extends from the tank bottom, it is also possible that the chamber is disposed on a side wall of the tank and extends from the side wall of the tank.
  • the chamber is arranged in the vicinity of the tank bottom.
  • a position is proposed which is closer to the tank bottom than to the tank top.
  • the distances of the chamber to a tank top and to a tank top can be determined for example via an imaginary center of the chamber and its distance to an imaginary plane of the tank top and the distance to an imaginary plane of the tank bottom.
  • An imaginary plane of a tank top or a tank bottom essentially reflects the position or position of the upper side of the tank or of the tank bottom. Protrusions or recesses in the tank bottom or the top of the tank need not be considered here.
  • the distance of such an imaginary center to the plane of the tank top is even more than twice as large, and more preferably more than five times as large as the distance of the center to the plane of the tank bottom.
  • the chamber has at least one heater. It is particularly preferred that the heater is operated with electrical energy.
  • the heater can basically be designed separately, be part of the conveyor unit and / or be arranged in or on a chamber wall.
  • the arrangement proposed here has a number of advantages.
  • the protruding into the tank chamber allows a space-saving arrangement of the conveyor unit.
  • the bottom of the conveyor unit also allows a complete emptying of the tank with respect to the liquid regardless of the design of the tank, for example, compared to tanks, in which the liquid is removed via a arranged on the tank ceiling conveyor unit.
  • the chamber protruding into the tank with its heating allows the heat during thawing deeper or further into the interior into the ice. Also, the heated surface is increased locally.
  • the preferred contour of the chamber with relatively steep (practically almost perpendicular to the tank bottom) chamber side walls also leads to a directed flow of thawed reducing agent to a predetermined area of the tank bottom is done, so that quickly thawed a large amount of the liquid and to a Removal point can be transported.
  • insulation is provided at least in the region of a chamber top of the chamber. It is particularly preferred here that the thermal insulation between a chamber wall with a heater and the chamber interior is positioned with the conveyor unit. Optionally, the entire area adjacent to a heater towards the interior of the chamber or the delivery unit can be designed with one or more thermal insulation. In addition, it is very particularly preferred that the chamber has no insulation opposite the chamber top to the surroundings. This is to be achieved, in particular, that the heat provided by the at least one heater is supplied directly to the liquid in the tank adjacent to the chamber and not or significantly reduced to the interior of the chamber or the conveyor unit.
  • the thermal insulation in particular has a lower heat conduction than metal or plastic.
  • the thermal insulation preferably comprises at least ceramic or an open-pored foam.
  • the heater be designed with at least one electric heating segment is that is arranged in heat-conducting contact at least to the chamber side wall or the chamber top. It is particularly preferred that in each case at least one electrical heating element are arranged on or in a chamber side wall and at least one electrical heating element on or in the chamber upper side.
  • an electrical heating element is preferably an electrical heating line into consideration, such as a heating wire, a heating foil or the like.
  • PTC positive temperature coefficient
  • the heater may be printed and / or glued to the chamber wall, in particular from the inside of the chamber.
  • the heater is fixed with a kind of clamp on the chamber wall.
  • a heater can be pressed by means of a clamp against the outside and / or the inside of the chamber wall.
  • a corresponding power source is provided, which is specifically controlled in particular.
  • a plurality of heating segments are provided in the direction of a chamber height of the chamber. In other words, in other words, starting from the tank bottom toward the top of the chamber, a plurality of heating segments, in particular running around the chamber and preferably arranged parallel to one another, are provided. These heating segments can in particular be operated or regulated independently of one another.
  • these heating segments are designed differently, in particular with respect to the individual heating powers. It is particularly preferred that the potential heating of the heating segments in the direction of the chamber height decreases from bottom to top. In other words, in other words, a heating segment disposed near the tank bottom allows greater heat input into the tank interior than a heating segment located closer to the chamber top. According to a further development, it is also proposed that the heater comprises at least one self-regulating heating segment. This means in particular that (automatically) is monitored or regulated, and that a predetermined temperature is not exceeded in the contact area with the chamber towards the liquid.
  • the heating power can be designed so that at a temperature of the liquid of about 0 ° C, a maximum surface temperature of the chamber wall (eg 90 ° C or even only 70 ° C) even in areas where, for example during the thawing process significant proportion of liquid is present, is not exceeded.
  • a heating material can be used which undergoes a temperature-dependent (electrical) resistance change and thus regulates the heating power itself as a result of the change in resistance.
  • a PTC heating element is self-regulating in this sense.
  • Another option for designing a self-regulating heating element is a bi-metal switch.
  • a bi-metal switch is made of two different materials with different thermal expansion coefficients.
  • a bi-metal switch may be configured to disconnect an electrical connection as soon as a temperature is above a threshold temperature.
  • a bi-metal switch may be provided to independently regulate the heater to a predetermined heating temperature.
  • an independent control unit consisting of a temperature sensor, a controller and a variable resistor, may be provided.
  • additional switches in particular so-called thermal switches, may be provided in order to carry out a two-point control for the individual heating segments.
  • the at least one heater is set up as a level gauge.
  • the heater is designed with fuel, which has a temperature-dependent electrical resistance.
  • the contact of the heating with the environment towards the tank can be at different heights of the chamber determined different temperatures and thus obtained just for the thawing period of information about the liquid level or the height of the liquid level around the chamber around.
  • This also applies in particular to the condition when large parts of the liquid in the tank are still frozen, for example even where a level meter may be provided for the entire tank.
  • an energy consideration for determining the fill level or the liquid level can be used.
  • the amount of energy required to heat up the filling of the tank is proportional to the capacity at least in a certain temperature range. From the amount of heat introduced into the tank can therefore be closed to the level in the tank.
  • the specific heat capacity of the liquid in the tank is also regularly dependent on the physical state of the liquid.
  • frozen water has a specific heat capacity of 2.06 kJ / (kg K) [kilojoules per kilogram and Kelvin].
  • Liquid water has a specific heat capacity of 4.19 kj / (kg K) [kilojoules per kilogram and Kelvin].
  • Urea-water solution which is often used as a reducing agent, has comparable heat capacities in the corresponding aggregate states. For heating the frozen liquid or for heating the liquid liquid therefore different amounts of energy are necessary. This can be used to determine the physical state of the filling of the tank as part of an energy consideration.
  • the temperature signals of these temperature sensors can be taken into account in an energy consideration.
  • the heater may also include a cooling water heater.
  • a cooling water heater can according to Art a cooling coil, which is flushed by the cooling water of a motor. Such a cooling coil may be provided on the chamber wall inside and / or outside the chamber.
  • at least one heat conducting means may be arranged on the tank bottom near the chamber. In this case, it is particularly meant that the heating power generated with the chamber is introduced via (passive) heat-conducting means into the (adjacent or adjacent) environment of the chamber, namely into the tank bottom located there. For this purpose, separate and / or integrated heat conduction can be provided on or in the tank bottom.
  • a heat conducting means may in particular be a metal ring embedded in the tank bottom (eg a so-called SAE connector) and / or a (cast-in) pot or a (cast-in) sleeve which forms a kind of depression or trench around the chamber trained or at least partially limited.
  • SAE connector a so-called SAE connector
  • a (cast-in) pot or a (cast-in) sleeve which forms a kind of depression or trench around the chamber trained or at least partially limited.
  • the heat conducting means are preferably formed with metallic material.
  • thermoelectric means serves to fasten the chamber.
  • the heat conducting means may be at the same time a part or the entire chamber fastening, so that a simple embodiment of the chamber fastening and the heat conducting means can be achieved.
  • a drain is provided for liquid from the tank into the chamber and a return for liquid from the chamber into the tank, the drain and return disposed at different positions of the chamber are. It is particularly preferred that the drain is arranged at a lower geodetic level than the return. In particular, it is considered advantageous that the drain is arranged close to the tank bottom, while the return is arranged on a chamber side wall opposite the drain and / or, as is particularly preferred, on the upper side of the chamber.
  • the return can be carried out with a tube extending to near the top of the chamber, a nozzle or the like.
  • guide structures can be formed on the chamber wall, in particular on the upper side of the chamber, with which the liquid returned via the return runs in a targeted manner along the chamber wall, in particular uniformly, and can thus be quickly and bubble-free fed back to a liquid reservoir near the drain.
  • shut-off device can also affect several components or fluid lines (together).
  • the drain and the return are directly together.
  • the return is then arranged above the drain, so that air bubbles that get out of the return, as possible, do not come into contact with the process.
  • only a single opening in the chamber wall may be required to carry out drain and return. So the number of necessary seals can be reduced.
  • at least the drain or the return has a drainage barrier.
  • both the drain and the return have a drainage barrier.
  • a drainage barrier can be designed with an electrical actuating unit (eg valve, etc.) and / or a mechanical actuating unit (flap, spring system, etc.).
  • the drain barrier is designed so that upon activation of the drain barrier passage of liquid through the drain and / or return is prevented. This applies in particular to the case when the delivery unit is removed from the chamber or with the chamber from the tank, for example for inspection operations or for maintenance. Such a drainage barrier therefore allows the liquid still in the tank not to run out during or after removal of the delivery unit.
  • the drainage barrier cooperate with at least one component of the delivery unit and / or the chamber wall, so that in the mounted state of the delivery unit or the chamber, the drainage barrier is automatically opened and automatically closes upon removal.
  • a device is also proposed, in which the tank has at least one local ventilation heater which, starting from a drain for liquid starting at the tank bottom, extends over at least one tank side into the vicinity of a tank ceiling.
  • the vent heater is designed or configured in such a way that it forms at least one channel at the tank boundary when the liquid in the tank is frozen.
  • the vent heater heat of the frozen liquid to such that substantially continuous uninterrupted area with a locally concentrated heat input is formed.
  • This vent heater runs continuously from the drain for liquid at the tank bottom to a tank side along the bottom of the tank and then along the sides of the tank to the vicinity of the tank ceiling.
  • the vent heater extends over at least 50% of the height of the tank side, preferably even over at least 80%, and most preferably up to the maximum liquid level in the tank.
  • a (separate) ventilation heater it is possible for a (separate) ventilation heater to be provided concretely for this purpose, but it is also possible, for example, for a large-area heating of the tank locally, ie in a small, exactly predetermined, delimited area opposite the tank side (specifically or specifically) to separate).
  • the at least one local ventilation heater is arranged linearly in a guide of the tank.
  • a groove is provided on the outside and / or inside of or in the tank boundary (tank bottom, tank side). This may be attached as a separate component to the tank bottom or the tank side, an integrated, one-piece design is preferred.
  • the guide is already formed during the production of the tank.
  • the guide may optionally serve (in part) as a boundary for the channel to be formed and / or as protection for circulating ice pieces.
  • a guide is provided on the outside of the tank, it can serve to fix the heating.
  • the guide represents in particular a partial enclosure of the vent heater.
  • the at least one local ventilation heater is at least partially formed with a heated injection line which extends from the delivery unit to an injector for the liquid.
  • the liquid or the reducing agent is heated during the promotion to an injector.
  • pipes and / or hoses are used, which have electric heaters.
  • this heated injection line in heat-conducting contact with the tank, so that the heat generated there is also discharged to the tank bottom or the tank side. If necessary, this at least partially remove the thermal insulation of the heated injection line, so that a heat release is also possible to the liquid in the tank to a significant extent.
  • the heated injection line can be designed such that it has at least two partial regions which differ in their heat transfer coefficient. This can be done for example by forming partial areas with different thermal insulation. Particularly preferred here is an embodiment in which a first portion is arranged with a first heat transfer coefficient on the tank, while a second, not arranged on the tank portion has a second heat transfer coefficient, which is lower than the first heat transfer coefficient.
  • the heated injection line it is possible for the heated injection line to be guided inside the tank, but a configuration in which the heated injection line is fixed in an externally arranged guide is preferred.
  • the first subarea of the heated injection line is preferably the subarea which is passed through the interior of the tank, while the second subarea of the heated injection line is the subarea that lies outside the tank.
  • a thermal insulation is formed, which is connected to a cover, with which the guide is releasably closed.
  • tension bands used, which abut the outside sections of the tank.
  • tension bands can be designed with a heater and bring through their system heat in the interior of the tank.
  • these components can also be used to form at least one such vent heater with a local effect for the targeted expression of channels near the tank boundary.
  • the preferred field of application of the present invention is the device for a reducing agent supply device for motor vehicles with an internal combustion engine which emits exhaust gas into an exhaust system.
  • the reducing agent supply device is integrated in the motor vehicle by the tank is attached to the motor vehicle.
  • the reducing agent supply device is set up, in particular using a corresponding control, to add reducing agent to the exhaust gas system as needed.
  • FIGS. show particularly preferred embodiments, to which the invention is not limited.
  • the same components are provided with the same reference numerals.
  • the figures are schematic. 1 shows a device with a tank and a conveyor unit in a motor vehicle, a detail of a device with a partially insulated chamber, 3 shows a chamber with several heating segments,
  • FIG. 5 shows a further embodiment of the device with a local ventilation heater
  • FIG. 6 shows a detail of an embodiment of a local ventilation heater
  • FIG. 7 shows a detail of an embodiment of the device with a special sump heater
  • FIG. 8 shows a detail of a further embodiment of the device with a special sump heater.
  • Fig. 1 shows a schematic diagram of a motor vehicle 22 for storing a liquid 2, in particular for storing liquid reducing agent such as an aqueous urea solution.
  • the tank 1 forms an interior through its boundary walls, which are here formed with an upper tank cover 7, a bottom tank bottom 5 and intermediate tank sides 6.
  • the tank 1 shown here also has a filling opening 3 in the tank cover 7, via which the tank 1 can be filled with liquid 2 as needed.
  • a tank 1 has one or more level gauge 4, with which the current level of the liquid 2 in the tank 1 can be determined.
  • a chamber 9 is formed, in which a conveyor unit 8 is arranged.
  • the delivery unit 8 removes liquid 2 via a drain 10, which is also arranged in the vicinity of the tank bottom 5, from the interior of the tank 1.
  • the delivery unit 8 comprises (in the sequence of flow indicated here starting from the outlet 10) first a filter 13, then a pump 14 and a valve 16, with which the liquid is directed to the injector 17.
  • a sensor 15 may be provided, in particular a pressure sensor or a temperature sensor or a combination of pressure and temperature sensor.
  • the valve 16 allows alternatively for forwarding the liquid 2 to an injector 17 and the promotion to a return 11, through which the liquid 2 is again supplied to the tank 1 and consequently exits from the chamber 9 into the tank again.
  • a controller 18 may be provided, which is connected to signal conductors 23 with the components.
  • the controller 18 may be connected to various sensors and / or higher level controls (such as a motor controller) to trigger the boost or heater as needed.
  • the controller 18 may also be integrated into the chamber 9.
  • the liquid 2 conveyed with the delivery unit 8 is supplied via the injector 17 to an exhaust gas line 19, through which exhaust gas flows with a predetermined flow direction 20.
  • an evaporation for example a thermophoresis
  • conversion for example a hydrolysis
  • This mixture of reducing agent and exhaust gas can then be fed to an exhaust gas treatment unit 21, in particular a catalytic converter, so that the nitrogen oxides in the exhaust gas line 19 are reduced.
  • the addition of the liquid 2 is preferably carried out taking into account the amount of liquid 2 required in the waste gas line 19.
  • Fig. 2 shows a detail of a tank, with particular focus on the design of the chamber 9 is placed. Shown here is the condition of the tank 1, in which the liquid is largely frozen and the Aufhof tau process has already partially occurred. Accordingly, a space 24 is formed around the chamber 9, which is surrounded by the frozen liquid 25. The thawed or melted partial volume of the liquid 2 now accumulates around the chamber 9 in the vicinity of the tank bottom 5. In this case, the chamber 9 is now formed so that the drain 10 is disposed near the tank bottom 5, ie in the liquid 2. In contrast, the return 11 is disposed above the liquid 2 and in this case additionally has a manifold 26, for example in the manner of a nozzle , on.
  • a heater 29 is formed, which are arranged on the walls of the chamber 9 in thermally conductive contact.
  • This heater 29 is preferably an electric heater.
  • This heater 29 can be activated as needed and provide the area around the chamber 9 with heat.
  • a thermal insulation 28 directed towards the interior of the chamber 9 and covering the heater 29 is provided, this also in the same way towards the chamber side walls or the heater 29 arranged there is possible.
  • the thermal insulation 28 is intended in particular to ensure that the chamber wall is thermally decoupled from the interior of the chamber 9, in particular the components arranged there and / or the underlying base plate.
  • FIG. 3 illustrates, without an illustration of the components of the conveyor unit 8, how the heater 29 may be embodied on the chamber walls.
  • the heater 29 has a plurality of heating segments 33 (or heating elements) which are arranged parallel and / or spaced apart from one another via the chamber height 37.
  • three heating segments extend circumferentially along the chamber side wall 34, and a flat electrical heating element 33 is provided on the chamber top 35.
  • the three on the chamber height 37 on the chamber side wall 34 arranged heating segments 33 are designed as self-regulating heating elements, which are set up at the same time to act as a level gauge.
  • the heating segments 33 are not only connected to a controller but also to a power supply 38, so that a targeted, needs-based power supply or determination of the electrical resistance is possible lent.
  • switches 36 in particular so-called thermal switches, may be provided in order to limit the heating effect of these heating segments 33.
  • Fig. 4 is intended to illustrate how such a chamber 9 may be formed so that a particularly maintenance-friendly removal of the delivery unit 8 is made possible during an at least partially filled tank.
  • the components of the conveying unit 8 are arranged on a (separate, eg metallic) base plate 32.
  • the base plate 32 is connected via suitable seals 30 with the tank bottom 5 (releasably).
  • the chamber walls which are an integral part of the tank here, communicate with the tank interior via the outlet 10 and the return 11.
  • separate drainage shutters 31 are provided, which are preferably removed when the base plate 32 is removed with the filter 13 Close automatically pump 14 and the valve 16 and thus prevent leakage of the liquid 2 via the drain 10 and / or the return 11.
  • the drainage barriers 31 can be operated mechanically or electrically. In addition, it is also proposed here to provide a suitable shut-off means close to the filter 13 in order to prevent leakage in the filter 13. sensitive partial volume of liquid to avoid. This drain barrier 31 may be part of the filter or the adjacent liquid line.
  • FIG. 5 illustrates a further embodiment of a tank 1 with a chamber 9 arranged close to the tank bottom 5, in which a conveyor unit 8 is arranged, the chamber 9 being designed with a heater 29.
  • a frozen liquid 25 which was partially melted by the heater 29 of the chamber 9.
  • a recess 41 is formed, which constitutes a kind of swamp for defrosted liquid.
  • this depression 41 is particularly suitable for sucking off the already defrosted or molten liquid via the outlet 10.
  • heat conducting means 39 are provided which extend into this recess 41 or other areas of the tank bottom 5 inside.
  • These heat-conducting means 39 may be formed, for example, as metallic webs, a metallic ring and / or a metallic sleeve, which are embedded on and / or in the tank bottom 5.
  • the heat conducting means 39 are part of the fastening of the chamber 9.
  • this tank 1 has a local ventilation heater 40.
  • This local ventilation heater extends from the chamber 9 or the tank bottom near the drain 10 along the tank bottom 5 and then continues along a tank side 6 into the vicinity of a tank cover 7.
  • This ventilation heater 40 which is designed linearly here, is designed with the heated injection line 12.
  • the provided with a heater 29 injection line 12 extends in contact with the tank wall, so that a targeted channel 42 is melted by the heat input through the heater 29 and the tank wall in the tank interior, so that the space 24 with the room near the tank ceiling 7 is connected or can communicate with this room.
  • FIG. 5 another embodiment of a ventilation heater 40 is shown in FIG. 5.
  • a tank attachment 45 is indicated for the tank 1.
  • This tank attachment 45 may optionally be made heatable and thus form a vent heater 40, which can melt a targeted channel 42.
  • a vent heater 40 may also be formed by a printed on the tank wall (electrically heatable) conductor track.
  • an antenna 48 is shown on the chamber 9 in FIG. 5.
  • This antenna 48 extends over the height of the tank 1 and may have an active heater for melting a targeted channel 42.
  • a heat pipe or a heat pipe can also be provided in the antenna 48, which transports heat from the chamber 9 into the antenna 48 in order to form a targeted channel 42.
  • FIG. 6 shows a possible embodiment of such a ventilation heater 40 with a heated injection line 12 in cross-section.
  • the tank 1 is formed with a guide 43 into which, for example, the injection line can be introduced or even fixed. Due to the action of the heater 29 around the injection line 12, the channel 42 is formed inside the tank 1 around the guide 43.
  • an insulation 28 is arranged towards the outside of the tank 1 for a directed heat effect of the heater 29.
  • a first portion 46 of the heated injection line 12 is formed, which is arranged on the tank 1 and a second portion 47, which faces away from the tank 1. Due to the thermal insulation 28, the second portion 47 has a heat transfer coefficient which is smaller than the heat transfer coefficient of the first portion 46. This ensures that heat is increasingly dissipated in the tank 1 and reduced to the outside. If the heated injection line 12 The thermal insulation 28 is integrated in a cover 44, with which the guide 43 (releasably) can be closed. As a result, the injection line 12 is protected.
  • FIG. 7 and FIG. 8 show two different details of a tank 1 of a device according to the invention.
  • a section of the tank bottom 5 with a sump-shaped depression 41 is shown.
  • a chamber 9 is inserted from below into an opening in the tank bottom 5.
  • the chamber 9 is sealed with a seal 30 against the tank bottom 5.
  • the seal 30 is designed here as an O-ring seal.
  • a holding element 50 is embedded in the tank bottom 5.
  • the holding element 50 can be cast into the tank bottom 5, for example. On the holding element 50 can attack a SAE screw 51 Ver Ver voltage.
  • a heater 29 is realized for the depression 41 by means of a heating conductor embedded in the tank bottom 5.
  • the heating conductors can be, for example, a wire mesh or sheet metal strip.
  • a heater 29 is pressed against the tank wall 5 from the inside of the tank bottom 5 for the recess 41.
  • the heater 29 can also be designed here as a wire mesh or as a sheet metal strip.
  • the heater 29 may be pressed with a clamp 49 against the tank bottom 5.
  • the bracket 49 and the heater 29 may be attached to the chamber 9.
  • the heater 29 and the bracket 49 are designed so that they can be used together with the chamber 9 in the opening in the tank bottom 5, without requiring an assembly within the tank 1 is required.

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Abstract

Vorrichtung, umfassend zumindest einen Tank (1) mit einem Tankboden (5) und eine Fördereinheit (8) für eine Flüssigkeit (2), wobei die Fördereinheit (8) in einer Kammer (9) am Tankboden (5) angeordnet ist, und die Kammer (9) zumindest eine Heizung (29) aufweist. Die Vorrichtung ist bevorzugt mit einem Tank (1) ausgeführt, der wenigstens eine lokale Entlüftungsheizung (40) hat, welche sich ausgehend von einem Ablauf (10) für Flüssigkeit (2) am Tankboden (5) über zumindest eine Tankseite (6) bis in die Nähe einer Tankdecke (7) erstreckt.

Description

Vorrichtung mit einem Tank und einer Fördereinheit
für Reduktionsmittel Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung, welche einen Tank mit einem Tankboden und eine Fördereinheit für eine Flüssigkeit hat, wobei die Flüssigkeit insbesondere ein flüssiges Reduktionsmittel zur Abgasnachbehandlung ist. Zur Entfernung von Stickoxiden (NOx) im Abgasstrom von Verbrennungskraftmaschinen wird bevorzugt ein flüssiges Reduktionsmittel in den Abgasstrom eingespritzt, um die im Abgasstrom enthaltenen Stickoxide mittels eines Katalysators in elementaren Stickstoff (N2) und Wasser (H20) umzuwandeln. Als flüssiges Reduktionsmittel wird bevorzugt eine aktive Substanz, beispielsweise Ammoniak (NH3) und/oder Harnstoff (CH4N20), in Wasser gelöst und hinzugegeben. Zur Bevorratung des flüssigen Reduktionsmittels ist ein Tank vorgesehen, der mit einer Fördereinheit zusammenwirkt, so dass eine Förderung des Reduktionsmittels aus dem Tank hin zum Abgasstrom ermöglicht ist.
Bei der Förderung bzw. der Bevorratung dieses Reduktionsmittels sind eine Reihe technischer Probleme gegeben, um unter allen Betriebsbedingungen eine vorgegebene Menge des Reduktionsmittels hin zum Abgasstrom zuzugeben. Diese Probleme sind insbesondere darin begründet, dass das flüssige Reduktionsmittel, insbesondere wässrige Harnstofflösung, einfrieren kann. Um das Einfrieren des flüssigen Reduktionsmittels zu verhindern, kann beispielsweise Anti-Frostschutzmittel hinzugesetzt werden, so dass der Gefrierpunkt von wässriger Harnstofflösung, der üblicherweise bei ca. -11 °C liegt, auf bis zu -40 °C erniedrigt wird.
Selbst bei Einsatz eines solchen Anti-Frostschutzmittels bzw. Gefrier- punkterniedrigers muss gleichwohl sichergestellt werden, dass die Stickoxide im Abgasstrom auch bei sehr tiefen Temperaturen in der Umgebung des Kraftfahrzeuges reduziert werden. Zu diesem Zweck ist es ge- gebenenfalls erforderlich, das Reduktionsmittel zunächst aufzutauen bzw. abzuschmelzen. Hierfür wurden bereits diverse Lösungen zum Beheizen des Tanks und/oder einem Teilvolumen des Tanks vorgeschlagen. Diese Lösungen sind jedoch teilweise nicht geeignet, wiederholtes Antau- en und Zufrieren in der Weise durchzuführen, dass sicher flüssiges Reduktionsmittel zum Abgasstrom hinzugegeben werden kann.
Besondere Schwierigkeiten ergeben sich dann, wenn eine Entnahme des flüssigen Reduktionsmittels nahe des Tankbodens und durch den Tank- boden hindurch erfolgt. Für diesen Fall wurde beispielsweise herausgefunden, dass das gefrorene Reduktionsmittel mittels einer Heizung am Tankboden zwar aufgetaut werden kann, dass darüber liegende Bereiche der gefrorenen Flüssigkeit jedoch nicht erreicht werden können und somit eine dicke Eishülle um die Entnahme stelle bestehen bleibt. Das Ab- saugen des verflüssigten Reduktionsmittels führt jedoch zu einem Vakuum, gegen das die hier üblicherweise eingesetzten Pumpen nicht arbeiten können.
Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise zu lösen.
Insbesondere soll die Aufgabe gelöst werden, eine Heizstrategie bzw. ein Wärmemanagement anzugeben, mit der eine gezielte und ausreichende Auftauung von gefrorenem Reduktionsmittel bereits kurz nach dem Start erreicht wird. Dabei soll insbesondere eine konzentrierte Wärmeeinbringung angestrebt werden, ohne dass hierbei lokale Heißstellen erzeugt werden, die eine Oberflächentemperatur von höher als 90 °C erreichen. Darüber hinaus sollen gegebenenfalls Sicherungsmaßnahmen vorgeschla- gen werden, die die Funktionalität bzw. die Heizstrategie gezielt beeinflussen.
Als weitere Aufgabe ist anzuführen, dass Maßnahmen angegeben werden sollen, die gerade beim Auftau-Vorgang bzw. kurz nach dem Auftau- Vorgang eine einwandfreie Entnahme von flüssigem Reduktionsmittel ermöglicht, so dass insbesondere eine im Wesentlichen blasenfreie Förderung ermöglicht ist. Darüber hinaus ist ein Ziel dieser Erfindung, das Wärmemanagement nahe der Entnahmestelle sowie die einwandfreie Entnahme von flüssigem Reduktionsmittel durch eine geeignete Rückführleitung von bereits gefördertem Reduktionsmittel hin zum Tank zu verbessern. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, Maßnahmen vorzuschlagen, mit denen genauere Erkenntnisse über den Auftau-Grad bzw. den Füllstand an flüssigem Reduktionsmittel während des Auftau-Vorgangs bzw. kurz nach dem Auftau-Vorgang vorliegen. Eine weitere Aufgabe besteht darin, Maßnahmen anzugeben, mit denen bereits der Einfrierprozess gezielt abläuft, so dass eine geringere Belastung auf die Komponenten des Tanks bzw. den Tank selber einwirkt und/oder das Auftauen anschließend begünstigt wird. Zudem soll erreicht werden, dass eine energetisch günstige Heizung des Tanks erfolgt, so dass seitens eines Kraftfahrzeugs nur möglichst geringe Energie zur Verfügung gestellt werden muss.
Als weitere Teilaufgabe wird angesehen, die Vorrichtung so zu gestalten, dass sie einfach für Inspektionsmaßnahmen und/oder Wartungsmaßnahmen handhabbar ist. Insbesondere soll auch eine Inspektion und/oder Wartung der Fördereinheit bei nicht vollständig geleertem Tank möglich sein. Weiterhin sollen auch Maßnahmen angegeben werden, mit denen eine Vakuum-Bildung bei einer Heizung bei Entnahme des Reduktionsmittels vermieden werden. Dabei soll nach Möglichkeit ein geringer technischer Aufwand betrieben werden. Zur Lösung wenigstens einer der vorstehenden Aufgaben wird eine Vorrichtung gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen, die sich gegebenenfalls auf weitere Aufgaben der Erfindung beziehen, sind in den abhängig formulierten Patentan- Sprüchen angegeben. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technologisch sinnvoller, Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren, erläutert die Erfindung und gibt zusätzliche Ausführungsbeispiele an.
Demnach wird hier eine Vorrichtung, umfassend zumindest einen Tank mit einem Tankboden und eine Fördereinheit für eine Flüssigkeit vorgeschlagen, wobei die Fördereinheit in einer Kammer am Tankboden ange- ordnet ist, und die Kammer zumindest eine Heizung aufweist.
Der Tank kann grundsätzlich mit Metall und/oder mit Kunststoff ausgeführt sein. Regelmäßig weist der Tank eine komplexe Geometrie auf, weil er sich den Gegebenheiten bzw. den räumlichen Bedingungen im Kraft- fahrzeug anpasst. Der Tank kann einstückig hergestellt sein, dies ist aber nicht zwingend erforderlich. Regelmäßig können dem Tank ein Tankboden, eine bzw. mehrere Tankseiten und eine Tankdecke zugeordnet werden, die zusammen den Tankinnenraum bzw. das Tankvolumen definieren. Selbstverständlich ist auch möglich, dass der Tank in mehrere Teil- Volumina unterteilt ist, so dass in den unterschiedlichen Teil-Volumina (verschiedene) Mengen an Flüssigkeit bevorratet werden.
Die Vorrichtung hat zudem zumindest eine Fördereinheit, wobei regelmäßig genau eine (einzelne) Fördereinheit vorgesehen sein wird. Die För- dereinheit umfasst dabei Komponenten, mit denen die Flüssigkeit aus dem Tank herausgefördert werden kann (passive Komponenten wie z. B. flüssigkeitsführende Leitungen und aktive Komponenten wie z. B. Apparate zur Behandlung, Umwandlung, Erwärmung, etc. der Flüssigkeit). Diesbezüglich umfasst die Fördereinheit bevorzugt zumindest eine Pum- pe und entsprechende Förderleitungen für die Flüssigkeit. Gegebenenfalls ist möglich, dass die Fördereinheit noch weitere Komponenten aufweist, wie beispielsweise mindestens einen Filter, mindestens einen Sensor und/oder mindestens ein Ventil. Auch können in der Fördereinheit elekt- ronische bzw. elektrische Komponenten integriert sein, wie beispielsweise Schaltungen, Speicher, Rechner oder dergleichen.
Unter einer„Flüssigkeit" wird insbesondere eine Substanz verstanden, die zumindest bei Raumtemperatur einen flüssigen Aggregatszustand hat. Ganz besonders bevorzugt ist die Flüssigkeit ein Reduktionsmittel zur Behandlung von Stickoxiden, wie sie im Abgas von Verbrennungskraftmaschinen auftreten. Unter einem flüssigen Reduktionsmittel wird beispielsweise neben Ammoniak auch ein Ammoniakvorläufer verstanden, wie beispielsweise Harnstoff. Das flüssige Reduktionsmittel kann zusätz- lieh wenigstens eine gefrierpunktserniedrigende Substanz aufweisen, ebenso wie kleine, die Förderung nicht behindernde, Partikel. Insofern ist mit„Flüssigkeit" ein Oberbegriff insbesondere für genau diese Reduktionsmittelarten angegeben. Die Fördereinheit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist dabei in einer Kammer am Tankboden angeordnet. Die Kammer stellt insbesondere eine nach innen gerichtete Einwölbung, Einbuchtung, Rücksprung oder dergleichen vom benachbarten Tankboden dar. Damit bildet die Kammer, ausgehend vom Tankboden, eine Kammerhöhe aus. Die Kammer ist frei von der Flüssigkeit, die im Tank bevorratet wird, und nimmt zumindest teilweise die Fördereinheit auf. Die Kammer kann alternativ auch zumindest teilweise ebenfalls mit der im Tank bevorrateten Flüssigkeit gefüllt, bzw. geflutet sein. So kann das Verdrängungsvolumen der Kammer in dem Tank verkleinert werden. Die Kammer kann ein integrales oder sepa- rates Anschluss-Teil des Tankbodens sein. Bevorzugt ist weiter, dass die Kammer, vorzugsweise auf Höhe des benachbarten Tankbodens, verschlossen ist. Weiterhin ist bevorzugt, dass die Kammer außermittig bezogen auf den Tank, also nahe einer Tankseite, angeordnet ist. Die Kammer erstreckt sich zwar bevorzugt aus dem Tankboden, es ist aber auch möglich, dass die Kammer an einer Seitenwand des Tankes angeordnet ist und sich von der Seitenwand des Tanks aus erstreckt. Dabei ist es allerdings bevorzugt, dass die Kammer in der Nähe des Tankbodens angeordnet ist. Hiermit wird insbesondere eine Position vorgeschlagen, die sich näher am Tankboden als an der Tankoberseite befindet. Die Abstände der Kammer zu einer Tankoberseite und zu einer Tankoberseite können beispielsweise über einen gedachten Mittelpunkt der Kammer und dessen Abstand zu einer gedachten Ebene der Tankoberseite sowie dem Abstand zu einer gedachten Ebene des Tankbodens bestimmt werden. Eine gedachte Ebene einer Tankoberseite oder eines Tankbodens gibt im Wesentlichen die Lage bzw. Position der Tankoberseite bzw. des Tankbodens wieder. Ausstülpungen oder Ausnehmungen in dem Tankboden oder der Tankoberseite müssen hierbei nicht berücksichtigt sein. Vorzugsweise ist der Abstand eines solchen gedachten Mittelpunktes zur Ebene der Tankoberseite sogar mehr als doppelt so groß und besonders bevorzugt mehr als fünf mal so groß wie der Abstand des Mittelpunktes zur Ebene des Tankbodens.
Weiter ist hier vorgesehen, dass die Kammer zumindest eine Heizung aufweist. Ganz besonders bevorzugt ist dabei, dass die Heizung mit elektrischer Energie betrieben wird. Die Heizung kann grundsätzlich separat ausgeführt sein, Teil der Fördereinheit sein und/oder in bzw. auf einer Kammerwand angeordnet sein.
Die hier vorgeschlagene Anordnung hat eine Reihe von Vorteilen. Die in den Tank hineinragende Kammer erlaubt eine platzsparende Anordnung der Fördereinheit. Die Bodennähe der Fördereinheit erlaubt auch eine vollständige Leerung des Tanks bezüglich der Flüssigkeit unabhängig von der Bauform des Tanks, beispielsweise im Vergleich zu Tanks, bei denen die Flüssigkeit über eine an der Tankdecke angeordnete Fördereinheit entnommen wird. Außerdem erlaubt die in den Tank hineinragende Kammer mit ihrer Heizung, dass die Wärme beim Auftauen tiefer bzw. weiter in das Innere in das Eis hineingebracht wird. Auch wird so lokal die beheizte Oberfläche vergrößert. Die bevorzugte Kontur der Kammer mit relativ steilen (praktisch fast senkrecht zum Tankboden verlaufenden) Kammerseitenwänden führt auch dazu, dass eine gerichtete Strömung von aufgetautem Reduktionsmittel hin zu einem vorgegebenen Bereich des Tankbodens erfolgt, so dass hier schnell eine große Menge der Flüssigkeit aufgetaut und zu einer Entnahmestelle transportiert werden kann.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass eine Isolierung zumindest im Bereich einer Kammeroberseite der Kammer vorgesehen ist. Ganz besonders bevorzugt ist hierbei, dass die thermische Isolierung zwischen einer Kammerwand mit einer Heizung und dem Kammerinnenraum mit der Fördereinheit positioniert ist. Gegebenenfalls kann der Gesamtbereich benachbart zu einer Heizung hin zum Inneren der Kammer bzw. der Fördereinheit mit einer oder mehreren thermischen Isolierungen ausgeführt sein. Ganz besonders bevorzugt ist zudem, dass die Kammer keine Isolierung gegenüberliegend zur Kammeroberseite hin zur Umgebung aufweist. Hiermit soll insbesondere erreicht werden, dass die Wärme, die durch die zumindest eine Heizung bereitgestellt wird, di- rekt der Flüssigkeit im Tank benachbart zur Kammer zugeleitet wird und nicht bzw. deutlich reduziert dem Inneren der Kammer bzw. der Fördereinheit. Darüber hinaus kann so erreicht werden, dass bei einer äußeren Kälteeinwirkung zunächst die Fördereinheit einfriert, nicht aber die Flüssigkeit in unmittelbarer Nachbarschaft zur thermisch isolierten Kammerwand. Hierdurch ist ein sicherer Betrieb der Vorrichtung auch bei einer langzeitigen Kälteeinwirkung an der Entnahme stelle sichergestellt, ebenso wie ein energetisch günstiges und schnelles Auftauen von gefrorener Flüssigkeit im Falle des Einfrierens. Die thermische Isolierung hat insbesondere eine geringere Wärmeleitung als Metall oder Kunststoff. Bevorzugt umfasst die thermische Isolierung zumindest Keramik oder einen offenporigen Schaum.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird auch vorgeschlagen, dass die Heizung mit mindestens einem elektrischen Heizsegment ausgeführt ist, das in Wärme leitenden Kontakt zumindest zur Kammerseitenwand oder zur Kammeroberseite angeordnet ist. Ganz besonders bevorzugt ist, dass jeweils mindestens ein elektrisches Heizelement an bzw. in einer Kammerseitenwand und mindestens ein elektrisches Heizelement an bzw. in der Kammeroberseite angeordnet sind. Als elektrisches Heizelement kommt bevorzugt eine elektrische Heizleitung in Betracht, wie beispielsweise ein Heizdraht, eine Heizfolie oder dergleichen. Die Heizung kann auch zumindest ein Heizelement mit einem Heizwiderstand mit positivem Temperaturkoeffizienten aufweisen. Bei einem solchen Heizelement spricht man auch von einem PTC-Heizelement (PTC = positive temperatu- re coefficient). Die Heizung kann an der Kammerwand aufgedruckt und/oder aufgeklebt sein, insbesondere von der Innenseite der Kammer her. Auch ist möglich, dass die Heizung mit einer Art Klammer an der Kammerwand befestigt wird. Beispielsweise kann eine Heizung mittels einer Klammer gegen die Außenseite und/oder die Innenseite der Kammerwand gepresst werden. Für den Betrieb der elektrischen Heizsegmente der Heizung ist eine entsprechende Stromquelle vorgesehen, die insbesondere gezielt regelbar ist. Besonders bevorzugt ist in diesem Zusammenhang, dass mehrere Heizsegmente in Richtung einer Kammerhöhe der Kammer vorgesehen sind. Das heißt mit anderen Worten, dass ausgehend vom Tankboden hin zur Kammeroberseite mehrere, insbesondere um die Kammer herum verlaufende, bevorzugt parallel zueinander angeordnete, Heizsegmente vorge- sehen sind. Diese Heizsegmente können insbesondere unabhängig voneinander betrieben bzw. geregelt werden. Zudem ist auch möglich, dass diese Heizsegmente unterschiedlich ausgeführt sind, insbesondere bezüglich der einzelnen Heizleistungen. Hierbei ist ganz besonders bevorzugt, dass die potentielle Heizleitung der Heizsegmente in Richtung der Kam- merhöhe von unten nach oben abnimmt. Das heißt mit anderen Worten auch, dass ein Heizsegment, das nahe dem Tankboden angeordnet ist, eine größere Wärme einbringung in das Tankinnere ermöglicht, als ein Heizsegment, das näher an der Kammeroberseite angeordnet ist. Gemäß einer Weiterbildung wird auch vorgeschlagen, dass die Heizung zumindest ein selbstregulierendes Heizsegment umfasst. Hiermit ist insbesondere gemeint, dass (automatisch) überwacht bzw. geregelt wird, und dass eine vorgegebene Temperatur im Kontaktbereich mit der Kammer hin zur Flüssigkeit nicht überschritten wird. Dabei kann die Heizleistung so ausgelegt werden, dass bei einer Temperatur der Flüssigkeit von ca. 0 °C eine maximale Oberflächentemperatur der Kammerwand (z. B. 90 °C oder sogar nur 70 °C) auch in Bereichen, wo während des Auftauprozesses beispielsweise kein signifikanter Flüssigkeitsanteil vorliegt, nicht überschritten wird. Hierfür kann beispielsweise ein Heizmaterial eingesetzt werden, das eine temperaturabhängige (elektrische) Wider Standsänderung erfährt und somit die Heizleistung selbst infolge der Widerstandsänderung reguliert. Ein PTC-Heizelement ist in diesem Sinne selbstregelnd. Eine weitere Möglichkeit, ein selbstregelndes Heizelement aus- zubilden, bietet ein Bi-Metall-Schalter. Ein Bi-Metallschalter ist aus zwei verschiedenen Materialien mit unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten gebildet. Ein Bi-Metall-Schalter kann so ausgebildet sein, dass er eine elektrische Verbindung trennt, sobald eine Temperatur oberhalb einer Schwelltemperatur liegt. In der Heizung kann ein solcher Bi-Metall-Schalter vorgesehen sein, um die Heizung selbstständig auf eine vorgegebene Heiztemperatur zu regeln. Auch kann für ein selbstregelndes Heizelement innerhalb des Heizelementes eine eigenständige Regeleinheit, bestehend aus einem Temperatursensor, einem Regler und einem regelbaren Widerstand, vorgesehen sein.
Gegebenenfalls können auch zusätzliche Schalter, insbesondere so genannte Thermoschalter, vorgesehen sein, um für die einzelnen Heizsegmente eine Zwei-Punkt-Regelung auszuführen.
Entsprechend einem weiteren Aspekt der Erfindung wird auch vorge- schlagen, dass die zumindest eine Heizung als Füllstandsmesser eingerichtet ist. Das gilt insbesondere für den Fall, dass die Heizung mit Heizmaterial ausgeführt ist, das einen temperaturabhängigen elektrischen Widerstand aufweist. Infolge des Kontakts der Heizung mit der Umgebung hin zum Tank können auf unterschiedlichen Höhen der Kammer unterschiedliche Temperaturen bestimmt und damit gerade für den Auf- tau-Zeitraum Informationen über den Flüssigkeitsgrad bzw. die Höhe des Flüssigkeitspegels um die Kammer herum gewonnen werden. Dies betrifft insbesondere auch den Zustand, wenn große Teile der Flüssigkeit im Tank noch gefroren sind, beispielsweise auch dort, wo möglicherweise ein Füllstandsmesser für den gesamten Tank bereitgestellt ist. Hier kann insbesondere eine Energiebetrachtung zur Bestimmung des Füllstandes bzw. des Flüssigkeitspegels verwendet werden. Die Energiemenge, die zur Aufwärmung der Füllung des Tanks erforderlich ist, ist zumindest in einem bestimmten Temperaturbereich proportional zu der Füllmenge. Aus der Menge der in den Tank eingebrachten Heizenergie kann daher auf die Füllhöhe im Tank geschlossen werden.
Die spezifische Wärmekapazität der Flüssigkeit im Tank ist regelmäßig auch abhängig von dem Aggregatzustand der Flüssigkeit. Gefrorenes Wasser hat beispielsweise eine spezifische Wärmekapazität von 2,06 kj/(kg K) [Kilojoule pro Kilogramm und Kelvin]. Flüssiges Wasser hat eine spezifische Wärmekapazität von 4,19 kj/(kg K) [Kilojoule pro Kilogramm und Kelvin]. Harnstoff-Wasser-Lösung, die häufig als Reduktionsmittel verwendet wird, hat vergleichbare Wärmekapazitäten in den entsprechenden Aggregatzuständen. Zur Aufheizung der gefrorenen Flüssigkeit oder zur Aufheizung der flüssigen Flüssigkeit sind daher unterschiedliche Energiemengen notwendig. Dies kann verwendet werden, um im Rahmen einer Energiebetrachtung den Aggregatzustand der Füllung des Tan- kes zu bestimmen.
Zur Verbesserung und Überwachung der Energiebetrachtungen können auch Leiterbahnen als zusätzliche Temperatursensoren im Tank und/oder an der Kammer angebracht sein. Die Temperatur Signale dieser Temperatur sensoren können in einer Energiebetrachtung mit berücksichtigt werden.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann die Heizung auch eine Kühlwasserheizung umfassen. Eine Kühlwasserheizung kann nach Art einer Kühlschlange ausgeführt sein, die von dem Kühlwasser eines Motors durchspült wird. Eine solche Kühlschlange kann an der Kammerwand innerhalb und/oder außerhalb der Kammer vorgesehen sein. Einem weiteren Aspekt der Erfindung folgend, kann am Tankboden nahe der Kammer mindestens ein Wärmeleitmittel angeordnet sein. Hierbei ist insbesondere gemeint, dass die mit der Kammer generierte Heizleistung über (passive) Wärmeleitmittel in die (benachbarte bzw. angrenzende) Umgebung der Kammer, nämlich in den dort befindlichen Tankboden, eingeleitet wird. Hierfür können separate und/oder integrierte Wärmeleitmittel am bzw. im Tankboden vorgesehen sein. Ein Wärmeleitmittel kann insbesondere ein in den Tankboden eingegossener Metallring sein (z. B. ein so genannter SAE-Connector) und/oder ein (eingegossener) Topf bzw. eine (eingegossene) Hülse, die eine Art Vertiefung bzw. Graben um die Kammer herum ausgebildet bzw. zumindest teilweise begrenzt. Selbstverständlich ist möglich, die Wärmeleitmittel nicht nur hin zum Tankboden auszurichten. Es ist ebenso möglich, die Wärmeleitmittel an der Kammerwand vorzusehen und die von der Heizung generierte Heizleistung (auch) über die Oberfläche der Kammer hin zum Tankinneren zu verteilen. Die Wärmeleitmittel sind bevorzugt mit metallischem Material gebildet.
Bevorzugt ist auch eine Ausgestaltung, bei der das Wärmeleitmittel der Befestigung der Kammer dient.
So kann das Wärmeleitmittel gleichzeitig ein Teil oder die gesamte Kammerbefestigung sein, so dass eine einfache Ausgestaltung der Kammerbefestigung und der Wärmeleitmittel erreicht werden kann. Noch einem weiteren Aspekt der Erfindung folgend, wird auch eine Vorrichtung vorgeschlagen, bei der ein Ablauf für Flüssigkeit aus dem Tank in die Kammer und ein Rücklauf für Flüssigkeit aus der Kammer in den Tank vorgesehen sind, wobei Ablauf und Rücklauf an verschiedenen Positionen der Kammer angeordnet sind. Ganz besonders ist bevorzugt, dass der Ablauf auf einer geringeren geodätischen Höhe angeordnet ist als der Rücklauf. Ganz besonders wird als vorteilhaft angesehen, dass der Ablauf nahe des Tankbodens angeordnet ist, während der Rücklauf an einer zum Ablauf gegenüberliegenden Kammerseitenwand und/oder, wie ganz be- sonders bevorzugt, auf der Kammeroberseite angeordnet ist. Mit einer solchen Anordnung von Ablauf und Rücklauf kann sichergestellt werden, dass Luftblasen, die gegebenenfalls über den Rücklauf wieder in den Tank eingeleitet werden, nicht direkt wieder von dem Ablauf angesaugt werden. Darüber hinaus kann so erreicht werden, dass die bereits geförderte und damit in der Regel auch erwärmte Flüssigkeit zu anderen Bereichen des Tanks zugeführt wird, indem während des Auftau-Vorgangs noch Eis zu erwarten ist. Zu diesem Zweck kann der Rücklauf mit einem sich bis nahe zur Kammeroberseite hin erstreckenden Röhrchen, einer Düse oder dergleichen ausgeführt sein. Zudem können an der Kammerwand, insbe- sondere an der Kammeroberseite, Leitstrukturen ausgebildet sein, mit denen die über den Rücklauf zurückgegebene Flüssigkeit, insbesondere gleichmäßig, gezielt an der Kammerwand entlangläuft und somit schnell und blasenfrei wieder einem Flüssigkeitsreservoir nahe des Ablaufs zugeführt werden kann. Auch wenn hier stets von einem einzelnen Ablauf und Rücklauf jeweils die Rede ist, kann die Anzahl variiert werden, so dass z. B. mehrere Rückläufe vorgesehen sind. Des Weiteren sei darauf hingewiesen, dass ein Absperrmittel auch mehrere Komponenten bzw. Flüssigkeitsleitungen (gemeinsam) betreffen kann. Es kann allerdings auch vorteilhaft sein, dass der Ablauf und der Rücklauf direkt zusammen liegen. Vorzugsweise ist dann allerdings der Rücklauf oberhalb des Ablaufs angeordnet, damit Luftblasen, die aus dem Rücklauf hinaus gelangen, möglichst nicht in Kontakt zu dem Ablauf treten. Bei einer solchen Ausgestaltung ist eventuell nur eine einzige Öff- nung in der Kammerwand zur Durchführung von Ablauf und Rücklauf erforderlich. So kann die Anzahl der notwendigen Dichtungen reduziert werden. Entsprechend einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der vorstehend beschriebenen Vorrichtung wird auch vorgeschlagen, dass zumindest der Ablauf oder der Rücklauf eine Abflusssperre aufweist. Ganz besonders bevorzugt ist, dass sowohl der Ablauf als auch der Rücklauf eine Abfluss- sperre aufweisen. Eine Abflusssperre kann mit einer elektrischen Stelleinheit (z. B. Ventil, etc.) und/oder einer mechanischen Stelleinheit (Klappe, Feder- System, etc.) ausgeführt sein. Die Abflusssperre ist dabei so ausgebildet, dass bei Aktivierung der Abflusssperre ein Durchtritt von Flüssigkeit durch den Ablauf und/oder Rücklauf unterbunden ist. Dies betrifft insbesondere den Fall, wenn die Fördereinheit aus der Kammer bzw. mit der Kammer vom Tank entfernt wird, beispielsweise zu Inspektionsvorgängen oder zur Wartung. Eine solche Abflusssperre erlaubt demnach, dass die noch im Tank befindliche Flüssigkeit bei bzw. nach der Entnahme der Fördereinheit nicht ausläuft. Ganz besonders bevorzugt ist, dass die Abflusssperre mit wenigstens einer Komponente der Fördereinheit und/oder der Kammerwand zusammenwirkt, so dass im montierten Zustand der Fördereinheit bzw. der Kammer die Abflusssperre automatisch geöffnet ist und bei der Entnahme automatisch schließt. Einem weiteren Aspekt der Erfindung folgend, wird auch eine Vorrichtung vorgeschlagen, bei der der Tank wenigstens eine lokale Entlüftungsheizung hat, welche sich ausgehend von einem Ablauf für Flüssigkeit ausgehend am Tankboden über zumindest eine Tankseite bis in die Nähe einer Tankdecke erstreckt. Die Entlüftungsheizung ist insbesondere so ausge- richtet bzw. ausgestaltet, dass diese zumindest einen Kanal an der Tankbegrenzung ausbildet, wenn die Flüssigkeit im Tank gefroren ist. Damit führt die Entlüftungsheizung Wärme der gefrorenen Flüssigkeit so zu, dass sich im Wesentlichen ununterbrochen ein fortgesetzter Bereich mit einer lokal konzentrierten Wärme einbringung ausbildet. Diese Entlüf- tungsheizung verläuft dabei ausgehend von dem Ablauf für Flüssigkeit am Tankboden kontinuierlich bis hin zu einer Tankseite entlang des Tankbodens und dann entlang der Tankseiten bis in die Nähe der Tankdecke. Damit ist insbesondere gemeint, dass sich die Entlüftungsheizung über zumindest 50 % der Höhe der Tankseite erstreckt, bevorzugter Weise sogar über mindestens 80 %, und ganz bevorzugt bis hin zur maximalen Füllhöhe der Flüssigkeit in dem Tank. So kann mit der Entlüftungsheizung sicher eine (für ein Gas durchströmbare) Verbindung zwischen dem oberhalb der Flüssigkeit befindlichen Gasvolumen im Tank und dem Ab- lauf realisiert werden, so dass eine Vakuumbildung im Bereich des Ablaufs bzw. der Kammer gerade verhindert wird. Grundsätzlich ist möglich, dass eine (separate) Entlüftungsheizung konkret zu diesem Zweck vorgesehen ist, es ist aber auch möglich, beispielsweise eine großflächige Heizung des Tanks lokal, also in einem gegenüber der Tankseite kleinen, genau vorgegebenen, abgegrenzten Bereich in besonderem Maße (gezielt bzw. getrennt) zu heizen.
In diesem Zusammenhang wird auch als vorteilhaft angesehen, dass die wenigstens eine lokale Entlüftungsheizung linienförmig in einer Führung des Tanks angeordnet ist. Hierzu ist möglich, dass außen und/oder innen an bzw. in der Tankbegrenzung (Tankboden, Tankseite) eine Nut vorgesehen ist. Diese kann als separates Bauteil an den Tankboden bzw. die Tankseite angebracht sein, eine integrierte, einstückige Ausgestaltung ist jedoch bevorzugt. Ganz besonders bevorzugt ist es, wenn die Führung bereits bei der Herstellung des Tanks mit ausgebildet wird. Für den Fall, dass die Führung hin zum Tankinneren ausgebildet ist, kann sie gegebenenfalls (teilweise) als Begrenzung für den zu bildenden Kanal und/oder als Schutz für umhertreibende Eisstücke dienen. Für den Fall, dass eine Führung außen am Tank vorgesehen ist, kann sie zur Fixierung der Hei- zung dienen. Die Führung stellt insbesondere eine teilweise Umschließung der Entlüftungsheizung dar.
Darüber hinaus wird als besonders vorteilhaft angesehen, dass die wenigstens eine lokale Entlüftungsheizung zumindest teilweise mit einer beheizten Injektionsleitung gebildet ist, die sich von der Fördereinheit hin zu einem Injektor für die Flüssigkeit erstreckt. Gerade im Anwendungsbereich der Erfindung bei der Reduktion von Stickoxiden in Abgasen mobiler Verbrennungskraftmaschinen wird die Flüssigkeit bzw. das Reduktionsmittel während der Förderung hin zu einem Injektor erwärmt. Zu die- sem Zweck werden gegebenenfalls Rohre und/oder Schläuche eingesetzt, die elektrische Heizungen aufweisen. Hier wird nun vorgeschlagen, diese beheizte Injektionsleitung in Wärme leitendem Kontakt mit dem Tank anzuordnen, so dass die dort erzeugte Wärme auch an den Tankboden bzw. die Tankseite abgegeben wird. Gegebenenfalls sind hierzu zumindest teilweise die thermischen Isolierungen der beheizten Injektionsleitung zu entfernen, damit eine Wärmeabgabe auch an die im Tank befindliche Flüssigkeit in signifikantem Umfang ermöglicht ist. Alternativ oder zusätzlich kann die beheizte Injektionsleitung so ausgestaltet sein, dass diese zumindest zwei Teilbereiche aufweist, die sich in ihrem Wärmedurchgangskoeffizienten unterscheiden. Dies kann beispielsweise durch Ausbildung von Teilbereichen mit unterschiedlicher thermischer Isolierung erfolgen. Besonders bevorzugt ist hierbei eine Ausgestaltung, bei der ein erster Teilbereich mit einem ersten Wärmedurchgangskoeffizienten am Tank angeordnet ist, während ein zweiter, nicht am Tank angeordneter Teilbereich einen zweiten Wärmedurchgangskoeffizienten aufweist, der niedriger als der erste Wärmedurchgangskoeffizient ist. Grundsätzlich ist es möglich, dass die beheizte Injektionsleitung im Inneren des Tanks hindurchgeführt wird, bevorzugt ist jedoch eine Ausgestaltung, bei der die beheizte Injektionsleitung in einer außen angeordneten Führung fixiert ist. Im ersteren Fall ist bevorzugt der erste Teilbereich der beheizten Injektionsleitung der Teilbereich, der durch das Innere des Tanks hindurchgeführt wird, während der zweite Teilbereich der beheizten Injektionsleitung der Teilbereich, der außerhalb des Tanks liegt.
Bevorzugt ist eine Ausgestaltung, bei der eine thermische Isolierung ausgebildet ist, die mit einer Abdeckung verbunden ist, mit der die Führung lösbar verschließbar ist. Dies ermöglicht in vorteilhafter Weise eine Ausgestaltung, bei der der Wärmedurchgang nach außen durch die thermische Isolierung geringer ist als der Wärmedurchgang in den Tank hinein. Durch die lösbare Verschließbarkeit ist die die Führung und die darin aufgenommenen Bauteile leicht für eine Inspektion oder Wartung zugänglich. Darüber hinaus ist auch möglich, die wenigstens eine lokale Entlüftungsheizung zumindest teilweise mit einer Tankbefestigung hin zu einem Kraftfahrzeug zu bilden. Bei der Fixierung solcher Vorrichtungen an ei- nem Kraftfahrzeug werden z. B. so genannte Spannbänder eingesetzt, die außen abschnittsweise an dem Tank anliegen. Auch solche Spannbänder können mit einer Heizung ausgeführt sein und durch ihre Anlage Wärme in das Innere des Tanks einbringen. Somit können auch diese Bauteile dazu genutzt werden, wenigstens eine solche Entlüftungsheizung mit ei- ner lokalen Wirkung zur gezielten Ausprägung von Kanälen nahe der Tankbegrenzung zu bilden.
Bevorzugtes Anwendungsgebiet der vorliegenden Erfindung ist die Vorrichtung nach Art einer Reduktionsmittel-Bereitstellungsvorrichtung für Kraftfahrzeuge mit einer Verbrennungskraftmaschine, die Abgas in ein Abgassystem abgeben. Die Reduktionsmittel-Bereitstellungsvorrichtung ist dabei in das Kraftfahrzeug integriert, indem der Tank an dem Kraftfahrzeug befestigt ist. Die Reduktionsmittel-Bereitstellungsvorrichtung ist dazu eingerichtet, insbesondere unter Einsatz einer entsprechenden Steu- erung, bedarfsgerecht Reduktionsmittel hin zum Abgassystem hinzuzuführen.
Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren besonders bevorzugte Ausführungsvarianten zeigen, auf die die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist. In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren sind schematisch. Es zeigen: Fig. 1: eine Vorrichtung mit einem Tank und einer Fördereinheit bei einem Kraftfahrzeug, ein Detail einer Vorrichtung mit einer teilweise isolierten Kammer, Fig. 3: eine Kammer mit mehreren Heizsegmenten,
Fig. 4: ein Detail der Vorrichtung mit einer wartungsfreundlichen An- Ordnung der Komponenten in der Kammer,
Fig. 5: eine weitere Ausgestaltung der Vorrichtung mit einer lokalen Entlüftungsheizung, Fig. 6: ein Detail einer Ausprägung einer lokalen Entlüftungsheizung,
Fig. 7 ein Detail einer Ausgestaltung der Vorrichtung mit einer speziellen Sumpfheizung, und Fig. 8 ein Detail einer weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung mit einer speziellen Sumpfheizung.
Fig. 1 zeigt Schema tisch ein Kraftfahrzeug 22 zur Bevorratung einer Flüssigkeit 2, insbesondere zur Bevorratung von flüssigem Reduktionsmittel wie einer wässrigen Harnstofflösung. Der Tank 1 bildet einen Innenraum durch seine Begrenzungswände, die hier mit einer oberen Tankdecke 7, einem unten angeordneten Tankboden 5 und dazwischen liegenden Tankseiten 6 gebildet sind. Der hier dargestellte Tank 1 weist zudem in der Tankdecke 7 eine Füllöffnung 3 auf, über die der Tank 1 bedarfsge- recht mit Flüssigkeit 2 befüllt werden kann. Üblich ist auch, dass ein solcher Tank 1 einen oder mehrere Füllstandsmesser 4 aufweist, mit der der aktuelle Füllstand der Flüssigkeit 2 im Tank 1 bestimmt werden kann.
Außermittig am Tankboden 5 ist nun eine Kammer 9 ausgebildet, in der eine Fördereinheit 8 angeordnet ist. In der Kammer 9 befindet sich keine Flüssigkeit 2, sondern dort sind die Komponenten zur Förderung der Flüssigkeit 2 aus dem Tank 1 hin zu einem Injektor 17 angeordnet. Die Fördereinheit 8 entnimmt dabei Flüssigkeit 2 über einen Ablauf 10, der ebenfalls in der Nähe des Tankbodens 5 angeordnet ist, aus dem Inneren des Tanks 1. Die Fördereinheit 8 umfasst (in der hier angegebenen Reihenfolge der Durchströmung ausgehend von dem Ablauf 10) zunächst einen Filter 13, dann eine Pumpe 14 und ein Ventil 16, mit denen die Flüssigkeit hin zum Injektor 17 geleitet wird. In dem Leitungsabschnitt zwischen der Pumpe 14 und dem Ventil 16 kann ein Sensor 15 vorgesehen sein, insbesondere ein Drucksensor oder ein Temperatursensor oder eine Kombination aus Druck- und Temperatursensor. Das Ventil 16 ermöglicht alternativ zur Weiterleitung der Flüssigkeit 2 hin zu einem Injektor 17 auch die Förderung hin zu einem Rücklauf 11, über den die Flüssigkeit 2 wieder dem Tank 1 zugeführt wird und folglich aus der Kammer 9 in den Tank wieder austritt.
Für den Betrieb der Pumpe 14, des Ventils 16, des Injektors 17 und/oder weiterer Komponenten kann eine Steuerung 18 vorgesehen sein, die mit Signalleitern 23 mit den Komponenten verbunden ist. Zusätzlich kann die Steuerung 18 mit verschiedenen Sensoren und/oder übergeordneten Steuerungen (wie beispielsweise einer Motorsteuerung) verbunden sein, um bedarfsgerecht die Förderung bzw. Heizung anzustoßen. Die Steuerung 18 kann ebenfalls in die Kammer 9 integriert sein. Die mit der För- dereinheit 8 geförderte Flüssigkeit 2 wird über den Injektor 17 einer Ab- gasleitung 19 zugeführt, durch die Abgas mit einer vorgegebenen Strömungsrichtung 20 strömt. Dabei kann eine Verdampfung (z. B. eine Thermophorese) bzw. Umsetzung (z. B. eine Hydrolyse) der Flüssigkeit 2 hin zu einem Reduktionsmittel für Stickoxide erfolgen, gegebenenfalls unter Zuhilfenahme von katalytisch aktiven Substanzen. Dieses Gemisch aus Reduktionsmittel und Abgas kann dann einer Abgasbehandlungseinheit 21, insbesondere einem Katalysator, zugeführt werden, so dass die Stickoxide in der Abgasleitung 19 reduziert werden. Die Zugabe der Flüssigkeit 2 erfolgt dabei bevorzugt unter Berücksichtigung der in der Ab- gasleitung 19 benötigten Menge an Flüssigkeit 2.
Fig. 2 zeigt ein Detail eines Tanks, wobei besonderer Fokus auf der Ausgestaltung der Kammer 9 gelegt ist. Dargestellt ist hierbei der Zustand des Tanks 1, bei dem die Flüssigkeit überwiegend gefroren und der Auf- tau-Prozess teilweise bereits erfolgt ist. Demnach wird um die Kammer 9 ein Raum 24 gebildet, der von der gefrorenen Flüssigkeit 25 umgeben ist. Das aufgetaute bzw. abgeschmolzene Teilvolumen der Flüssigkeit 2 sammelt sich nun in der Nähe des Tankbodens 5 um die Kammer 9 her- um an. Hierbei ist nun die Kammer 9 so ausgebildet, dass der Ablauf 10 nahe des Tankbodens 5 angeordnet ist, also im Bereich der Flüssigkeit 2. Demgegenüber ist der Rücklauf 11 oberhalb der Flüssigkeit 2 angeordnet und weist hierbei zusätzlich einen Verteiler 26, beispielsweise nach Art einer Düse, auf. Das über den Rücklauf 11 abgegebene bereits erwärmte Teilvolumen der Flüssigkeit 2 benetzt nunmehr die Wandung des Raums 24 bzw. die Grenzfläche der gefrorenen Flüssigkeit 25 und verbessert somit die Wärmeabgabe hin zu der gefrorenen Flüssigkeit 25. Zudem sind an der Kammerwand Leitstrukturen 27 vorgesehen, mit denen das Abfließen von aufgetauter Flüssigkeit 2 über die Kammer 9 eingestellt werden kann.
Im Inneren der Kammer 9 ist neben den Komponenten zur Förderung der Flüssigkeit 2, nämlich Filter 13, Pumpe 14 und Ventil 16, eine Heizung 29 ausgebildet, die an den Wänden der Kammer 9 in wärmeleitendem Kon- takt angeordnet sind. Bei dieser Heizung 29 handelt es sich bevorzugt um eine elektrische Heizung. Diese Heizung 29 kann bedarfsgerecht aktiviert werden und den Bereich um die Kammer 9 mit Wärme versorgen. Weiter ist hier veranschaulicht, dass für die Heizung 29 an der Kammeroberseite 35 eine hin zum Inneren der Kammer 9 gerichtete und die Heizung 29 überdeckende thermische Isolierung 28 vorgesehen ist, wobei dies in gleicher Weise auch hin zu den Kammerseitenwänden bzw. der dort angeordneten Heizung 29 möglich ist. Die thermische Isolierung 28 soll insbesondere bewirken, dass die Kammerwand von dem Inneren der Kammer 9, insbesondere den dort angeordneten Komponenten und/oder der dar- unter liegenden Grundplatte, thermisch entkoppelt ist. Dies führt dazu, dass die Leitungen mit Flüssigkeit im Inneren der Kammer 9 vorrangig einfrieren und der Bereich um die Kammer 9 herum im Tankinneren möglichst lange das Einfrieren der Flüssigkeit 2 verzögert. Fig. 3 veranschaulicht ohne eine Darstellung der Komponenten der Fördereinheit 8, wie die Heizung 29 an den Kammerwänden ausgeführt sein kann. Hierbei ist insbesondere dargestellt, dass die Heizung 29 mehrere Heizsegmente 33 (bzw. Heizelemente) aufweist, die parallel und/oder be- abstandet zueinander über die Kammerhöhe 37 angeordnet sind. Dabei erstrecken sich hier drei Heizsegmente umlaufend entlang der Kammerseitenwand 34, und ein flächiges elektrisches Heizelement 33 ist an der Kammeroberseite 35 vorgesehen. Die drei über die Kammerhöhe 37 an der Kammer seitenwand 34 angeordneten Heizsegmente 33 sind als selbstregulierende Heizelemente ausgeführt, wobei diese gleichzeitig eingerichtet sind, als Füllstandsmesser zu fungieren. Zu diesem Zweck sind die Heiz segmente 33 nicht nur mit einer Steuerung sondern auch mit einer Stromversorgung 38 verbunden, so dass eine gezielte, bedarfsgerechte Stromversorgung bzw. Bestimmung des elektrischen Widerstands mög- lieh ist. Zusätzlich können Schalter 36, insbesondere so genannte Thermoschalter, vorgesehen sein, um die Heizwirkung dieser Heizsegmente 33 zu begrenzen.
Fig. 4 soll veranschaulichen, wie eine solche Kammer 9 ausgebildet sein kann, damit eine besonders wartungsfreundliche Entnahme der Fördereinheit 8 während eines zumindest teilweise gefüllten Tanks ermöglicht ist. Zu diesem Zweck sind die Komponenten der Fördereinheit 8 auf einer (separaten, z. B. metallischen) Grundplatte 32 angeordnet. Die Grundplatte 32 ist über geeignete Dichtungen 30 mit dem Tankboden 5 (lösbar) verbunden. Die Kammerwände, die hier ein integraler Bestandteil des Tanks sind, kommunizieren mit dem Tankinneren über den Ablauf 10 und den Rücklauf 11. Bezüglich dieser beiden Flüssigkeitsleitungen sind hier separate Abflusssperren 31 vorgesehen, die bevorzugt bei einer Entnahme der Grundplatte 32 mit dem Filter 13, der Pumpe 14 und dem Ventil 16 automatisch schließen und damit ein Ausfließen der Flüssigkeit 2 über den Ablauf 10 und/oder den Rücklauf 11 unterbinden. Die Abflusssperren 31 können mechanisch oder elektrisch betrieben sein. Zusätzlich wird hier auch vorgeschlagen, ein entsprechendes Absperrmittel nahe des Filters 13 vorzusehen, um ein Ausströmen von im Filter 13 be- findlichen Teilvolumen an Flüssigkeit zu vermeiden. Diese Abflusssperre 31 kann Teil des Filters oder der angrenzenden Flüssigkeitsleitung sein.
Fig. 5 veranschaulicht eine weitere Ausgestaltung eines Tanks 1 mit einer nahe des Tankbodens 5 angeordneten Kammer 9, in der eine Fördereinheit 8 angeordnet ist, wobei die Kammer 9 mit einer Heizung 29 ausgeführt ist. Wiederum ist hier dargestellt, dass sich im Inneren des Tanks 1 eine gefrorene Flüssigkeit 25 befindet, wobei diese teilweise durch die Heizung 29 der Kammer 9 aufgeschmolzen wurde. Als Besonderheit die- ses Tanks 1 kann hier herausgestellt werden, dass um die Kammer 9 am Tankboden 5 herum eine Vertiefung 41 ausgebildet ist, die eine Art Sumpf für abgetaute Flüssigkeit darstellt. Diese Vertiefung 41 ist insofern insbesondere dazu geeignet, die bereits abgetaute bzw. abgeschmolzene Flüssigkeit über den Ablauf 10 abzusaugen. Um dabei die in der Kammer 9 mit der Heizung 29 erzeugte Wärme auch in diese Vertiefung 41 einzubringen, sind hier Wärmeleitmittel 39 vorgesehen, die sich bis in diese Vertiefung 41 oder andere Bereiche des Tankbodens 5 hinein erstrecken. Diese Wärmeleitmittel 39 können beispielsweise als metallische Stege, ein metallischer Ring und/oder eine metallische Hülse ausgebildet sein, die auf und/oder in den Tankboden 5 eingelassen sind. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Wärmeleitmittel 39 Teil der Befestigung der Kammer 9.
Um zudem zu vermeiden, dass in dem durch den Abschmelzvorgang ge- bildeten Raum 24 ein Vakuum entsteht, weist dieser Tank 1 eine lokale Entlüftungsheizung 40 auf. Diese lokale Entlüftungsheizung erstreckt sich ausgehend von der Kammer 9 bzw. dem Tankboden nahe dem Ablauf 10 entlang des Tankbodens 5 und setzt sich dann entlang einer Tankseite 6 bis in die Nähe einer Tankdecke 7 fort. Diese hier linienför- mig ausgeführte Entlüftungsheizung 40 ist mit der beheizten Injektionsleitung 12 ausgebildet. Die mit einer Heizung 29 versehene Injektionsleitung 12 verläuft dabei in Kontakt zur Tankwand, so dass durch die Wärmeeinbringung über die Heizung 29 und die Tankwand im Tankinneren ein gezielter Kanal 42 aufgeschmolzen wird, so dass der Raum 24 mit dem Raum nahe der Tankdecke 7 verbunden ist bzw. mit diesem Raum kommunizieren kann.
Zusätzlich ist in Fig. 5 noch eine weitere Ausführungsform einer Entlüf- tungsheizung 40 dargestellt. In Fig. 5 ist eine Tankbefestigung 45 für den Tank 1 angedeutet. Diese Tankbefestigung 45 kann gegebenenfalls beheizbar ausgeführt sein und so eine Entlüftungsheizung 40 bilden, die einen gezielten Kanal 42 freischmelzen kann. Gegebenenfalls kann eine Entlüftungsheizung 40 auch durch eine auf die Tankwand aufgedruckte (elektrisch beheizbare) Leiterbahn ausgebildet sein.
Als weitere Ausführungsform einer Entlüftungsheizung 40 ist in der Fig. 5 eine Antenne 48 auf der Kammer 9 abgebildet. Diese Antenne 48 erstreckt sich über die Höhe des Tanks 1 und kann zum Aufschmelzen ei- nes gezielten Kanals 42 eine aktive Heizung aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann in der Antenne 48 auch ein Wärmerohr bzw. eine Heat- Pipe vorgesehen sein, das zur Ausbildung eines gezielten Kanals 42 Wärme von der Kammer 9 in die Antenne 48 transportiert. Fig. 6 zeigt eine mögliche Ausgestaltung einer solchen Entlüftungsheizung 40 mit einer beheizten Injektionsleitung 12 im Querschnitt. Dazu ist der Tank 1 mit einer Führung 43 ausgebildet, in die beispielsweise die Injektionsleitung eingebracht bzw. sogar fixiert werden kann. Infolge der Wirkung der Heizung 29 um die Injektionsleitung 12 herum, wird der Ka- nal 42 im Inneren des Tanks 1 um die Führung 43 herum ausgebildet. Zudem ist hier vorgesehen, dass für eine gerichtete Wärmewirkung der Heizung 29 eine Isolierung 28 hin zur Außenseite des Tanks 1 angeordnet ist. So wird ein erster Teilbereich 46 der geheizten Injektionsleitung 12 gebildet, der am Tank 1 angeordnet ist und ein zweiter Teilbereich 47, der vom Tank 1 weg weist. Durch die thermische Isolierung 28 weist der zweite Teilbereich 47 einen Wärmedurchgangskoeffizienten auf, der kleiner ist als der Wärmedurchgangskoeffizient des ersten Teilbereichs 46. So wird erreicht, dass Wärme vermehrt in den Tank 1 und vermindert nach außerhalb abgeführt wird. Sofern die geheizte Injektionsleitung 12 Die thermische Isolierung 28 ist in eine Abdeckung 44 integriert, mit der die Führung 43 (lösbar) verschlossen werden kann. Dadurch wird so die Injektionsleitung 12 geschützt.
Die Fig. 7 und die Fig. 8 zeigen zwei verschiedene Details eines Tanks 1 einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Zu sehen jeweils ist ein Ausschnitt aus dem Tankboden 5 mit einer sumpfförmigen Vertiefung 41. In dieser Vertiefung 41 ist in eine Öffnung im Tankboden 5 von unten eine Kam- mer 9 eingesetzt. Die Kammer 9 ist mit einer Dichtung 30 gegen den Tankboden 5 abgedichtet. Die Dichtung 30 ist hier als O-Ring-Dichtung ausgeführt. Um den Tankboden 5, die Dichtung 30 und die Kammer 9 miteinander zu verspannen, ist in den Tankboden 5 ein Haltelement 50 eingelassen. Das Halteelement 50 kann in den Tankboden 5 beispielswei- se eingegossen sein. An dem Halteelement 50 kann eine SAE- Verschraubung 51 zur Ver Spannung angreifen.
Gemäß der in der Fig. 7 dargestellten Ausgestaltung des Tanks 1 ist für die Vertiefung 41 eine Heizung 29 durch in den Tankboden 5 eingelasse- ne Heizleiter realisiert. Die Heizleiter können beispielsweise ein Drahtgewebe oder Blechstreifen sein. Gemäß der in der Fig. 8 gewählten Ausgestaltung des Tanks 1 ist für die Vertiefung 41 eine Heizung 29 von der Innenseite des Tankbodens 5 her gegen die Tankwand 5 gepresst. Die Heizung 29 kann auch hier als Drahtgewebe oder als Blechstreifen ausge- führt sein. Die Heizung 29 kann mit einer Klammer 49 gegen den Tankboden 5 gepresst sein. Die Klammer 49 bzw. die Heizung 29 können an der Kammer 9 befestigt sein. Vorzugsweise sind die Heizung 29 und die Klammer 49 so ausgeführt, dass sie zusammen mit der Kammer 9 in die Öffnung im Tankboden 5 eingesetzt werden können, ohne dass hierzu eine Montage innerhalb des Tanks 1 erforderlich ist.
Der Vollständigkeit halber sei darauf hingewiesen, dass die in den Figuren einzeln dargestellten Ausprägungen der Kammer 9, der Heizung 29, der Entlüftungsheizung 40 und der Abflusssperren 31 separat eine vorteilhafte Weiterbildung zum bekannten Stand der Technik sind, die gegebenenfalls auch unabhängig voneinander verwirklicht werden können.
Bezugszeichenliste 1 Tank
2 Flüssigkeit
3 Füllöffnung
4 Füllstandsmesser
5 Tankboden
6 Tankseite
7 Tankdecke
8 Fördereinheit
9 Kammer
10 Ablauf
11 Rücklauf
12 Inj ektionsleitung
13 Filter
14 Pumpe
15 Sensor
16 Ventil
17 Injektor
18 Steuerung
19 Angasleitung
20 Strömungsrichtung
21 Abgasbehandlungseinheit
22 Kraftfahrzeug
23 Signalleiter
24 Raum
25 gefrorene Flüssigkeit
26 Verteiler
27 Leitstruktur
28 Isolierung
29 Heizung
30 Dichtung 31 Abflusssperre
32 Grundplatte
33 Heizsegment
34 Kammerseitenwand
35 Kammeroberseite
36 Schalter
37 Kammerhöhe
38 Stromversorgung
39 Wärmeleitmittel
40 Entlüftungsheizung
41 Vertiefung
42 Kanal
43 Führung
44 Abdeckung
45 Tankbefestigung
46 erster Teilbereich
47 zweiter Teilbereich
48 Antenne
49 Klammer
50 Halteelement
51 SAE-Verschluss

Claims

Patentansprüche
Vorrichtung, umfassend zumindest einen Tank (1) mit einem Tankboden (5) und eine Fördereinheit (8) für eine Flüssigkeit (2), wobei die Fördereinheit (8) in einer Kammer (9) am Tankboden (5) angeordnet ist, und die Kammer (9) zumindest eine Heizung (29) aufweist.
Vorrichtung nach Patentanspruch 1, bei der die Heizung (29) mit mindestens einem elektrischen Heizsegment (33) ausgeführt ist, das in wärmeleitenden Kontakt zumindest zur Kammerseitenwand (34) oder zur Kammeroberseite (35) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, bei der der Tank (1) wenigstens eine lokale Entlüftungsheizung (40) hat, welche sich ausgehend von einem Ablauf (10) für Flüssigkeit (2) am Tankboden (5) über zumindest eine Tankseite (6) bis in die Nähe einer Tankdecke (7) erstreckt.
Vorrichtung nach Patentanspruch 3, bei der die wenigstens eine lokale Entlüftungsheizung (40) linienförmig in einer Führung (43) des Tanks (1) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Patentanspruch 3 oder 4, bei der die wenigstens eine lokale Entlüftungsheizung (40) zumindest teilweise mit einer beheizten Injektionsleitung (12) gebildet ist, die sich von der Fördereinheit (8) hin zu einem Injektor (17) für die Flüssigkeit (2) erstreckt.
6. Vorrichtung nach Patentanspruch 5, bei der die beheizte Injektionsleitung (12) so ausgestaltet ist, dass sie zumindest zwei Teilbe- reiche (46, 47) aufweist, die sich in ihrem Wärmedurchgangskoeffizienten unterscheiden.
Vorrichtung nach Patentanspruch 6, bei der bei der ein erster Teilbereich (46) mit einem ersten Wärmedurchgangskoeffizienten am Tank angeordnet ist, während ein zweiter, nicht am Tank angeordneter Teilbereich (47) einen zweiten Wärmedurchgangskoeffizienten aufweist, der niedriger als der erste Wärmedurchgangskoeffizient ist.
Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 4 bis 7, bei der eine thermische Isolierung (28) ausgebildet ist, die mit einer Abdeckung (44) verbunden ist, mit der die Führung (43) lösbar verschließbar ist.
Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 3 bis 8, bei der die wenigstens eine lokale Entlüftungsheizung (40) zumindest teilweise mit einer Tankbefestigung (45) hin zu einem Kraftfahrzeug (22) gebildet ist.
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