WO2019219513A1 - Heizeinrichtung, tankeinbaumodul und flüssigkeitstank - Google Patents

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WO2019219513A1
WO2019219513A1 PCT/EP2019/061978 EP2019061978W WO2019219513A1 WO 2019219513 A1 WO2019219513 A1 WO 2019219513A1 EP 2019061978 W EP2019061978 W EP 2019061978W WO 2019219513 A1 WO2019219513 A1 WO 2019219513A1
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heating
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tank
radiator
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PCT/EP2019/061978
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Markus Schreiber
Angela Sisto
Harald Keil
Gebro GABRIYEL
Knut Geisler
Till ZENTHOEFER
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Robert Bosch Gmbh
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    • 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
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    • F01N2240/16—Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being an electric heater, i.e. a resistance heater
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention relates to a heating device according to the preamble of the independent claim.
  • thermoelectric heating device in which an aluminum body is provided, which is electrically heated by ceramic PTC heating elements.
  • the aluminum body has a branched shape, and for corrosion protection, the heater is coated with a plastic layer.
  • This module which belongs to a tank module or conveyor module, is arranged above a filter element of the tank module. In the case of using the associated tank as a container for a
  • Reducing agent for the selective catalytic reduction of nitrogen oxides of an internal combustion engine especially in the form of an aqueous urea solution C, Ad Blue ”) is at low outside temperatures below - 11 degrees Celsius, the situation that the aqueous urea solution can freeze. In this case, the heater heats the adjacent frozen AdBlue and thaws it, so that a pumping out of the liquid is possible or possible.
  • the heating device according to the invention with the characterizing features of the independent claim has the advantage of an optimized geometry for the continuous thawing of a freezable liquid, such as an aqueous urea solution, also called “AdBlue", within a liquid tank, and there will be an improved heat transfer to be heated or to be thawed liquid guaranteed.
  • a freezable liquid such as an aqueous urea solution, also called “AdBlue”
  • Heating demarcated portion of the liquid volume of a liquid tank can be warmed up quickly.
  • the heating device advantageously has a volumetric expansion within the tank, by means of which it is possible to prevent the formation of cavities during thawing and aspiration of an already existing liquid phase of the liquid in the tank, which act thermally insulating and possibly slow down further thawing or prevent.
  • a bottom wall in particular a bottom wall with passage openings, so that even near the filter areas of a tank installation module can be thawed quickly. Passage openings at the same time ensure rapid fluid exchange even in this area of the tank installation module or liquid tank.
  • Heating device can be thawed quickly and continuously.
  • FIG. 1 shows a liquid tank with a delivery module with a heating device
  • FIG. 2 shows the liquid tank with the heating device switched on
  • FIG. 3 shows the liquid tank with the heating device switched on for a longer time
  • FIG. 4 shows a radiator
  • FIG. 5 shows a detailed view of a radiator
  • FIG. 6 shows a detail view of a further radiator
  • FIG. 7 shows a further radiator
  • FIG. 8 shows a radiator with a kidney-shaped cross section
  • FIG. 10 shows a radiator with a bottom wall
  • FIG. 11 shows a radiator with a bottom wall and a ceiling wall
  • FIG. 12 shows a radiator with a ceiling wall with an opening
  • 13 shows a radiator in W-shape
  • Figure 14 a radiator with a flat Aufsitz Scheme.
  • Figure 1 shows a liquid tank 1 in cross-sectional side view, in which a frozen aqueous urea solution 2 is located.
  • a conveyor module or tank installation module 13 is arranged, via which a fluid located in the tank can be pumped off and its destination, for example, a post-treatment of exhaust gases of an internal combustion engine, fed.
  • the leading out of a liquid phase of the aqueous urea solution from the tank takes place through the module bottom 15 of the tank installation module in a manner not shown via a cable bushing provided for this purpose through the tank
  • the tank installation module 13 has for discharging the liquid phase to a feed pump 9, which sucks the liquid via a filter device 14 and emits through the module bottom through to the outside. Before the liquid can pass through the filter device 14, it flows through a heat-conducting component 8, here in the form of a metal screen.
  • the metal screen conducts heat which can be generated by a heating device 16 arranged above the filter device well to the filter device.
  • the heater 16 has a radiator 3 in the form of a cone heater.
  • the radiator thus has the shape of an upside down vessel for a liquid having a conical shape, the radiator at the level of the vessel bottom, which is in the tank above, so the liquid level 18 facing arranged, a larger cross-sectional area than in lower, open area which is remote from the liquid level 18.
  • the radiator has inlet bores 5 in the side wall or the lateral wall 19, which surrounds the portion 17 of the cone surrounded by the cone heater Fluid volume in the tank with the remaining portion of the liquid volume fluidly connect.
  • the radiator is made of a good heat-conducting material and is heated by means of electrical heating elements 6 of the heater 16.
  • the heating elements 6 can be designed as PTC elements or, as shown, as glow plugs 6 arranged in the lower region.
  • the electrical contacting of the glow plugs can be done in each case via connecting cable 7 for the plus contact and via the electrically connected to the radiator 3 Metallsieb 8 for the negative contact 10. Cable 7 and negative contact 10 are shown only schematically and are guided in a manner not shown on the module bottom 15 for connecting a power supply or a control or control unit to the outside.
  • FIG. 1 shows a situation in which all the liquid 2 within the tank 1 is frozen. In this situation, the delivery module 13 can not deliver liquid out of the tank. A subset of aqueous
  • Urea solution is frozen within the cone heater 3. At mid-height of the cone heater, this portion 17 of the liquid volume is fluidly connected to the majority of Ad Blue 2 in the tank only via the inlet bores 5 of the cone heater, with the aqueous urea solution forming ice bridges in the inlet bores. In the upper region of the conical heater is in the illustrated situation, an air inclusion 4 before.
  • the necessary heating power for defrosting the Ad Blue is provided by one or more glow plugs 6, for example. These have no direct contact with the AdBlue because they are surrounded on all sides by the radiator 3 in the present embodiment.
  • the glow plugs heat the Conical radiator 3 from bottom to top, further they heat the metal mesh on the underside of the radiator 3.
  • the heating container or the radiator or the cone heater is advantageously, but not necessarily, only by a thermally conductive member 8, for example, the metal mesh, separated from the filter device, on the filter device, the closed large-scale front side above and the open small end face is arranged below.
  • the AdBlue in contact with the radiator or the metal mesh will thaw.
  • the metal screen further heats the filter device 14 of the conveyor module.
  • the cone heater in particular thaws the contact surfaces of the inner Ad Blue cone.
  • the liquid AdBlue gets down and through the
  • Metal strainer 8 flow to the filter device, via which the pump can suck the liquid AdBlue.
  • the conical AdBlue of the portion of the liquid volume in the tank inside the cone heater will continuously slide downwards and thus remain in physical contact with the heated surfaces.
  • the air cavity 4 increases in the process.
  • the AdBlue bridges in the inlet holes are thawed by the heat of the conical surfaces.
  • Metal sieve or thermally conductive component 8 and the heating element 3 are designed such that in the region of the metal sieve both cavities, i.
  • the liquid AdBlue is also in physical Contact to the frozen AdBlue and thus allows a heat transfer for a progressive thawing.
  • FIG. 4 shows the heating element 3 in the form of a conical heater, which is part of a heating device 16. Not shown are the other components of the heater such as in particular the heating elements 6, which may be designed as a glow plugs.
  • the basic geometry of a cone is formed by two conically shaped metal sheets, which are pushed together and provide space in the space between the metal sheets so formed
  • the metal sheets are at least on the sides on which they are in contact with the liquid to be heated, covered with a plastic layer, not shown, to protect it from corrosion.
  • Metal sheets are preferably closed at the top and bottom. While the seated on the thermally conductive member 8 bottom 26 is open, which is
  • Top 20 with another, not shown, preferably closed for the purpose of corrosion protection also coated with plastic sheet metal.
  • the inlet bores 22 have already been explained together with the figures 1 to 3, where they are provided with reference numeral 5.
  • Near the bottom 26 of the cone heater is also provided with connecting holes 24, in particular in the area of the metal mesh or the
  • thermally conductive component 8 a fluid exchange between
  • FIG. 5 shows a detail of a conical heater 3 or radiator, in which
  • Heating elements 6 - here, for example in the form of glow plugs - are arranged in the region of the bottom 26 within the radiator, with their electrical contacts lead out of the radiator. These are integrated here in a double wall of the cone heater. Intended
  • FIG. 6 shows an alternative arrangement of heating elements or glow plugs 6, which abut against the inside 310 of the conical surface and therefore, like the
  • Radiators 300 themselves are sheathed with plastic to prevent from corrosive
  • FIG. 7 shows a further alternative heating body 330 which has two mutually insulated sheet metal cones 32 and 34 with PTC elements 28 inserted between them.
  • Inner cone 34 and outer cone 32 are electrically insulated from each other, so that the ceramic PTC elements 28 can be electrically energized via the cone provided with electrical terminals 36 and 38, respectively.
  • a plastic sheath 30 envelops the entire radiator.
  • Provided bores for the fluidic connection of the inner and outer regions of the cone are also not shown here in detail, but can also be omitted on a case-by-case basis.
  • FIG. 8 shows a funnel-shaped heating body 83 with kidney-shaped heating element 83
  • the lateral wall 85 is in this case adapted in its shape to a filter device arranged therebelow, so that the partial region of the tank volume encompassed by the heating element substantially completely covers a kidney-shaped filter device in horizontal cross-section.
  • Figure 9a shows a vertical plan view of a conical radiator 93 with furrows 94 in the lateral wall as a seat for a heating element, in particular a glow plug to increase the contact area between the heating element and the lateral wall.
  • FIG. 9b shows, in a detailed view, the exemplary formation 940 of such a groove, likewise in a vertical plan view.
  • FIG. 10 describes a heating body 103 which is open on the side facing the liquid level and which is likewise conically shaped.
  • the heating elements or glow plugs 66 are arranged as in the radiator according to Figure 6.
  • the radiator 103 has on the side facing away from the liquid level on a bottom wall 105 with passage openings.
  • the bottom wall is fixedly connected to the lateral wall 85, preferably in the form of a one-piece connection.
  • FIG 11 shows a radiator 113, which is also conically shaped, but in contrast to the radiator of Figure 10 is closed at the top by having a ceiling wall 115, which the radiator on the
  • Liquid level facing side completes.
  • FIG. 12 shows a radiator 123, which is likewise conically shaped, but in contrast to the radiator according to FIG. 11 has a ceiling wall 125 with at least one passage opening 125.
  • FIG. 13 shows a further conically shaped heating body 133, which is optionally open at the top. Its bottom wall 135 has one in the subregion of
  • Liquid volume protruding indentation for the at least one heating element 66 so that the heating element is on the one hand over a large area with the bottom wall in heat-transmitting contact and so that on the other hand, a downwardly space-saving arrangement of the heating element 66 can take place.
  • the bottom wall and / or an area of the lateral wall immediately adjacent to the bottom wall have passage openings for the liquid to be heated.
  • the radiator has an annular tip edge 136 in the transition from the lateral wall 85 to the bottom wall 135.
  • FIG. 14 shows a further conically shaped heating body 143, which likewise has a bottom wall 145 with a recess for the at least one heating element 66. Passage openings are also provided as in the case of the radiator according to FIG. In contrast to the heating element 133, the heating element 143 in the region of the bottom wall has a flat or parallel to the liquid level oriented seating area 147. Inlet openings or inlet bores or passage openings can be provided individually or multiply in all arrangements, both in the lateral wall and in a ceiling wall, as well as in the bottom wall, that is, in particular, for example, in the lateral wall and at the same time in the bottom wall.

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Abstract

Heizeinrichtung (16) zur Erwärmung einer Flüssigkeit (2, 12), insbesondere einer wässrigen Harnstofflösung, in einem Flüssigkeitstank (1), mit einem wärmeleitenden Heizkörper (3, 83, 93, 103, 113, 123, 133, 143, 300, 330) und mindestens einem elektrischen Heizelement (6, 28, 66), wobei das Heizelement (6, 28, 66) eingerichtet und angeordnet ist zur Erwärmung des Heizkörpers (3, 83, 93, 103, 113, 123, 133, 143, 300, 330), wobei der Heizkörper (3, 83, 93, 103, 113, 123, 133, 143, 300, 330) eine laterale Wand (19 85) aufweist, welche einen Teilbereich (17) des Flüssigkeitsvolumens in dem Flüssigkeitstank (1) lateral, vorzugsweise allseitig lateral, umgeben kann, dadurch gekennzeichnet, daß die laterale Wand (19, 85) auf der einem Flüssigkeitsspiegel (18) in dem Flüssigkeitstank (1) abgewandten Seite mit einer Bodenwand (105, 135, 145) in Verbindung steht, so daß der Heizkörper eine Topfform aufweist.

Description

Beschreibung
Titel
Heizeinrichtung, Tankeinbaumodul und Flüssigkeitstank
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Heizeinrichtung nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs.
Es ist schon eine Heizeinrichtung aus der EP2652275 bekannt, bei der ein Aluminiumköper vorgesehen ist, der über keramische PTC-Heizelemente elektrisch erwärmt wird. Der Aluminiumkörper weist eine verzweigte Form auf, und zum Korrosionsschutz ist die Heizeinrichtung mit einer Kunststoffschicht ummantelt. Diese zu einem Tankeinbaumodul bzw. Fördermodul gehörende Baugruppe ist oberhalb eines Filterlements des Tankeinbaumoduls angeordnet. Im Falle der Verwendung des zugeordneten Tanks als Behältnis für ein
Reduktionsmittel zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden einer Brennkraftmaschine speziell in der Form einer wässrigen Harnstofflösung C, Ad Blue“) liegt bei tiefen Außentemperaturen unterhalb von - 11 Grad Celsius die Situation vor, daß die wässrige Harnstofflösung einfrieren kann. In diesem Fall erwärmt die Heizeinrichtung das angrenzende gefrorene AdBlue und taut dieses auf, so dass ein Herauspumpen der Flüssigkeit wieder möglich ist bzw. möglich bleibt.
Offenbarung der Erfindung
Die erfindungsgemäße Heizeinrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des unabhängigen Anspruchs hat demgegenüber den Vorteil einer optimierten Geometrie zum kontinuierlichen Auftauen einer gefrierfähigen Flüssigkeit, wie beispielsweise einer wässrigen Harnstofflösung, auch„AdBlue“ genannt, innerhalb eines Flüssigkeitstanks, und es wird ein verbesserter Wärmeübertrag auf die zu erwärmende bzw. aufzutauende Flüssigkeit gewährleistet. Als weiterer Vorteil ist anzusehen, daß insbesondere ein durch einen Heizkörper der
Heizeinrichtung abgegrenzter Teilbereich des Flüssigkeitsvolumens eines Flüssigkeitstanks rasch aufgewärmt werden kann. Die Heizeinrichtung weist in vorteilhafter Weise eine volumenhafte Ausdehnung innerhalb des Tanks auf, mittels der vermieden werden kann, daß sich beim Auftauen und Absaugen einer bereits vorhandenen flüssigen Phase der Flüssigkeit im Tank Kavitäten ausbilden können, die thermisch isolierend wirken und eventuell ein weiteres Auftauen verlangsamen bzw. verhindern.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen
Anspruch angegebenen Heizeinrichtung möglich.
Besonders vorteilhaft ist hierbei das Vorsehen einer Bodenwand, insbesondere einer Bodenwand mit Durchlassöffnungen, so daß auch filternahe Bereiche eines Tankeinbaumoduls rasch aufgetaut werden können. Durchlassöffnungen gewährleisten hierbei gleichzeitig einen raschen Flüssigkeitsaustausch auch in diesem Bereich des Tankeinbaumoduls bzw. Flüssigkeitstanks.
Besonders vorteilhaft ist hierbei eine Querschnittsvariation des Heizkörpers dergestalt, daß durch die Form des Heizkörpers und eine teilweise
Abgeschlossenheit die Flüssigkeit in einem Teilbereich des Flüssigkeitsvolumens des Tanks in einer speziellen Form einfriert, so daß diese über die
Heizeinrichtung schnell und kontinuierlich aufgetaut werden kann.
Des Weiteren ist es insbesondere vorteilhaft, eine konusartige bzw. kegelförmige Ausgestaltung des Heizkörpers vorzusehen, so daß ein innenliegender Eisblock schwerkraftgetrieben kontinuierlich in Richtung einer offenen Bodenseite des Heizkörpers fließt und damit ein kontinuierlicher Aufschmelzprozess unter Beibehaltung des Wandkontakts mit dem Heizkörper aufrecht erhalten wird. Der Eisblock bzw. der aufzutauende Stoff bleibt in vorteilhafter Weise beweglich und in direktem bzw. physischem Kontakt mit dem Heizkörper, bis er verflüssigt ist. Weitere Vorteile ergeben sich durch die in den weiteren abhängigen Ansprüchen und in der Beschreibung genannten Merkmale.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
Figur 1 einen Flüssigkeitstank mit einem Fördermodul mit einer Heizeinrichtung, Figur 2 den Flüssigkeitstank mit eingeschalteter Heizeinrichtung,
Figur 3 den Flüssigkeitstank mit länger eingeschalteter Heizeinrichtung,
Figur 4 einen Heizkörper,
Figur 5 eine Detailansicht eines Heizkörpers,
Figur 6 eine Detailansicht eines weiteren Heizkörpers,
Figur 7 einen weiteren Heizkörper,
Figur 8 einen Heizkörper mit nierenförmigem Querschnitt,
Figur 9 einen Heizkörper mit zwei Furchen in Draufsicht,
Figur 10 einen Heizkörper mit einer Bodenwand,
Figur 11 einen Heizkörper mit einer Bodenwand und einer Deckenwand,
Figur 12 einen Heizkörper mit einer Deckenwand mit Öffnung, Figur 13 einen Heizkörper in W-Form und
Figur 14 einen Heizkörper mit flachem Aufsitzbereich.
Ausführungsformen der Erfindung
Figur 1 zeigt einen Flüssigkeitstank 1 in Querschnittsseitenansicht, in dem sich eine gefrorene wässrige Harnstofflösung 2 befindet.
Im Bodenbereich 40 des Tanks ist ein Fördermodul bzw. Tankeinbaumodul 13 angeordnet, über das eine sich im Tank befindliche Flüssigkeit abgepumpt und ihrem Bestimmungszweck, beispielsweise einer Nachbehandlung von Abgasen einer Brennkraftmaschine, zugeführt werden kann. Das Herausführen einer flüssigen Phase der wässrigen Harnstofflösung aus dem Tank erfolgt durch den Modulboden 15 des Tankeinbaumoduls hindurch in nicht näher dargestellter Weise über eine hierfür vorgesehene Leitungsdurchführung durch den
Modulboden nach unten. Das Tankeinbaumodul 13 weist zum Herausführen der flüssigen Phase eine Förderpumpe 9 auf, welche über eine Filtereinrichtung 14 die Flüssigkeit ansaugt und durch den Modulboden hindurch nach außen abgibt. Bevor die Flüssigkeit die Filtereinrichtung 14 passieren kann, durchströmt sie ein wärmeleitendes Bauteil 8, hier in Form eines Metallsiebs. Das Metallsieb leitet von einer oberhalb der Filtereinrichtung angeordneten Heizeinrichtung 16 erzeugbare Wärme gut an die Filtereinrichtung weiter.
Die Heizeinrichtung 16 weist einen Heizkörper 3 in Form eines Kegelheizers auf. Der Heizkörper besitzt also die Form eines auf den Kopf gestellten Gefäßes für eine Flüssigkeit, das eine konische Form aufweist, wobei der Heizkörper auf Höhe des Gefäßbodens, der im Tank oben, also dem Flüssigkeitsspiegel 18 zugewandt, angeordnet ist, eine größere Querschnittsfläche aufweist als im unteren, offenen Bereich, der vom Flüssigkeitsspiegel 18 abgewandt angeordnet ist. Der Heizkörper besitzt Einlassbohrungen 5 in der Seitenwand bzw. der lateralen Wand 19, die den vom Kegelheizer umgebenen Teilbereich 17 des Flüssigkeitsvolumens im Tank mit dem restlichen Bereich des Flüssigkeitsvolumens fluidtechnisch verbinden. Der Heizkörper ist aus einem gut wärmeleitendem Material gefertigt und wird mittels elektrischer Heizelemente 6 der Heizeinrichtung 16 beheizt. Die Heizelemente 6 können als PTC-Elemente oder, wie dargestellt, als im unteren Bereich angeordnete Glühstiftkerzen 6 ausgebildet sein. Die elektrische Kontaktierung der Glühstiftkerzen kann jeweils über Anschlußkabel 7 für den Pluskontakt und über das elektrisch leitend mit dem Heizkörper 3 verbundene Metallsieb 8 für den Minuskontakt 10 erfolgen. Kabel 7 und Minuskontakt 10 sind lediglich schematisch dargestellt und werden in nicht näher dargestellter Weise über den Modulboden 15 zum Anschluß einer Stromversorgung bzw. einer Ansteuerung oder Regeleinheit nach außen geführt.
In Figur 1 ist eine Situation gezeigt, in der die gesamte Flüssigkeit 2 innerhalb des Tanks 1 gefroren ist. In dieser Situation kann das Fördermodul 13 keine Flüssigkeit aus dem Tank herausfördern. Eine Teilmenge an wässriger
Harnstofflösung ist innerhalb des Kegelheizers 3 gefroren. Auf mittlerer Höhe des Kegelheizers ist dieser Teilbereich 17 des Flüssigkeitsvolumens nur über die Einlassbohrungen 5 des Kegelheizers mit der Hauptmenge des Ad Blue 2 im Tank fluidtechnisch verbunden, wobei die wässrige Harnstofflösung in den Einlassbohrungen Eisbrücken bildet. Im oberen Bereich des Kegelheizers liegt in der illustrierten Situation ein Lufteinschluss 4 vor.
Wird nun die Heizeinrichtung 16 eingeschaltet, so wird die gefrorene Flüssigkeit erwärmt und schließlich aufgetaut. In Figur 2 ist gezeigt, wie der Teilbereich des Flüssigkeitsvolumens, der sich innerhalb des Kegelheizers befindet, bereits etwas zusammengesackt, weil etwas angeschmolzen, ist. Entsprechend nimmt der Lufteinschluss 4 bereits ein etwas größeres Volumen im Tank ein als noch in der Situation, wie sie in Figur 1 dargestellt ist.
Die notwendige Heizleistung zum Auftauen des Ad Blue wird beispielsweise von einer oder mehreren Glühstiftkerzen 6 zur Verfügung gestellt. Diese haben keinen direkten Kontakt zum AdBlue, da sie im vorliegenden Ausführungsbeispiel allseitig vom Heizkörper 3 umgeben sind. Die Glühstiftkerzen heizen den Kegelheizkörper 3 von unten nach oben auf, ferner heizen sie das Metallsieb auf der Unterseite des Heizkörpers 3 auf. Der heizende Behälter bzw. der Heizkörper bzw. der Kegelheizer steht vorteilhafterweise, aber nicht notwendigerweise, nur durch ein wärmeleitendes Bauteil 8, zum Beispiel das Metallsieb, von der Filtereinrichtung getrennt, auf der Filtereinrichtung, wobei die geschlossene grossflächige Stirnseite oben und die offene kleine Stirnseite unten angeordnet ist.
Das mit dem Heizkörper bzw. dem Metallsieb in Kontakt stehende AdBlue wird auftauen. Das Metallsieb heizt ferner die Filtereinrichtung 14 des Fördermoduls auf. Der Kegelheizer taut insbesondere die Kontaktflächen des innen liegenden Ad Blue- Konus auf. Das flüssige AdBlue wird nach unten und durch das
Metallsieb 8 zur Filtereinrichtung fließen, über die die Förderpumpe das flüssige AdBlue absaugen kann. Beim Auftauen wird das kegelförmige AdBlue des Teilbereichs des Flüssigkeitsvolumens im Tank im Inneren des Kegelheizers kontinuierlich nach unten rutschen und dadurch im physischen Kontakt mit den beheizten Flächen bleiben. Der Lufthohlraum 4 vergrößert sich dabei. Außerdem werden die AdBlue-Brücken in den Einlassbohrungen durch die Wärme der Kegelflächen aufgetaut.
Im weiteren Verlauf der Beheizung taut die wässrige Harnstofflösung weiter auf, wie in Figur 3 dargestellt. Der innere Ad Blue- Konus geht in den flüssigen
Aggregatzustand 12 über und bleibt in physischem Kontakt mit dem Kegelheizer 3. Auch ein Teil des außenliegenden AdBlue wird nun verflüssigt, aber durch die Kegelform auch in physischem Kontakt mit dem Heizer bleiben. Hierbei vergrößert sich der außenliegende Hohlraum 11, insbesondere auch in einem Bereich zwischen dem Kegelheizer und dem Flüssigkeits- bzw. Eisspiegel.
Metallsieb bzw. wärmeleitendes Bauteil 8 und der Heizkörper 3 sind so ausgestaltet, daß im Bereich des Metallsiebs beide Hohlräume, d.h.
außenliegender Hohlraum 11 und innenliegender Hohlraum, miteinander fluidtechnisch verbunden bleiben, so daß sich die aufgetaute Flüssigkeit 12 gleichmäßig verteilen kann. Das flüssige AdBlue steht ferner in physischem Kontakt zum gefrorenen AdBlue und ermöglichst somit einen Wärmeübergang für ein weiter fortschreitendes Auftauen.
Figur 4 zeigt den Heizkörper 3 in Form eines Kegelheizers, der Bestandteil einer Heizeinrichtung 16 ist. Nicht dargestellt sind die weiteren Bestandteile der Heizeinrichtung wie insbesondere die Heizelemente 6, die als Glühstiftkerzen ausgeführt sein können. Die Grundgeometrie eines Kegels wird durch zwei konisch geformte Metallbleche gebildet, die ineinandergeschoben sind und im so gebildeten Zwischenraum zwischen den Metallblechen Platz bieten zur
Anordnung mindestens eines Heizelements 6. Die Metallbleche sind zumindest auf den Seiten, auf denen sie mit der zu beheizenden Flüssigkeit in Kontakt stehen, mit einer nicht näher dargestellten Kunststoffschicht bedeckt, um sie vor Korrosion zu schützen. Die Kreisringstirnflächen zwischen den beiden
Metallblechen sind vorzugsweise oben wie unten verschlossen. Während die auf dem wärmeleitenden Bauteil 8 aufsitzende Unterseite 26 offen ist, ist die
Oberseite 20 mit einem weiteren, nicht näher dargestellten, vorzugsweise zum Zweck des Korrosionsschutzes ebenfalls mit Kunststoff ummantelten Metallblech verschlossen. Die Einlassbohrungen 22 wurden bereits zusammen mit den Figuren 1 bis 3 erläutert, dort sind sie mit Bezugszeichen 5 versehen. Nahe der Unterseite 26 ist der Kegelheizer ebenfalls mit Verbindungsbohrungen 24 versehen, insbesondere um im Bereich des Metallsiebs bzw. des
wärmeleitenden Bauteils 8 einen Flüssigkeitsaustausch zwischen
außenliegendem Hohlraum 11 und innenliegendem kegelförmigem Hohlraum zu gewährleisten.
Figur 5 zeigt ein Detail eines Kegelheizers 3 bzw. Heizkörpers, bei dem
Heizelemente 6 - hier beispielsweise in Form von Glühstiftkerzen - im Bereich der Unterseite 26 innerhalb des Heizkörpers angeordnet sind, wobei deren elektrische Kontaktierungen aus dem Heizkörper herausführen. Diese sind hierbei in einer Doppelwand des Kegelheizers integriert. Vorgesehene
Bohrungen für den Flüssigkeitsaustausch sind hier nicht näher dargestellt, können aber fallweise auch weggelassen werden. Figur 6 zeigt eine alternative Anordnung von Heizelementen bzw. Glühstiftkerzen 6, die an der Innenseite 310 der Kegelfläche anliegen und daher wie der
Heizkörper 300 selbst mit Kunststoff ummantelt sind, um vor korrosiven
Einflüssen wie beispielsweise der korrosiven Wirkung der wässrigen
Harnstofflösung Ad Blue geschützt zu sein. In diesem Fall braucht der
Kegelheizer nicht doppelwandig ausgeführt zu sein. Vorgesehene Bohrungen sind hier ebenfalls nicht näher dargestellt, können aber fallweise auch
weggelassen werden.
Figur 7 zeigt einen weiteren alternativen Heizkörper 330, der zwei voneinander isolierte Metallblech- Kegel 32 bzw. 34 mit dazwischen eingesetzten PTC- Elementen 28 aufweist. Innenkegel 34 und Außenkegel 32 sind gegeneinander elektrisch isoliert, so dass die keramischen PTC- Elemente 28 über die mit elektrischen Anschlüssen 36 bzw. 38 versehenen Kegel elektrisch bestromt werden können. Ein Plastikmantel 30 umhüllt hierbei den gesamten Heizkörper. Vorgesehene Bohrungen zur fluidtechnischen Verbindung von Innen- und Außenbereich des Kegels sind hier ebenfalls nicht näher dargestellt, können aber fallweise auch weggelassen werden.
Figur 8 zeigt einen trichterförmigen Heizkörper 83 mit nierenförmigem
Querschnitt 84. Die laterale Wand 85 ist hierbei in ihrer Ausformung an eine darunter angeordnete Filtereinrichtung angepaßt, so daß der vom Heizkörper umfaßte Teilbereich des Tankvolumens im Wesentlichen vollständig eine im horizontalen Querschnitt nierenförmige Filtereinrichtung bedeckt.
Figur 9a zeigt in vertikaler Draufsicht einen kegelförmigen Heizkörper 93 mit Furchen 94 in der lateralen Wand als Sitz für ein Heizelement, insbesondere eine Glühstiftkerze, um die Kontaktfläche zwischen Heizelement und lateraler Wand zu vergrößern. Figur 9b zeigt in einer Detailansicht die beispielhafte Ausformung 940 einer solchen Furche ebenfalls in vertikaler Draufsicht.
Figur 10 beschreibt einen auf der dem Flüssigkeitsspiegel zugewandten Seite offenen Heizkörper 103, der ebenfalls konisch geformt ist. Die Heizelemente bzw. Glühstiftkerzen 66 sind wie bei dem Heizkörper gemäß Figur 6 angeordnet. Der Heizkörper 103 weist auf der dem Flüssigkeitsspiegel abgewandten Seite eine Bodenwand 105 mit Durchlassöffnungen auf. Die Bodenwand ist mit der lateralen Wand 85 fest verbunden, vorzugsweise in Form einer einstückigen Verbindung.
Figur 11 zeigt einen Heizkörper 113, der ebenfalls konisch geformt ist, jedoch im Unterschied zum Heizkörper gemäß Figur 10 oben geschlossen ist, indem er einen Deckenwand 115 besitzt, welche den Heizkörper auf der dem
Flüssigkeitsspiegel zugewandten Seite abschließt.
Figur 12 zeigt einen Heizkörper 123, der ebenfalls konisch geformt ist, jedoch im Unterschied zum Heizkörper gemäß Figur 11 eine Deckenwand 125 mit mindestens einer Durchlaßöffnung 125 aufweist.
Figur 13 zeigt einen weiteren konisch geformten Heizkörper 133, der wahlweise oben offen ist. Seine Bodenwand 135 weist eine in den Teilbereich des
Flüssigkeitsvolumens hineinragende Einbuchtung für das mindestens eine Heizelement 66 auf, so daß das Heizelement einerseits über eine große Fläche mit der Bodenwand in wärmeübertragendem Kontakt steht und so daß andererseits eine nach unten hin platzsparende Anordnung des Heizelements 66 erfolgen kann. Des Weiteren weist die Bodenwand und/oder ein unmittelbar der Bodenwand benachbarter Bereich der lateralen Wand Durchlaßöffnungen für die zu beheizende Flüssigkeit auf. Der Heizkörper besitzt im Übergang von der lateralen Wand 85 zur Bodenwand 135 eine ringförmige Spitzkante 136.
Figur 14 zeigt einen weiteren konisch geformten Heizkörper 143, der ebenfalls eine Bodenwand 145 aufweist mit einer Einbuchtung für das mindestens eine Heizelement 66. Auch Durchlaßöffnungen sind wie beim Heizkörper gemäß Figur 13 vorgesehen. Im Unterschied zum Heizkörper 133 besitzt der Heizkörper 143 im Bereich der Bodenwand einen flachen bzw. parallel zum Flüssigkeitsspiegel orientierten Aufsitzbereich 147. Einlaßöffnungen bzw. Einlaßbohrungen bzw. Durchlaßöffnungen sind bei allen Anordnungen sowohl in der lateralen Wand als auch in einer Deckenwand als auch in der Bodenwand einzeln oder mehrfach vorsehbar, das heißt insbesondere auch zum Beispiel in der lateralen Wand und gleichzeitig in der Bodenwand.

Claims

Ansprüche
1. Heizeinrichtung (16) zur Erwärmung einer Flüssigkeit (2, 12), insbesondere einer wässrigen Harnstofflösung, in einem Flüssigkeitstank (1), mit einem wärmeleitenden Heizkörper (3, 83, 93, 103, 113, 123, 133, 143, 300, 330) und mindestens einem elektrischen Heizelement (6, 28, 66), wobei das Heizelement (6, 28, 66) eingerichtet und angeordnet ist zur Erwärmung des Heizkörpers (3, 83, 93, 103, 113, 123, 133, 143, 300, 330), wobei der Heizkörper (3, 83, 93, 103, 113, 123, 133, 143, 300, 330) eine laterale Wand (19, 85) aufweist, welche einen Teilbereich (17) des Flüssigkeitsvolumens in dem Flüssigkeitstank (1) lateral, vorzugsweise allseitig lateral, umgeben kann, dadurch gekennzeichnet, daß die laterale Wand (19, 85) auf der einem Flüssigkeitsspiegel (18) in dem Flüssigkeitstank (1) abgewandten Seite mit einer Bodenwand (105, 135, 145) in Verbindung steht, so daß der Heizkörper eine Topfform aufweist.
2. Heizeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Bodenwand (105, 135, 145) fest mit der lateralen Wand (19, 85) verbunden ist, vorzugsweise einstückig mit der lateralen Wand (19, 85) verbunden ist.
3. Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die laterale Wand (19, 85) mindestens eine
Einlaßöffnung (5, 22), insbesondere eine Einlaßbohrung, aufweist.
4. Heizeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die
Einlaßöffnung in einem mittleren Bereich zwischen einem dem
Flüssigkeitsspiegel (18) zugewandten Ende und einem einem Boden (40) des Flüssigkeitstanks (1) zugewandten Ende angeordnet ist.
5. Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Bodenwand (105, 135, 145) mindestens eine Durchlassöffnung aufweist.
6. Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß der Heizkörper eine auf der dem Flüssigkeitsspiegel (18) zugewandten Seite der lateralen Wand (85) mit der lateralen Wand in Verbindung stehende Deckenwand (114, 125) aufweist, so daß der
Heizkörper den Teilbereich (17) auch in Abgrenzung zu dem bei gefülltem Flüssigkeitstank (1) oberhalb des Teilbereichs (17) liegenden
Flüssigkeitsspiegel (18) umgeben kann.
7. Heizeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die
Deckenwand (114, 125) mindestens eine Durchlassöffnung aufweist.
8. Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die laterale Wand (19, 85) und/oder die Bodenwand (105, 135, 145) mindestens eine Ausformung (94) zur Vergrößerung eines thermischen Kontaktes mit dem mindestens einem Heizelement bzw. zur platzsparenden Unterbringung des Heizelements aufweist.
9. Heizeinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die
Ausformung in der lateralen Wand als Furche (94) ausgebildet ist.
10. Heizeinrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Bodenwand (105, 145) einen flachen Aufsitzbereich (147) aufweist.
11. Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die laterale Wand (19, 85) des Heizkörpers (3, 83, 93, 103, 113, 123, 133, 143, 300, 330) eine solche Form aufweist, daß eine Querschnittsfläche des Heizkörpers parallel zum Flüssigkeitsspiegel (18) auf der dem Flüssigkeitsspiegel (18) zugewandten Seite (20) größer ist als auf der dem Flüssigkeitsspiegel (18) abgewandten Seite (26).
12. Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß der Heizkörper (3, 83, 93, 103, 113, 123, 133, 143, 300, 330) konisch geformt ist.
13. Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß der Heizkörper (83) einen nierenförmigen Querschnitt (84) aufweist.
14. Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß das elektrische Heizelement ein PTC-Element (28) oder eine Glühstiftkerze (6) ist.
15. Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß das mindestens eine elektrische Heizelement (6, 28) auf der dem Flüssigkeitsspiegel (18) abgewandten Seite des Heizkörpers (3, 83, 93, 103, 113, 123, 133, 143, 300, 330) angeordnet ist.
16. Tankeinbaumodul (13) für einen Flüssigkeitstank (1) zum Herauspumpen der Flüssigkeit (2, 12) aus dem Flüssigkeitstank, mit einer Förderpumpe (9) und einer Heizeinrichtung (16), wobei die Förderpumpe (9) eingerichtet ist zum Ansaugen der Flüssigkeit im Bereich der Heizeinrichtung, dadurch
gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung (16) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.
17. Tankeinbaumodul nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die
Förderpumpe (9) die Flüssigkeit aus dem Teilbereich (17) des
Flüssigkeitsvolumens auf der dem Flüssigkeitsspiegel (18) abgewandten Seite des Heizkörpers (3, 83, 93, 103, 113, 123, 133, 143, 300, 330) ansaugt.
18. Tankeinbaumodul nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die
Förderpumpe (9) die Flüssigkeit über eine Filtereinrichtung (14) ansaugt und daß zwischen der Filtereinrichtung und dem Heizkörper (3, 83, 93, 103, 113, 123, 133, 143, 300, 330) der Heizeinrichtung (16) ein gut wärmeleitendes Bauteil (8), insbesondere ein Metallsieb, angeordnet ist, so daß die
Filtereinrichtung (14) über das gut wärmeleitende Bauteil (8) durch die Heizeinrichtung (16) beheizt werden kann.
19. Tankeinbaumodul nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die
Bodenwand (105, 135, 145) das gut wärmeleitende Bauteil, inbesondere das Metallsieb, bildet.
20. Flüssigkeitstank (1) mit einem Tankeinbaumodul (13) nach einem der
Ansprüche 16 bis 19, wobei das Tankeinbaumodul in einem Bodenbereich (40) des Tanks eingebaut ist.
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