BR112019012066A2 - aquecedor de imersão elétrico para reservatório de fluido de escape diesel - Google Patents

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Abstract

um aquecedor de imersão incluindo um elemento de aquecimento encapsulado, semicondutivo. o elemento de aquecimento pode ser um material não metálico, com base em carbono na forma de um monofilamento, um fio ou feixe de fibras semicondutivas que podem ser fibras ou fios torcidos, trançados ou semelhantes. a encapsulação pode ser na forma de um tubo de uma ou mais camadas de material (materiais) de encapsulação com o elemento de aquecimento inserido na (s) mesma (s). alternativamente, o elemento de aquecimento pode ser termoplástico com aditivo de carbono semicondutivo, e o elemento de aquecimento pode ser revestido com uma ou mais camadas externas de material (materiais) de encapsulação isolante. o material de encapsulação pode ser uma borracha ou material termoplástico com resistência química suficiente para ser imerso em um reservatório de fluido sujeito a congelamento ou espessamento a baixas temperaturas, tal como def. o aquecedor pode ser termoformado em um formato fixo predeterminado.

Description

“AQUECEDOR DE IMERSÃO ELÉTRICO PARA RESERVATÓRIO DE FLUIDO DE ESCAPE DIESEL”
FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO [001] Essa invenção se relaciona de modo geral a aquecedores de imersão elétricos para reservatórios de fluido, e mais particularmente a um aquecedor de imersão com elemento de aquecimento com base em carbono, semicondutivo, encapsulado em uma capa termoplástica e sistemas de armazenamento de fluido de escape diesel incorporando o aquecedor de imersão.
[002] Redução Catalítica Seletiva (“SCR”) é cada vez mais usada em veículos movidos a diesel para cumprir com padrões de emissões, tais como os padrões Euro V ou Euro VI para veículos dirigidos em estradas na Europa, ou os padrões Tier IV da EPA para motores a diesel não utilizados em estrada de todos os tamanhos usados em uma larga faixa de equipamento de construção, agrícola e industrial nos EUA. Tipicamente, o veículo com SCR tem um tanque de ureia, separado do tanque de combustível, o qual é usado para portar um fluido operante tal como uma solução de ureia automotiva (“AUS”) ou fluido de escape diesel (“DEF”), (a partir de agora ambos ou cada um serão referidos como “DEF”). DEF é uma solução a 32,5% de ureia de alta pureza em água desmineralizada. DEF é tipicamente armazenado em um tanque de ureia de um veículo com SCR e é aspergido nos gases de escape do veículo a fim de converter óxidos de nitrogênio em nitrogênio elementar e água.
[003] Problematicamente, DEF congela a uma temperatura de aproximadamente -11 °C (11 °F). A fim de assegurar que esse método de reduzir emissões em um veículo com SCR permaneça eficaz, o DEF precisa ser mantido em um estado líquido para permitir injeção.
[004] Desse modo, em sistemas SCR, linhas de transferência de fluido e tanques contendo DEF têm de ser aquecidos para permitir ao sistema SCR funcionar a temperaturas abaixo de aproximadamente -11 °C (11 °F). Descongelamento ocorre
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2/17 a uma taxa muito mais lenta em um tanque que em uma linha de transferência, por causa do maior volume de fluido, levando a uma lenta ativação do sistema. Sistemas SCR correntes usam refrigerante de motor circulado através de uma serpentina de cobre no tanque de DEF para descongelar o DEF congelado. O tempo exigido para descongelar o DEF é determinado em parte pelo tempo para o refrigerante de motor aquecer depois que é dada a partida no motor, e essa é tipicamente a etapa limitadora de taxa que retarda a inicialização do sistema de controle de emissões. Além de ausência de controle de temperatura do refrigerante, o custo e complexidade do sistema são aumentados pela necessidade de linhas de refrigerante correndo para o tanque de DEF e a partir do mesmo.
SUMÁRIO [005] A presente invenção é direcionada a sistemas e métodos que fornecem aquecimento elétrico por imersão para reservatórios de fluido, tal como para tanques de DEF em sistemas SCR.
[006] Modalidades do aquecedor de imersão do invento utilizam um elemento de aquecimento encapsulado, semicondutivo. O elemento de aquecimento pode ser na forma de um monofilamento, um fio ou feixe de fibras semicondutivas que podem ser fibras ou fios torcidos, trançados, ou semelhantes, preferencialmente fibra de carbono de filamento contínuo ou fio de fibra de carbono. O elemento de aquecimento pode ser um material termoplástico semicondutivo, tal como um polímero termoplástico carregado com negro-de-fumo condutivo, nanoestruturas de carbono, ou fibra de carbono. O material de encapsulação pode ser uma borracha ou material termoplástico com resistência química suficiente para ser imerso em um reservatório de fluido sujeito a congelamento ou espessamento a baixas temperaturas, tal como DEF. A encapsulação pode ser na forma de um tubo de uma ou mais camadas de material (materiais) de encapsulação com o elemento de aquecimento inserido no mesmo. Alternativamente, o elemento de aquecimento pode ser totalmente
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3/17 impregnado com um material de impregnação e/ou revestido com uma ou mais camadas externas de material (materiais) de encapsulação. O aquecedor de imersão pode ter qualquer formato desejado em corte transversal, tal como redondo, ou em semicírculos com extremidades que se tangenciam, ou com aletas. O aquecedor de imersão pode ser termoformável e colocado em qualquer formato desejado, tal como linear, dobrado, em forma de serpentina, ou uma complexa combinação de formatos. O aquecedor de imersão é desse modo firme ou rígido o bastante para reter tal formato fixo predeterminado, em uso. Preferencialmente o formato fixo predeterminado não é linear, incluindo pelo menos uma dobra ou porção em forma de serpentina.
[007] Em algumas modalidades preferidas, o material de encapsulação para o elemento de aquecimento é termoplástico, que pode ser extrudado e termoformado. Desse modo, a invenção também se relaciona a um método incluindo extrudar um material de encapsulação termoplástico em um elemento de aquecimento, termoformar um comprimento de extrudado em um formato de aquecedor predeterminado, e instalar o aquecedor com esse formato em um reservatório com conexões elétricas adequadas tais como a uma fonte de alimentação ou controlador externos. O aquecedor de imersão pode ser fabricado em qualquer formato conveniente ou útil, para encaixar em ou acomodar eficientemente várias configurações de reservatório de fluido para aquecer o fluido ou derreter o mesmo quando congelado. A temperatura do sistema pode ser rigidamente controlada pela quantidade, configuração, e tipo de fibra ou filamento semicondutivos usados, e pela tensão aplicada.
[008] Em outras modalidades, o aquecedor de imersão pode ser formado ao redor de um tubo de sucção, ou montado em combinação com o mesmo, para uso em um reservatório de fluido, tal como em um tanque de DEF em um sistema SCR.
[009] Modalidades da invenção podem resultar em aquecimento ou descongelamento do fluido mais rápido, mais eficiente que métodos anteriores que se
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4/17 baseiam em refrigerante de motor aquecido. Aquecendo-se DEF usando esse método, as linhas de refrigerante de motor para o tanque de DEF e a partir do mesmo em um sistema SCR convencional podem ser eliminadas.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [010] Os desenhos anexos, que são incorporados no relatório descritivo e formam parte do mesmo, nos quais números iguais designam partes iguais, ilustram modalidades da presente invenção e, junto com a descrição, servem para explicar os princípios da invenção. Nos desenhos:
[011] A Figura 1 ilustra um sistema SCR com um tanque de DEF aquecido de acordo com uma modalidade da invenção;
[012] A Figura 2 ilustra uma colocação alternativa de um aquecedor de imersão de acordo com uma modalidade da invenção;
[013] A Figura 3 ilustra uma outra colocação alternativa de um aquecedor de imersão de acordo com uma modalidade da invenção [014] A Figura 4 ilustra um corte transversal de um aquecedor de imersão encapsulado de acordo com uma modalidade da invenção;
[015] A Figura 5 ilustra um corte transversal de uma outra modalidade de um aquecedor de imersão encapsulado;
[016] A Figura 6 ilustra uma vista parcialmente fragmentada de uma outra modalidade de um aquecedor de imersão;
[017] A Figura 7 ilustra uma vista parcialmente fragmentada de mais uma outra modalidade de um aquecedor de imersão;
[018] A Figura 8 ilustra uma modalidade de um aquecedor de imersão em combinação com um tubo de sucção;
[019] A Figura 9 ilustra um corte transversal do aquecedor de imersão da Figura 8;
[020] A Figura 10 ilustra um corte transversal de uma outra modalidade de um
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5/17 aquecedor de imersão encapsulado;
[021] A Figura 11 ilustra um corte transversal de uma outra modalidade de um aquecedor de imersão encapsulado; e [022] A Figura 12 ilustra um elemento de aquecimento de acordo com uma modalidade da invenção.
DESCRIÇÃO DETALHADA [023] A presente invenção é direcionada a aquecedores, sistemas e métodos de imersão que podem ser usados para aquecer um fluido em um reservatório ou tanque de armazenamento. O aquecedor de imersão é uma linha aquecida eletricamente que pode aquecer o fluido em um tanque no qual ele está imerso, impedir congelamento do fluido, ou derreter fluido congelado. Modalidades do aquecedor de imersão podem usar um elemento de aquecimento semicondutivo, resistente, alojado ou encapsulado dentro de um tubo ou outro formato extrudado de material eletricamente isolante. O aquecedor de imersão tem aplicação, por exemplo, em tanques de DEF usados em sistemas SCR para motores a diesel.
[024] O aquecedor de imersão pode utilizar uma fibra de carbono encapsulada, fio de fibra de carbono, fio de aquecimento resistente, ou outro elemento de aquecimento resistente. O aquecedor pode ser imerso em fluido (ou em fluido congelado) para aquecer eficientemente um fluido ou descongelar um fluido congelado. A temperatura do sistema pode ser rigidamente controlada pela quantidade e tipo de fibra de carbono ou outro elemento de aquecimento resistente usado, e pode resultar em descongelamento mais rápido, mais eficiente de um tanque de DEF congelado na partida do motor. A encapsulação da fibra pode ser termoplástica, como em um formato de tubo termoplástico ou extrudado. O termoplástico pode ser termoformado para acomodar várias configurações de tanque.
[025] A Figura 1 ilustra um sistema DEF representativo com um tanque de DEF aquecido de acordo com uma modalidade da invenção. Na Figura 1, o sistema
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DEF 10 inclui conversor SCR 12 processando gases de escape 11 antes de expelir os mesmos através do cano de descarga 13. A unidade dosadora 15 entrega DEF a partir do tanque de DEF ou reservatório 16 através da entrada de sucção 18 e da linha de sucção 19 para o injetor DEF 14 para injetar no conversor catalítico 12. O aquecedor de imersão 20 é fixado por meio do flange de montagem de aquecedor 24 e pode ser eletricamente conectado ao controlador de aquecedor 22. O reservatório 16 pode incluir um orifício de enchimento 17. A linha de entrega 26 pode ser uma linha aquecida.
[026] Qualquer número de formatos ou variações é possível para o aquecedor de imersão 20, dependendo das necessidades de um dado reservatório. A Figura 2 ilustra uma variação na qual o aquecedor de imersão 20 e a linha de sucção 19 passam através de um único flange de montagem 24'. O aquecedor de imersão 20 na Figura 2 é também formado com algumas serpentinas verticais e uma porção dobrada inferior para aquecer melhor o fluido na vizinhança do tubo de sucção e da entrada de sucção. Uma montagem 25 pode ser mais fácil de montar bem como fornece aquecimento mais dirigido.
[027] A Figura 3 ilustra uma segunda variação de uma montagem 35 combinando tubo de sucção 19 com aquecedor de imersão 20 através de um único flange 24'. Na Figura 3, o aquecedor de imersão 20 tem diversas serpentinas horizontais circundando a entrada de sucção para aquecimento dirigido naquela região, bem como duas linhas correndo paralelas ao tubo de sucção 19. Mais uma vez diversas disposições alternativas podem ser concebidas. Com um aquecedor de imersão termoformável de acordo com a invenção, quase qualquer formato pode ser facilmente realizado.
[028] A Figura 4 ilustra um corte transversal de um aquecedor de imersão encapsulado de acordo com uma modalidade da invenção. Na Figura 4, o aquecedor de imersão 20 inclui elemento de aquecimento 30 dentro de material de encapsulação
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7/17 na forma de tubo de encapsulação 34. A passagem tubular 32 pode ser dimensionada para fácil inserção ou remoção de elemento de aquecimento 30. A passagem 32 pode ser preenchida com ar ou preenchida com outro fluido conforme desejado.
[029] A Figura 5 ilustra uma outra modalidade do aquecedor de imersão encapsulado. Na Figura 5, o aquecedor de imersão 20’ inclui elemento de aquecimento 30 dentro de material de encapsulação na forma de corpo de encapsulação 36.
[030] O aquecedor de imersão de Figura 4 ou da Figura 5 pode ser modelado ou formado conforme indicado nas Figuras 1 a 3, como um elemento contínuo com um ponto de entrada e um ponto de saída no flange 24 ou 24', mas com qualquer comprimento ou formato desejado ou predeterminado para uso dentro do reservatório 16. Alternativamente, o aquecedor de imersão podería ser um único tubo ou corpo com dois ou mais elementos de aquecimento ou um elemento de aquecimento e um fio de retorno ou terra dentro de um único tubo ou corpo. A Figura 6 ilustra um aquecedor de imersão 40 tendo elemento contínuo de aquecimento 30 encapsulado em um único corpo de encapsulação 36’ com o elemento de aquecimento 30 entrando e saindo do corpo 36’ em uma extremidade. A Figura 6 mostra um corpo 36’ tendo um corte transversal em formato de haltere (ou algarismo - oito), mas deve ser entendido que qualquer corte transversal desejado podería ser usado, incluindo, porém, sem limitação, por exemplo, redondo, oval, plano, retangular, ou um formato complexo.
[031] A Figura 7 ilustra o aquecedor de imersão 50 com elemento de aquecimento 51 encapsulado em um único tubo de encapsulação 34 com elemento de aquecimento 51 entrando na passagem tubular 32, e elemento 52 saindo da passagem tubular 32, ambos na mesma extremidade. O elemento 52 podería ser a outra extremidade de elemento de aquecimento 51 que se voltaria para si mesma perto da extremidade fechada do tubo, ou o elemento 52 podería ser a extremidade de um fio de retorno ou terra fixado na extremidade distal do elemento de aquecimento
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51. Os dois elementos 51 e 52 podem ser eletricamente isolados um do outro.
[032] As Figuras 8 e 9 ilustram uma outra possível modalidade onde o aquecedor de imersão 62 inclui elemento de aquecimento 30 colocado em uma hélice dupla e encapsulado em corpo anular 38 com passagem tubular 63. Um tubo ou mangueira ou cano a ser aquecido (a) pode ser inserido (a) na passagem tubular para ser aquecido (a). Na Figura 8, o tubo de sucção 19 é desse modo inserido através do aquecedor de imersão 62, formando uma montagem de tubo aquecido 60.
[033] As Figuras 10 e 11 mostram exemplos de formatos de aquecedores de imersão mais complexos em corte transversal que podem ser úteis para aplicações particulares. A Figura 10 mostra o aquecedor de imersão 20 com elemento de aquecimento 30 encapsulado pelo corpo com aletas 36 com aletas em corte retangular. As aletas podem fornecer melhor transferência térmica. A Figura 11 mostra um aquecedor de imersão 20' com elemento de aquecimento 30 encapsulado pelo corpo com aletas 36' com aletas em corte triangular. Qualquer formato de aletas útil podería ser usado, incluindo aletas modeladas de maneira irregular.
[034] Modalidades do aquecedor de imersão do invento utilizam uma fibra ou um filamento encapsulado (a), semicondutivo (a), ou outro material alongado como o elemento de aquecimento. O elemento de aquecimento pode ser na forma de um monofilamento, um fio ou feixe de fibras, filamentos ou fios semicondutivos, que podem ser fibras ou fios torcidos, trançados ou semelhantes. O elemento de aquecimento semicondutivo resistente filamentoso pode ser composto de um fio de fibra de carbono torcida ou trançada ou de um feixe de múltiplos fios de fibra de carbono. Como exemplos não limitantes, o fio de fibra de carbono pode ser de qualquer tamanho apropriado, tal como 1 k, 3k, 6k, 12k, e semelhantes, e pode ser um híbrido de carbono e outra fibra tal como vidro ou aramida, por exemplo, para melhorar adesão ou resistência. Preferencialmente, as fibras não são de metal. Preferencialmente, o elemento de aquecimento é completamente sem metal ou fibras
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9/17 ou filamentos revestidos com metal, a fim de manter uma resistividade suficiente. A construção sem metal imaginada será mais leve em peso que materiais metálicos e menos propensa à corrosão. A Figura 12 ilustra uma modalidade de elemento de aquecimento 30 na qual fibras de carbono contínuas 31 (que poderíam ser fios ou feixes) são trançadas sobre um núcleo 33. O núcleo 33 pode ser material termoplástico ou termoformável, ou simplesmente um material flexível, para modelagem em uma forma final de aquecedor 20 depois de puxar o elemento de aquecimento 30 para o interior do tubo de encapsulação 34 conforme mostrado na Figura 4 ou depois de revestir com corpo isolante 36 conforme mostrado na Figura 5. O núcleo pode ser um corpo alongado sólido (isto é, não oco ou tubular). A Figura 12 também ilustra o uso de conector elétrico 35 para facilitar acoplamento do elemento de aquecimento para um sistema elétrico. Qualquer conexão elétrica adequada pode ser usada.
[035] Em uma outra modalidade, o elemento de aquecimento pode ser borracha resistente semicondutiva ou termoplástico na forma de um filamento, linha, tubo ou extrudado. O elemento de aquecimento pode ser com base em polímero semicondutivo, ou em polímero tornado semicondutivo por um aditivo com base em carbono, tal como negro-de-fumo, fibra de carbono, ou nanoestruturas de carbono. Esse elemento de aquecimento pode incorporar fibra de carbono, o chamado negrode-fumo condutivo, ou nanoestruturas de carbono como um preenchedor semicondutivo em uma matriz de polímero. Nanoestruturas de carbono podem incluir nanotubos de carbono de parede única ou múltiplas paredes), grafeno, ou semelhantes. Fibra de carbono pode ser fibras picadas de comprimento uniforme ou fibras laminadas de comprimentos aleatórios. Negros-de-fumo adequados incluem N472 (uma designação ASTM); Black Pearls® 2000, Vulcan® XC72 e P, e Sterling® C da Cabot Corporation; e categorias vendidas sob a marca Conductex pela Columbian Chemicals Company. Múltiplos aditivos com base em carbono podem ser
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10/17 combinados para atingir um nível de semicondutividade desejado. A matriz de polímero para o elemento de aquecimento pode ser de um material de nylon, tal como nylon 6, nylon 12, nylon 66, nylon 46 ou semelhantes. Outros materiais de matriz de polímero úteis incluem polietercetonas tais como PEEK, poliarilenossulfetos tais como PPS, policarbonoatos, poliésteres, polieterimida, acetal, polipropileno, polivinilidenofluoreto, polissulfona, politetrafluoretileno e outros termoplásticos com temperaturas de serviço contínuas suficientemente altas. Preferencialmente a temperatura de serviço contínua da matriz de polímero pode ser maior ou igual a 100 °C, >120 °C, >130 °C, >140 °C, ou >150 °C.
[036] O elemento de aquecimento pode ser totalmente ou parcialmente impregnado, ou totalmente ou parcialmente revestido com um ou mais materiais de encapsulação que podem fornecer proteção contra abrasão ou condições ambientais, durabilidade aperfeiçoada, isolamento elétrico, ou outra função desejada.
[037] O material de encapsulação para o elemento de aquecimento pode ser uma borracha ou material termoplástico com resistência química suficiente para ser imerso em um reservatório de fluido sujeito a congelamento ou espessamento a baixas temperaturas, tal como DEF. A encapsulação pode ser na forma de um tubo constituído de uma ou mais camadas de material (materiais) de encapsulação com o elemento de aquecimento inserido nas mesmas. O elemento de aquecimento pode ser inserido para dentro de um tubo de encapsulação ou mangueira adequados para imersão no fluido desejado e adequados para modelagem na configuração desejada (conforme ilustrado nas Figuras 4 e 7). O tubo de encapsulação pode ser construído de tubulação termoplástica. O ponto de fusão do termoplástico é preferencialmente acima da temperatura máxima projetada do elemento de aquecimento. A tubulação pode ser de um material de nylon, tal como nylon 6, nylon 12, nylon 66, nylon 46 ou semelhantes. Outros materiais de encapsulação úteis incluem polietercetonas tais como PEEK, poliarilenossulfetos tais como PPS, policarbonoatos, poliésteres,
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11/17 polieterimida, acetal, polipropileno, polivinilidenofluoreto, polissulfona, politetrafluoretileno e outros termoplásticos com temperaturas de serviço contínuas suficientemente altas. Preferencialmente a temperatura de serviço contínua pode ser maior ou igual a 100°C, >120°C, >130°C, >140°C, ou >150°C.
[038] Alternativamente, o elemento de aquecimento pode ser diretamente revestido com uma ou mais camadas do material de encapsulação, caso em que o mesmo é referido no presente documento como um corpo de encapsulação ou capa. Se o elemento de aquecimento inclui fibras, filamentos ou fios, eles podem ser parcialmente ou totalmente impregnados com um material de impregnação, o qual pode ser o mesmo material do corpo de encapsulação. O elemento de aquecimento pode ser revestido com uma ou mais camadas externas de material (materiais) de encapsulação. Em algumas modalidades, o material de encapsulação para o elemento de aquecimento é termoplástico, que pode ser extrudado e termoformado. O corpo de encapsulação pode ser de um material de nylon, tal como nylon 6, nylon 12, nylon 66, nylon 46, polipropileno, ou qualquer dos já citados materiais de encapsulação úteis para o tubo ou a matriz de polímero.
[039] O material de encapsulação ou o material de matriz de polímero, seja termoplástico ou borracha, pode incluir, porém, sem limitação, ingredientes conhecidos de formação de composto tais como preenchedores extensíveis, preenchedores de reforço, plastificantes, promotores de adesão, modificadores de impacto, auxiliares de processo, antidegradantes, curativos ou semelhantes. Preferencialmente, o material de encapsulação pode ser condutivo de calor, mas preferencialmente é não condutivo eletricamente. Deve ser observado que o elemento de aquecimento não está em uma capa de metal. O material de encapsulação também não compreende uma capa de metal.
[040] O aquecedor de imersão resultante, por causa da resistência elétrica do elemento de aquecimento, irá aquecer quando uma tensão é aplicada através do
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12/17 mesmo, isto é, quando ele é parte da trajetória elétrica de um circuito de aquecimento. A trajetória elétrica pode ser de extremidade a extremidade. Isto é, de uma extremidade até a outra extremidade do aquecedor de imersão, ou pode ser um fio de retorno também encapsulado em um aquecedor de imersão de uma só extremidade. Quando uma fonte de tensão ou fonte de alimentação é conectada ao elemento de aquecimento no tubo ou corpo, a eletricidade irá fluir através do elemento de aquecimento para o solo, resultando em uma linha de aquecimento que pode ser imersa em contato com um fluido. O calor que é produzido no tubo ou corpo de encapsulação irá aquecer o fluido de tanque, descongelando fluido congelado ou diminuindo a viscosidade do fluido, desse modo permitindo ao mesmo fluir conforme necessário para a aplicação. Vantajosamente, o presente sistema de aquecimento por imersão consegue uma capacidade para moldar a resistência por pé na montagem para cumprir com exigências quanto ao aquecimento necessárias para comprimentos individuais de aquecedor. Pelo uso de materiais de elemento de aquecimento semicondutivos com diferentes níveis de resistência, tais como podem ser expressos em ohms por pé, pode-se diminuir a resistência por pé ou a resistência total para uma montagem de comprimento mais longo. Com qualquer dos elementos de aquecimento descritos no presente documento, tais como a fibra de carbono trançada ou o termoplástico preenchido com carbono picado, a resistência pode ser ajustada para uma dada tensão de sistema de veículo (por exemplo, 12 V, 24 V, ou 48 V) e para uma taxa de aquecimento desejada.
[041] O elemento de aquecimento pode vantajosamente ter uma resistência total de até 50 ohms, ou aproximadamente de 1 a 40 ohms, ou uma resistência de 2 a 15 ohms por pé. A (s) conexão (conexões) elétrica (s) nas extremidades do elemento de aquecimento não é (são) particularmente restrita (s), e as extremidades e/ou conexões podem também ser moldadas por cima, modeladas e/ou equipadas com qualquer conector, acoplamento, ou tampão adequados para incorporação em um
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13/17 sistema SCR ou sistema elétrico de veículo. Os controles de aquecedor podem ser quaisquer conhecidos na técnica, tais como aqueles revelados na Patente US
9.032.712 B2, ou Publicação de Patente US 2010/0095653 Al, ou semelhantes.
[042] A invenção também se relaciona a um método de fabricar o aquecedor de imersão incluindo as etapas de extrudar um material de encapsulação termoplástico em um elemento de aquecimento, cortar o extrudado em um comprimento predeterminado, termoformar um comprimento de extrudado cortado em um formato de aquecedor predeterminado, e instalar o aquecedor com esse formato em um reservatório. O aquecedor pode ser conectado com conexões elétricas adequadas a uma fonte de alimentação ou controlador ou sistema elétrico de veículo externos. O aquecedor de imersão pode ser formado em qualquer formato conveniente ou útil, para se encaixar ou se acomodar eficientemente a várias configurações de reservatório de fluido para aquecer o fluido ou derreter o mesmo quando congelado. Para um aquecedor de imersão de uma só extremidade, uma extremidade cortada pode ser vedada depois de juntar as extremidades dos fios encapsulados para completar um circuito. O aquecedor de imersão pode desse modo ser incorporado em um sistema DEF para aquecer um reservatório DEF.
[043] Para facilitar a operação de um sistema que utiliza o aquecedor de imersão semicondutivo, pode ser vantajoso aquecer também os acoplamentos, mangueiras, ou tubos associados com o sistema, tal como a linha de entrega 26 na Figura 1. Se os acoplamentos e mangueiras não são aquecidos, pode ser difícil fluido passar através dos mesmos. O conduto, acoplamentos, e sistemas de fluido aquecido revelados na Patente US 8.559.800 B2, intitulada “Heated Fluid Conduit, End Covers, Systems, and Methods”, cujo conteúdo é incorporado no presente documento a título de referência, podem ser incorporados no sistema para esse propósito.
[044] A presente invenção também se relaciona a um sistema incluindo o aquecedor de tanque ou aquecedor de imersão descrito no presente documento e um
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14/17 ou mais aspectos adicionais de um sistema de reservatório de DEF aquecido ou de um sistema SCR. Tais aspectos adicionais incluem um reservatório de DEF ou tanque de DEF, linhas de DEF aquecidas, fonte de alimentação, aparelho eletrônico de controle, bomba de DEF, tubo de sucção, entrada de sucção, injetor de DEF, e semelhantes.
[045] De acordo com modalidades da presente invenção um método para fornecer um reservatório de fluido aquecido com um aquecedor de imersão elétrico podería incluir dispor um material semicondutivo no corpo de um tubo ou corpo extrudado e aplicar uma corrente elétrica no material semicondutivo, desse modo aquecendo o tubo ou corpo extrudado e o fluido no reservatório no qual o aquecedor está imerso. Em algumas modalidades da presente invenção, uma cobertura pode ser disposta sobre um acoplamento encaixado em uma extremidade do corpo alongado e/ou sobre uma extremidade de um fio acoplando a fonte de alimentação a uma extremidade do corpo alongado, com o fio passando através de uma abertura na cobertura. Em algumas modalidades dos presentes aquecedores, sistemas ou métodos de imersão, o aquecedor pode se estender através de um acessório de flange ou anteparo e uma cobertura pode ser disposta sobre o flange e/ou o acessório bem como sobre a extremidade um condutor acoplando uma fonte de alimentação ou controlador a uma extremidade do aquecedor de imersão, mais uma vez com o condutor passando através da abertura na cobertura. Preferencialmente, a cobertura isola o acoplamento retendo calor gerado. Também para reter calor, várias modalidades podem empregar uma camisa isolante disposta sobre as extremidades do aquecedor de imersão.
[046] Uma vez que tanques de DEF e outros componentes de sistema aquecidos podem frequentemente estar expostos aos elementos (isto é, chuva e neve), diretamente ou indiretamente, durante o uso, existe o potencial de umidade penetrar na extremidade de aquecedor e interromper a conexão elétrica. A interrupção
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15/17 do aquecimento não é desejável. Desse modo, pode ser vantajoso de acordo com a presente invenção fornecer uma cobertura à prova d’água, ou pelo menos “à prova de exposição às condições do tempo” sobre a extremidade ou extremidades do aquecedor de imersão que veda o contato da umidade com o circuito elétrico.
[047] Portanto, de acordo com a presente invenção as extremidades do presente aquecedor de imersão podem ser cobertas para proteção contra a umidade, desse modo impedindo a umidade de interromper o aquecimento da mangueira. Preferencialmente, uma cobertura assim compreende um plástico moldado por injeção que irá cobrir pelo menos a extremidade do conector e proporcionar uma vedação contra o material de encapsulação que cobre o elemento de aquecimento. O plástico moldado irá também preferencialmente ter complementos para vedação ao redor de tomadas de corrente elétrica para eliminar migração de umidade para o interior da conexão elétrica. De modo ideal, essa vedação das extremidades de aquecedor de imersão irá também permitir que uma montagem completa de aquecedor submergível seja produzida.
[048] Desse modo, de acordo com tais modalidades da presente invenção um aquecedor de imersão podería compreender não somente um corpo alongado com um material semicondutivo disposto no mesmo e pelo menos um fio acoplando uma fonte de alimentação elétrica ao corpo alongado para fornecer uma tensão que cruza o mesmo e uma corrente elétrica através do mesmo para aquecer o corpo, mas também uma cobertura de extremidade moldada sobre um acessório encaixado em uma extremidade do corpo e sobre uma extremidade do fio acoplando a fonte de alimentação a uma extremidade do conduto. Conforme discutido acima, a fonte de alimentação elétrica pode ser acoplada a cada extremidade do corpo. Preferencialmente, a cobertura de extremidade isola o acessório retendo calor fornecido pela corrente.
[049] Desse modo, um método para fornecer um aquecedor de imersão para
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16/17 reservatório de fluido tendo uma cobertura de extremidade moldada podería compreender dispor um material semicondutivo no corpo alongado do aquecedor de imersão, moldar uma cobertura de extremidade em uma extremidade do corpo alongado, capturar um condutor elétrico em contato com o material semicondutivo, e aplicar uma corrente elétrica, através do condutor elétrico, que cruza o corpo alongado, aquecendo o corpo alongado. Conforme observado acima, o material semicondutivo podería compreender material de fibra de carbono semicondutivo e o material semicondutivo podería ser disposto dentro de um tubo ou uma mangueira e/ou em um corpo termoplástico extrudado. O aquecedor de imersão pode ser particularmente útil para aquecer um tanque de ureia para descongelar ou impedir congelamento de DEF. O aquecedor e métodos do invento permitem que todas as linhas refrigerantes para o tanque de DEF e a partir do mesmo em sistemas convencionais sejam eliminadas. A invenção pode resultar em aquecimento ou descongelamento do fluido mais rápido, mais eficiente que métodos anteriores que se baseiam em refrigerante de motor aquecido. Deve também ser entendido que o aquecedor de imersão pode ser usado para muitas aplicações diferentes para aquecer fluidos em tanques de armazenamento. Exemplos de materiais que poderíam ser aquecidos incluem fluidos hidráulicos, misturas de ureia para conversores catalíticos, graxa ou óleo para linhas de lubrificação, e semelhantes.
[050] Embora a presente invenção e suas vantagens tenham sido descritas em detalhe, deve ser entendido que várias mudanças, substituições, e alterações podem ser feitas no presente documento sem que haja um afastamento do escopo da invenção conforme definido pelas reivindicações anexas. Além disso, o escopo do presente pedido não se destina a estar limitado às modalidades particulares do processo, máquina, manufatura, composição da matéria, meios, métodos, e etapas descritos no relatório descritivo. Conforme uma pessoa de habilidade comum na técnica irá prontamente observar a partir da revelação da presente invenção,
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17/17 processos, máquinas, fabricação, composições de matéria, meios, métodos, ou etapas, atualmente existentes ou a serem desenvolvidos futuramente que desempenham substancialmente a mesma função ou atingem substancialmente o mesmo resultado que as correspondentes modalidades descritas no presente documento podem ser utilizados de acordo com a presente invenção. Consequentemente, as reivindicações anexas são destinadas a incluir dentro do escopo das mesmas tais processos, máquinas, fabricação, composições de material, meios, métodos ou etapas. A invenção revelada no presente documento pode adequadamente ser praticada na ausência de qualquer elemento que não seja especificamente revelado no presente documento.

Claims (22)

1. Sistema de fluido de escape diesel (DEF), CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: um reservatório de DEF e um aquecedor de imersão elétrico incorporado no dito reservatório; dito aquecedor de imersão compreendendo um elemento de aquecimento eletricamente semicondutivo, com base em carbono e um elemento de aquecimento termoplástico ou material de encapsulação de borracha encapsulando dito elemento de aquecimento.
2. Sistema de fluido de escape diesel, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que dito elemento de aquecimento compreende filamentos contínuos de fibras de carbono.
3. Sistema de fluido de escape diesel, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que o material de encapsulação do elemento de aquecimento é na forma de um tubo com o elemento de aquecimento inserido no mesmo.
4. Sistema de fluido de escape diesel, de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADO pelo fato de que ditas fibras de carbono são trançadas ao redor de um núcleo.
5. Sistema de fluido de escape diesel, de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADO pelo fato de que o elemento de aquecimento consiste em ditos filamentos de fibras de carbono contínuos.
6. Sistema de fluido de escape diesel, de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADO pelo fato de que o material de encapsulação é um material termoplástico eletricamente isolante, e o aquecedor de imersão é termoformado em um formato fixo predeterminado.
7. Sistema de fluido de escape diesel, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o elemento de aquecimento compreende um termoplástico com um aditivo semicondutivo, sem metal, com base em carbono.
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8. Sistema de fluido de escape diesel, de acordo com a reivindicação 7, CARACTERIZADO pelo fato de que o elemento de aquecimento é revestido com o dito material de encapsulação.
9. Sistema de fluido de escape diesel, de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADO pelo fato de que o material de encapsulação é um material termoplástico eletricamente isolante.
10. Sistema de fluido de escape diesel, de acordo com a reivindicação 9, CARACTERIZADO pelo fato de que o aquecedor de imersão é termoformado em um formato fixo predeterminado.
11. Aquecedor de imersão elétrico, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: um elemento de aquecimento eletricamente semicondutivo, com base em carbono, não metálico, e um material de encapsulação termoplástico encapsulando dito elemento de aquecimento; dito aquecedor de imersão na forma de um corpo alongado termoformado em um formato fixo predeterminado.
12. Aquecedor de imersão elétrico, de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO pelo fato de que dito elemento de aquecimento compreende filamentos de fibras de carbono contínuos.
13. Aquecedor de imersão elétrico, de acordo com a reivindicação 12, CARACTERIZADO pelo fato de que o material de encapsulação do elemento de aquecimento é na forma de um tubo com o elemento de aquecimento inserido no mesmo.
14. Aquecedor de imersão elétrico, de acordo com a reivindicação 13, CARACTERIZADO pelo fato de que as fibras de carbono do elemento de aquecimento são trançadas em torno de um núcleo.
15. Aquecedor de imersão elétrico, de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO pelo fato de que o elemento de aquecimento compreende um termoplástico com um aditivo semicondutivo, sem metal, com base em carbono.
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16. Aquecedor de imersão elétrico, de acordo com a reivindicação 15, CARACTERIZADO pelo fato de que o material de encapsulação é um material termoplástico eletricamente isolante, e o aquecedor de imersão é termoformado em um formato fixo predeterminado.
17. Método, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende:
formar um elemento de aquecimento eletricamente semicondutivo, que não é de metal, com base em carbono;
encapsular dito elemento de aquecimento em um material de encapsulação termoplástico ou de borracha; e incorporar o aquecedor de imersão elétrico para aquecer um reservatório em um sistema de fluido de escape diesel.
18. Método, de acordo com a reivindicação 17, CARACTERIZADO pelo fato de que dita formação compreende extrudar um elemento de aquecimento termoplástico semicondutivo em um corpo alongado; e dito elemento de aquecimento compreende um material termoplástico com um aditivo sem metal, com base em carbono, semicondutivo.
19. Método, de acordo com a reivindicação 18, CARACTERIZADO pelo fato de que dita encapsulação compreende revestir dito elemento de aquecimento com uma ou mais camadas externas de dito material de encapsulação.
20. Método, de acordo com a reivindicação 19, CARACTERIZADO pelo fato de que dito material de encapsulação é um material termoplástico eletricamente isolante, e dito método compreende adicionalmente termoformar o aquecedor em um formato fixo predeterminado.
21. Método, de acordo com a reivindicação 17, CARACTERIZADO pelo fato de que dito elemento de aquecimento compreende fibras de carbono contínuas, e dita encapsulação compreende inserir dito elemento de aquecimento em um tubo do dito material de encapsulação.
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22. Método, de acordo com a reivindicação 21, CARACTERIZADO pelo fato de que dita formação compreende trançar ditas fibras de carbono em torno de um núcleo.
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