CN102245870A - 罐的定向结冰 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于储存还原剂，尤其尿素或者尿素水溶液的罐(10)。该罐(10)承受环境温度gu并且包括一罐底板(34)、罐壁(14)和罐盖(18)。至少在罐(10)的上侧上设置一导致储存的还原剂在一有目的的方向上结冰的隔离装置(22，38)。

Description

罐的定向结冰
背景技术
在内燃机的废气稀薄运行中，为还原氮氧化物而设立的方法通过选择地催化还原(SCR)给出。在基于氨的SCR方法中，氨作为还原剂在一相应的还原剂催化器前输入到废气中。在此，在如今的方法中，经常通过将含水的尿素-空气-气溶胶吹入到由于热解产生的发动机废气中和随后(催化的)水解，本身的还原剂氨被释放。该方法直接在批量应用之前处于轿车中和载货车辆领域中。
在可行的轿车应用方面，具有空气吹入的该方法由于在成本结构空间和压缩空气供给方面较高的系统复杂性被分类为不符合市场情况。为了与压缩空气不相关，另一方法提出用自我准备的阀喷射借助一泵处于压力下的尿素溶液。经常应用如由汽油喷射装置公知一样的阀。在此，此外这种电阀的冷却必要性造成困难，该阀直接安装在热的排气装置上。此外，冬天适应性被分类为有问题的。在低于-11℃的温度情况下，常用的水-尿素溶液结冰并且因此膨胀。由此为了获得这种阀的以及其他所涉及的系统部件(例如泵和压力调节装置以及罐)的冬天适应性，要忍受显著的设计上的和由此提升系统复杂性的消耗。因此需要耐冰压的结构、加热可行性以及可能需要回吸泵。因此对于在轿车中的应用，要求在系统复杂性方面简单的并且由此在成本和顾客接受度方面切合实际的设计。以一简单的设计实现较广地应用尿素-SCR技术用于对稀薄的例如柴油发动机的废气脱氮和由此实现将来所期待的氮氧化物废气限值的可行性。
DE 196 46 643C1涉及氮氧化物还原剂喷射到废气流中。在此，该还原剂通过大量细小的喷嘴口以最细小的射束的形状借助局部的节拍的超压生成可控制地喷射到废气流中。在此，类似于在压电喷墨打印头中的喷嘴的压电控制的喷嘴，或者具有节拍的加热电阻元件的喷嘴-该喷嘴类似于喷墨打印头中公知的气泡喷射器-被应用作为喷嘴。由DE 196 46 643C1描述的设置然而在仪器方面是昂贵的并且尤其在侵蚀的流体方面是易受破坏的、昂贵的并且由此显得不适合应用在汽车领域中。
DE 102006012855A1涉及一方法和用于降低载重汽车废气中有害物质的配量系统。由DE 102006012855A1公知了用于配量一液态的降低有害物质的介质，尤其尿素水溶液。该尿素水溶液被引入到载重车辆排气系统中，其中该液态的介质被输送至一喷嘴模块，尤其一喷嘴或一阀并且借助该喷嘴模块输入到排气系统中。排在喷嘴模块前面的输送介质借助脉宽调制方法控制。该方法和所属的配量系统确保在不应用设置在载重车辆上的部件的情况下精确地和相对于冷度(零下度数)相对稳固地设置或者配量尤其还原剂。
发明内容
通过根据本发明提出的解决方案更好地利用在车辆中尤其在轿车中供使用的用于罐的结构空间，在该罐中储存还原剂尤其尿素-水溶液。如果形成空穴，也就是说被包围在冰中或者在冰和罐的壁之间的液体泡并且然后该液体泡冻透，那么典型地只有在那时在冻透期间在还原剂结冰时出现力。在空穴冻透时在空穴中的压力如此强烈地升高，直至通过冰层断裂或者通过罐壁变形可消除压力。
根据本发明提出如下的解决方案，即，热流在结冰期间被这样地引导，使得有目的地在一方向上实现结冰并且由此可不产生空穴和在其中被封闭的液体，该液体在冻透的情况下后来产生较高的压力。
定向地冰冻储存在罐中的介质由此实现，其方式在于，罐系统被如此地隔离，使得在所有可想象的运行和温度状况下以预先确定的顺序结冰，也就是说冰成长在一期望的方向上定向进行。
该罐系统在直至最后在结冰过程期间液体还应存在的地方被隔离。如果一罐系统，尤其用于容纳结冰的介质的罐在其内部具有灵敏的嵌入件，那么根据本发明在罐上的隔离被这样地设置，使得冰成长的方向这样地走向，使得液体流到储存介质的罐的自由区域中，该液体在结冰时由于体积变化将冰向前推动。由此防止在液体中形成压力并且该压力减压，其方式在于，罐嵌入件和/或罐壁能被变形并且由此被损害。
尤其有利的是，储存冰冻的介质的罐被从下向上地冻透，使得液体被膨胀的冰从下向上地推动，优选在事先被填充空气的区域中。根据本发明提出，通过在上侧和必要时在侧面全部或者部分地有目的地隔离罐系统实现冰的定向生长。
附图说明
根据附图，本发明在下面详细地被描述。附图示出：
图1用于储存还原剂的罐的局部的隔离元件的细节图，
图2用于储存还原剂的罐的、由多个隔离元件组装成的隔离装置的示意图。
具体实施方式
根据图1的视图可得知根据本发明提出的解决方案的第一实施方案。
如图1所示，一罐10包括一接管12，在罐中储存了用于还原在内燃机的废气中的氮氧化物的还原剂，通过该接管罐10被填充该还原剂。还原剂涉及尿素或者尿素水溶液。该罐10被一外壁14以及顶侧16限界。附加部件20位于罐盖18上，该罐盖是容纳还原剂的罐10的外壁14的部分。附加部件例如涉及泵等构型的输送机组。此外，必要时在图1中没有示出的、伸入到罐10内部中的液位传感器的电接触装置以及回流部属于附加部件20，该回流部必要时可设有节流点。
此外，如由根据图1的立体图得知的一样，根据图1的视图一隔离元件22位于罐10的上侧面上。该隔离部件22以优选的方式以其配给罐10的外壁14的侧面适配罐10的上侧面的几何结构。由根据图1的视图得知，那里示出的隔离装置涉及单个的隔离元件22，该隔离元件罩式地覆盖附加部件20，这些附加部件设置在外壁14的外侧上在罐10的罐盖18上。该隔离元件22优选由发泡的塑料材料，例如由EPP制成。
在根据图1的视图中再次给出的局部的隔离元件22包括一槽24，该槽在接管12的区域中延伸并且圆带状地包围该接管。该在容纳还原剂的罐10的上侧上用于部分地隔离的隔离元件以厚度26被构造。该厚度26可位于10mm和20mm之间并且在罐10的临近嵌入件的区域中也显著地超过上述厚度。
相应于罐10的深度28的大小，该用于部分地隔离罐10的上侧的隔离元件22垂直于附图平面延伸并且在容纳还原剂的罐10的外壁14的区域中覆盖罐盖18的外侧。此外，如根据图1的视图得知的一样，该用于部分地隔离罐10的局部的隔离元件22包括削平部30，该削平部由于结构空间和装配原因视提供的安装空间而定是必要的或者也可不用考虑。
此外，从根据图1的视图得知，该用于部分地隔离罐10的上侧的隔离元件22具有罩面32，借助该罩面，隔离元件22的底侧安放在容纳还原剂的罐10的外壁14的外侧上。优选隔离元件22的该至少一个罩面32被如此地提供，使得该罩面不被磨损地安放在罐10的外壁14的外侧上。力求在隔离元件22和罐10的外壁14之间没有气流通过，因为这会显著地妨碍隔离作用。如果相反留有空气隙，那么这对于在罐10中的还原剂的隔离是必要的，在空气隙中气垫保持在外壁14和隔离元件22的指向该外壁的侧之间。
由根据图1的视图得知，该用于部分地隔离罐10的隔离元件22被接收在罐10的外壁14的上侧上。通过在图1中示出的实施方案实现，在较低的外部温度gu的情况下从底侧开始冰冻在罐10中储存的还原剂。通过将用于部分地隔离罐10的隔离元件22安装在外壁14的外侧面上在罐10的上侧面上实现有目的地冻透在罐10中储存的还原剂。通过根据本发明提出的解决方案避免，典型地在冻透期间避免在冰中出现的力，因为在储存在罐10中的还原剂内部没有形成空穴，也就是说没有形成在冰中封闭的液体泡，该空穴然后自我冻透。避免了不允许高的压力峰值，因为热流在结冰期间被如此地引导，使得在罐10的内部中的结冰有目的地在一方向上延伸并且由此从一开始避免空穴(具有一封闭的液体体积)，该空穴在稍后冻透的情况下构成压力。
通过根据本发明提出的、至少在罐上侧上隔离储存还原剂的罐10的解决方案实现定向地冰冻储存在罐10中的还原剂。结冰在一自由空间或者空腔所位于的方向上进行，使得在结冰时和由此在结冰时随之发生的还原剂体积变大时通过罐10的排气可泄漏空气并且没有发生罐壁的变形或者对在罐10的内室中接收的部件的损害。典型地，用于容纳还原剂的罐10在直至最后在还原剂结冰期间应仅存在液体的地方被典型地隔离。
从根据图2的视图得知根据本发明提出的、用于在罐内部的介质的定向结冰的方案另一实施方案。
从根据图2的涉及剖视图的视图得知，罐10包括一罐底板34，在该罐底板上没有设置隔离。然而同样存在在指向街道的一侧上也隔离罐10的罐底板34的可行性。如果没有设置隔离，那么外部或者环境温度(通过gu表示)影响储存还原剂的罐10的罐底板34。在图1中示出的实施方案变化时，在根据图2的视图中罐10的罐外壁14的壁外侧64也设有隔离元件22。储存还原剂的罐10的罐盖18被另一隔离元件22搭接，该隔离元件基本上罩状地构造。在隔离装置38(它一件或多件式构造)的隔离元件22的内侧上的轮廓不仅覆盖罐10的罐盖18的盖外侧62，必要时设置在罐外侧上的附加部件20(例如泵构型的输送机组等)如结合图1已被显示出。
在图2中以剖视图示出的罐10包括入口36，通过该入口，罐10的嵌入式部件，例如液位传感器44、加热元件46和过滤器48以及吸入喷管50被装配到储存还原剂的罐10的内部。必要时溢出罐52可(以罐10的相应大的容积为前提)通过在罐盖18中的入口36装配到罐底板34上。该溢出罐52具有一基本上圆柱形的外观并且在其底侧山包括一流入口56，在罐10中储存的还原剂通过该流入口流至溢出罐52的内室。该溢出罐52普遍地用于减振储存在罐10中的还原剂的晃动。附图标记54表示液位传感器44的电触点接通。该液位传感器44基本上在垂直方向上延伸穿过溢出罐52。还原剂经过吸入喷管50穿过在吸入口前置的过滤元件48和必要时穿过加热元件46通过一在图2中没有示出的输送设备吸入并且输送至一配量模块，还原剂通过该配量模块被带入到呈喷雾形式的内燃机的废气中。
此外，从根据图2的视图得知，在隔离装置38多件式实施的情况下，一些单个的、完全地或者部分地覆盖外壁14的隔离元件22被安装在罐的壁侧面40上。在这些设置在壁侧40上的隔离元件和罩状构造的、覆盖外壁14的盖侧42的隔离元件22之间存在分界缝58。在分界缝58的区域中，一多件式构造的隔离装置38的、这些单个的部件沿着贴靠面60相互贴靠。被贴靠面60限界的分界缝58如此地构造，使得确保非常好的隔离效果。在隔离装置或者隔离部件22和罐10的外壁14之间的气隙如此地构造，使得没有气流穿过气隙，而是优选一支持隔离的气垫保持在该气隙中。这些单个的隔离元件22能够与选择的固定设计有关地并且与罐固定设计有关地固定在罐10上。在该罐上，例如皿形的剖面被用于夹紧壁，夹紧壁一方面保持罐并且也为了固定隔离元件具有相应设置的凹槽。此外存在该可行性，即通过板槽固定隔离元件，该罐被装入到该板槽中。这些隔离元件22优选由如塑料泡沫、聚苯乙烯泡沫塑料、EPP等一样的材料制成。
在图2中示出的解决方案中，以灵敏的液位传感器55、加热元件56、过滤元件48和吸入喷管50构型的嵌入件位于罐的内部。因此，隔离装置38或者一些单个的承担部分隔离的隔离元件22如此地设置，使得自我调节的冰成长的方向在储存在罐10中的还原剂结冰时如此取向，使得在结冰时由于体积变化将冰向前推动的液体可流到罐的一自由区域中。由此避免，在液体中构造压力以及该压力减压，其方式在于，罐嵌入件和/或罐10的外壁14变形。因此在根据图2的视图中，冰成长方向如此地取向，使得该方向基本上无空穴形成地在罐10的内室的无嵌入件的区域中延伸。
优选致力于将储存在罐10中的还原剂从底侧，也就是说从罐底板34开始，朝着罐盖18冻透。由此实现储存在罐10中的还原剂的液相由于膨胀的冰从下向上移动。这意味着，液体保留在罐盖18下方的上部区域中，该区域在先已被填充空气。通过还原剂的膨胀，也就是说通过结冰产生的空气排挤量通过容纳还原剂的罐10的换气系统泄露出，。根据本发明提出如下的解决方案，即，可通过在图1中的实施方案的隔离这样地实现罐10的隔离，使得该隔离基本上位于罐10的上侧面上并且必要时完全地或者部分地在外壁14上的壁侧40的区域中，该实施方案的隔离具有表示部分隔离的隔离元件22以及具有根据图2视图的全面的隔离装置38。通过该设置，冰成长的方向弯到罐10内部中的自由空间中。
由根据图2的视图得知，罩状构造的隔离元件22以厚度26实施，该隔离元件在罐10的上侧覆盖在外壁14的外侧上的附加部件20，该厚度视隔离的热传导系数而定典型地位于5mm和20mm之间的范围内。可装入构成隔离装置38的隔离元件22，这些隔离元件由如例如铝箔或者发泡的铝箔、聚苯乙烯泡沫塑料或者EPP等一样的材料制成并且视所选择的材料的热传导系数而定影响它们的厚度26。与罐10的安装位置有关以及与在罐10内部的嵌入件的布置和尺寸有关地，在例如液位传感器、滤网等的、例如设置在罐10内部中的嵌入件的区域中，这些隔离元件22具有更大的厚度26。
车辆的车身以优选的方式也被利用作为用于罐10的部分的隔离，其中，通过车身对外壁14或者罐盖的可行的隔离通过安装一些单个的、与罐10的几何结构相应互补成形的隔离元件22被优化。

Claims (9)

1.用于储存还原剂，尤其尿素或者尿素水溶液的罐(10)，该还原剂承受环境温度gu，其中，该罐(10)包括一罐底板(34)、罐壁(14)和罐盖(18)，其特征在于，至少在该罐(10)的上侧上设置一导致储存的还原剂在一有目的的方向上结冰的隔离装置(22，38)。
2.根据权利要求1的罐(10)，其特征在于，所述隔离装置(22，38)具有与所述罐(10)在所述上侧上的外部几何结构互补的几何结构，所述隔离装置尤其罩状地实施。
3.根据权利要求1的罐(10)，其特征在于，所述隔离装置(22，38)覆盖设置在所述罐盖(18)上的附加部件(20)。
4.根据权利要求1的罐(10)，其特征在于，所述隔离装置(22，38)实施为局部的隔离元件或者实施为所述罐(10)的上侧的全面的隔离装置。
5.根据权利要求1的罐(10)，其特征在于，所述隔离装置(22，38)一件式或者多件式实施并且在多件式的实施中尤其包括覆盖所述罐壁(14)的隔离元件(22)。
6.根据上述权利要求的罐(10)，其特征在于，在所述隔离装置(22，38)的、指向所述罐(10)的盖外侧(62)和/或壁外侧(64)的侧和该盖外侧(62)和/或壁外侧(64)之间留有气隙。
7.根据权利要求5的罐(10)，其特征在于，在所述隔离装置(22，38)多件式实施的情况下，该隔离装置的各个元件具有贴靠面(60)，这些贴靠面在分界缝(58)上相互对置。
8.根据权利要求1的罐(10)，其特征在于，所述隔离装置(22，38)由发泡的塑料材料、由聚苯乙烯泡沫塑料或者由EPP制成。
9.根据权利要求1的罐(10)，其特征在于，所述隔离装置(22，38)以在5mm和20mm之间的厚度(26)实施并且有些地方与所述罐(10)的几何结构有关地也具有更大的厚度(26)。
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