CN103299040B - 具有过滤盒的流体箱及其用于吸出流体的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于存放用于还原废气的液态还原剂的流体箱（2），它包括一个设置在所述流体箱（2）内部的过滤盒（8）和一个伸入到所述过滤盒（8）内部中的吸出管（14），所述过滤盒至少部分地由一个过滤材料（12）限界。所述吸出管（14）在一个从所述流体箱（2）的底部指离的上端部（15）上具有一个第一吸出开口（16）并且在它的圆周上在上端部（15）下方具有至少一个第二吸出开口（18）。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有过滤系统的流体箱、尤其是用于存放废气还原系统的还原剂的流体箱以及一种用于从这样的流体箱吸出流体的方法。
背景技术
在内燃机、尤其是柴油机中，由于排放法规尤其必须还原废气中含有的氮氧化物(NOx)。
已知的用于还原NOx的方法是所谓的SCR方法，其中液态的还原剂、尤其是尿素水溶液(“AdBlue”)被喷射到内燃机的废气系统中，以便将废气中含有的氮氧化物还原成氮气(N2)和水(H2O)
液态的还原剂通常保持在箱中并且通过泵从箱中吸出，以便提供给喷射系统。
一个这种箱通常含有一个过滤器，该过滤器设置在吸出位置前面，以便阻止固体的(污染)颗粒从箱进入到喷射系统中并且在那里例如堵塞泵或喷嘴。
过滤器的精细的过滤材料表示对于还原剂的流动流的阻力，从而在从箱吸出还原剂时在过滤器和泵之间的区域中形成负压。负压引起，在液态还原剂中溶解的气体被释放出来。尿素溶液尤其是有释放二氧化碳(CO2)的倾向。
如果过滤材料设置在吸出位置上方，那么被释放的气体由于它的较小的密度而以气泡的形式向上上升并且在过滤材料下方聚集，因为气泡由于气体-液体分界的表面张力不能穿过过滤材料。
随着泵的运行时间的增加，在过滤材料下方形成越来越大并且越来越厚的气垫，它挤压过滤材料下方的液体还原剂，从而过滤材料下方的还原剂的液位下降。通过过滤材料收集的液体滴状地通过过滤材料掉落并且通过气垫“降雨”到设置在气垫下方的液体上。
由于通过气垫引起的围绕吸出位置的小的液位，存在以下风险，即在液体晃动时，例如在弯道行驶、加速或制动时，首先气体进入到吸出位置并且被泵抽吸。喷射系统中的空气除了还原剂的错误配量外能够导致喷射系统、尤其是泵和/或喷嘴的功能干扰。
在首次填充箱之后由于不存在过滤器的通风，只有在经过一些时间之后才得到系统的工作能力。
最后过滤材料下方的气垫引起过滤器两侧的液体区域之间的热隔离，由此使得在低的环境温度时箱中的液态还原剂的所需的加热或者说解冻变困难。
发明内容
本发明的任务是，提供一种具有过滤器装置的流体箱，它避免了之前描述的问题。
该任务按照本发明通过以下方式解决，即一个用于存放用于还原废气的液态还原剂的流体箱具有一个构造在流体箱内部的过滤盒和一个(例如通过流体箱的底部)伸入到过滤盒内部中的用于从过滤盒内部吸出流体的吸出管，该过滤盒至少部分地由一个过滤材料限界。吸出管在它的从流体箱的底部指离的上端部上具有一个第一吸出开口并且在它的圆周上在上端部下方具有至少一个第二吸出开口。
按照本发明的用于从具有过滤盒的流体箱吸出流体的方法的特点在于，同时通过一个第一吸出开口和至少一个第二吸出开口吸出流体，其中，第一吸出开口在过滤盒中构造在第二吸出开口上方。
在运行中流体不仅通过吸出管的上端部上的第一吸出开口而且通过构造在第一吸出开口下方的第二吸出开口吸出，由此保证了，始终有流体进入到吸出管中并且避免了不希望地抽吸空气。喷射系统的运行能力由此被可靠地保证。
在此被证明有利的是，第二吸出开口以相对于第一吸出开口的尽可能大的垂直距离优选构造在过滤盒的底部附近。同样被证明有利的是，第二吸出开口具有比第一吸出开口小的横截面。原因在于，在吸出通道的大约20mm2的内横截面时，第二吸出开口的横截面应当小于大约3mm2。精确的尺寸和公差不起作用，从而它指的是非常坚固的并且成本低廉地待制造的结构。
由于在第一和第二吸出开口之间的这样的横截面比例，流体在运行中直到在吸出管的上端部上的上方的第一吸出开口并且过滤盒近似完全被流体填充。
在吸出管中液位有时可以稍微低于过滤盒的外部区域中的液位，因为吸出通道的通过过滤材料“降雨”的面积(上端面)明显小于其余的过滤器面积。吸出通道旁边的区域因此加起来被较强地降雨并且由此收集更多流体。
在一种实施方式中，过滤盒构造在流体箱的底部上。这能够实现箱容积的特别有效的利用。尤其地，过滤盒被这样地构成，即它的底部与流体箱的底部集成地构成。由具有集成的过滤盒的流体箱的这样的组合是特别简单且成本低廉的，例如可作为一体的注塑件制造。变换地，过滤盒可更换地安设在流体箱中。这能够实现对过滤盒的维护、清洁或更换、简单地从流体箱取出。
在一种实施方式中，第一吸出开口构造在吸出管的背离流体箱的底部的(上)端侧中。这样的第一吸出开口允许特别简单地被制造，因为它在将吸出管切成希望的长度时“自动地”得到。
在一种实施方式中，过滤材料是倾斜地、即成大于0°且小于90°的角度相对于流体箱的底部设置。尤其地，过滤盒可以构造有较高区域——其中过滤材料具有一个到底部的较大距离——和较低区域，在较低区域中过滤材料具有一个到底部的较小距离。
在具有倾斜设置的过滤材料的这种过滤盒中，从流体排出的气体聚集在过滤盒的较高区域中在过滤材料下方，从而过滤材料在过滤盒的较低区域中与流体直接接触。过滤材料对于流体和热的可透过性被改善，因为在过滤盒的较低区域中没有气(泡)层构造在过滤材料下方并且流体和/或热穿过过滤材料不受阻止。
吸出管在该情况中优选设置在过滤盒的较高区域中，以便保证在过滤盒内部的尽可能高的液位。
收集在过滤盒的较高区域中的气体体积有利地影响箱和过滤系统的抗冰点强度，因为它通过膨胀流体的冻结可被补偿，以便接收体积膨胀的冻结的流体。通过冻结的流体在箱中形成的过压被限制并且阻止了通过冻结的流体损坏箱和过滤系统。
在一种实施方式中，吸出管的上端部倾斜。优选地，吸出管的上端部这样地倾斜，使得吸出管的上端侧基本上平行于倾斜设置的过滤材料延伸。通过吸出管的上端侧相对于过滤材料的这样的平行定向，吸出管的上端部能够设置成与过滤材料的距离非常小，这能够实现在过滤盒下方的特别高的流体液位。
在一种实施方式中，优选在过滤盒的较低区域中设置一个热源，它能够加热过滤盒中的流体，以便解冻流体或者说阻止流体的冻结。
在过滤材料倾斜设置时，在过滤盒的较低区域中在过滤材料和过滤盒中的流体之间不构成气垫，由此实现从过滤盒内部的流体向过滤盒外部的流体的良好热传递。通过一个唯一的热源——它设置在过滤盒内部——能够加热和在需要时解冻流体箱中的所有流体，即过滤盒内部和外部的流体。因为对于流体箱中的所有流体的加热仅需要一个唯一的热源，所以能够节省第二热源的成本，第二热源在需要时必须设置在过滤盒外部。
附图说明
按照本发明的流体箱的实施例在下面借助附图详细被说明。其示出：
图1示出按照本发明的流体箱的第一实施例的示意图剖视图；
图2示出围绕根据在图1中所示的第一实施例的按照本发明的流体箱的第一吸出开口的一个区域的放大部分；
图3示出按照本发明的流体箱的第二实施例的示意剖视图。
具体实施方式
按照本发明的流体箱2的在图1中所示的实施例具有一个底部4和侧壁6a、6b，它们限界一个用于存放流体的箱容积。附加地，流体箱2通常具有一个在图1中未示出的可取下的或固定的盖，该盖设有一个加灌和通风装置，它能够实现将流体灌入到箱容积中。
在图1中所示的流体箱2的流体液位(液位)以A标出。
在流体箱2的箱容积内部构成一个过滤盒8，它具有一个基本上平行于流体箱2的底部4延伸的过滤盒-底部10和基本上平行于流体箱2的侧壁6a、6b延伸的过滤盒-侧壁9a、9b。
流体箱2和/或过滤盒8也可以通过一个具有一个唯一的环绕的侧壁6a、6b、9a、9b的、在俯视图中圆的、例如椭圆或圆形的横截面构成。
过滤盒8的从流体箱2的底部4指离的上侧通过合适的过滤材料12限界。在图1中所示的实施例中，过滤材料12搁放在凸起11a、11b上并且例如通过在图1中未示出的夹子或夹紧连接固定在侧壁上，以便阻止过滤材料12的不希望的松开或滑动，这些凸起构造在过滤盒-侧壁9a、9b的上端部上。
来自箱容积的流体可以这样地仅仅通过过滤材料12进入到过滤盒8的由过滤盒-底部10、过滤盒-侧壁9a、9b和过滤材料12限界的内室中，从而仅通过过滤材料过滤的流体能进入到过滤盒8的内部中。
吸出管14基本上平行于侧壁6a、6b、9a、9b通过流体箱2的底部4和过滤盒-底部10通入到过滤盒8的内室中并且以它的上端部15稍微布置在过滤材料12下方。
吸出管14沿着它的纵轴线具有一个纵向孔13。在面向过滤材料12的端侧上在它的上端部15上，该吸出管14具有一个第一吸出开口16。通过该第一吸出开口16能够实现：通过在纵向孔13中产生负压通过纵向孔13从过滤盒8的内部吸出流体并且尤其是从直接位于过滤材料12下方的区域吸出流体并且提供给一个未示出的喷射和配量装置使用。
附加地，吸出管24在其圆周的下部区域中在过滤盒-底部10的稍微上方具有一个第二吸出开口18，它能够实现从过滤盒8的一个下部的、靠近底部的区域取出流体。
如果第一吸出开口16在过滤盒8中的流体液位B上方的吸出管14的上端部15上，从而没有流体能够从过滤盒8进入到第一吸出开口16，那么通过第二吸出开口18也能够从过滤盒8的内部取出经可靠地过滤的流体。通过第二吸出开口18在所有运行状态中保证给废气还原系统的喷射和配量装置可靠地提供经过滤的来自流体箱2的流体。
除了吸出管14，在过滤盒8的底部10上安装一个热源22，它能够加热过滤盒8内部的流体，以便阻止流体在低的环境温度时冻结或者说解冻已经冻结的流体。在未示出的实施例中，热源22也可以(部分)圆形地圆状围绕吸出管14构成。
如果过滤盒8中的压力通过所描述的流体吸出而减少，那么通过由流体排出的气体、例如CO2在过滤材料12下方形成一个气体层20。该气体层20表示热隔离器并且阻止从过滤盒8内部的流体向过滤盒8外部的流体的有效热传递。
为了增大过滤材料12的有效过滤面积，过滤材料12通常具有折叠的表面。
图2示出在吸出管14的上端部15上的围绕第一吸出开口16的区域X的放大部分。
过滤材料的折叠的表面形成“山峰”24和“山谷26”。术语“山峰”和“山谷”在此从过滤材料的角度被选择，从而“山峰”24在图2中所示的视图中从过滤材料12出发向下突出，并且“山谷”26向上延伸到过滤材料12中。
在运行中，过滤材料12的“山谷”26如之前描述那样被填充来自流体的气体。
在低的环境温度时，过滤材料12和在过滤材料12上方和下方的冻结的流体必须被加热，以便解冻已经冻结的流体和/或阻止流体冻结。
当“山谷”26被填充气体时，这很困难，因为聚集在“山谷”26中的气体表示附加的热隔离器，它阻碍在过滤材料12的两侧的流体之间的良好热传递。
图3示出按照本发明的流体箱3的第二实施例，它被构造用于避免通过在运行中从流体排出的气体引起的之前描述的热隔离器的问题。
在流体箱3的在图3中所示的第二实施例中，在左侧示出的第一过滤盒-侧壁9a高于右侧所示的第二过滤盒-侧壁9b。
过滤材料12——它如在第一实施例中那样支承在构造于过滤盒-侧壁9a、9b的上端部上的凸起11a、11b上——通过侧壁9a、9b的不同高度倾斜地并且不是如在第一实施例中那样平行于过滤盒8的底部10设置，从而过滤盒8具有一个左侧示出的较高的区域和一个右侧示出的较低的区域。
在运行中从流体排出的气体由于它的较低的密度沿着过滤材料12的面向过滤盒8的内部的底侧向左转移到过滤盒8的较高区域中并且在过滤材料12下方聚集在过滤盒8的较高的区域中。在过滤盒8的右侧示出的较低的区域中，在过滤盒8中的流体和过滤材料12之间不构成起隔离作用的气体层20并且在较长运行(吸出流体)之后也存在与过滤盒8下方的流体的直接接触。
过滤材料12的在过滤盒8的右侧的、低区域中的可透过性被改善，因为在过滤材料12下方没有气体层阻碍流体穿过过滤材料12。
因为在流体和过滤材料12之间没有起热隔离作用的气体层20，所以由热源22发出的热能够从过滤盒8下方的流体良好地通过滤材料12传递给过滤盒8外部的流体，从而一个唯一的热源22足够用于加热并且在需要时解冻位于流体箱3中的所有流体，即过滤盒8内部流体和过滤盒8外部的流体。
在图3中所示的第二实施例中，吸出管14的上端侧倾斜，从而它基本上平行于倾斜地设置在吸出管14上方的过滤材料12的底侧延伸。吸出管14的倾斜的上端侧能够实现的是，吸出管14的上端部15设置成与过滤材料12的底侧相距非常小的距离，从而在吸出管14的上端部15和过滤材料12之间保留仅一个窄的区域或者说间隙。这能够实现在过滤盒8的内部中的特别高的流体液位。
与在图1中所示的流体箱2的第一实施例不同，在图3中所示的第二实施例3中，过滤盒8的侧壁9a、9b延伸直到流体箱的底部4，从而过滤盒-底部10被集成到流体箱3的底部4中。这简化了具有集成的过滤盒8的流体箱3制造，因为具有集成的过滤盒8的流体箱3例如可作为一体的注塑件被制造。
在图1中所示的具有单独的过滤盒8(它具有一个自己的、从箱2的底部4分开的过滤盒底部10)的第一实施例2相对于此具有优点，即过滤盒8可以被这样地构成，使得它可独立于流体箱2更换和/或可选地能将不同构成的过滤盒8装入流体箱2中。
过滤盒8在流体箱2、3的底部4中的集成独立于过滤材料12的空间定向。因此根据第一实施例2的单独的过滤盒8可以同样与根据第二实施例3的倾斜设置的过滤材料12组合，如具有一个平行于箱2的底部4设置的过滤材料12(第一实施例)的集成的过滤盒8(第二实施例)那样。
Claims (10)
1.用于存放用于还原废气的液态还原剂的流体箱(2，3)，包括：
一个设置在所述流体箱(2，3)内部的过滤盒(8)，所述过滤盒至少部分地由一个过滤材料(12)限界，和
一个伸入到所述过滤盒(8)内部中的吸出管(14)，
其特征在于，
所述吸出管(14)在一个从所述流体箱(2)的底部指离的上端部(15)上具有一个第一吸出开口(16)并且在所述吸出管的圆周上在上端部(15)下方具有至少一个第二吸出开口(18)，其中，所述第二吸出开口(18)具有一个比第一吸出开口(16)小的横截面。
2.根据权利要求1所述的流体箱(2，3)，其特征在于，所述第一吸出开口(16)构造在所述吸出管(14)的从所述流体箱(2)的底部(4)指离的端侧中。
3.根据权利要求1或2所述的流体箱(2，3)，其特征在于，所述第一吸出开口(16)具有大约20mm2的横截面并且所述第二吸出开口(18)具有最高3mm2的横截面。
4.根据权利要求1或2所述的流体箱(2，3)，其特征在于，所述第二吸出开口(18)到所述吸出管(14)的上端部(15)的距离大于到所述过滤盒(8)的一个底部(10)的距离。
5.根据权利要求1或2所述的流体箱(3)，其特征在于，所述过滤材料(12)相对于所述流体箱(3)的底部(4)倾斜地设置，从而所述过滤材料(12)在所述过滤盒(8)的一个第一区域中到所述流体箱(3)的底部(4)的距离大于在所述过滤盒(8)的一个第二区域中到所述流体箱的底部的距离。
6.根据权利要求5所述的流体箱(3)，其特征在于，所述吸出管(14)设置在所述过滤盒(8)的较高区域中。
7.根据权利要求6所述的流体箱(3)，其特征在于，所述吸出管(14)的上端部(15)倾斜。
8.根据权利要求5所述的流体箱(3)，其特征在于，在所述过滤盒(8)的第二区域中设置一个热源(22)。
9.据权利要求7所述的流体箱(3)，其特征在于，所述吸出管(14)的上端部(15)这样地倾斜，使得所述吸出管(14)的上端侧基本上平行于所述过滤材料(12)延伸。
10.用于从具有过滤盒(8)的如权利要求1所述的流体箱(2，3)吸出流体的方法，其特征在于，流体通过一个第一吸出开口(16)和至少一个第二吸出开口(18)被吸出，其中，所述第一吸出开口(16)在所述过滤盒(8)中构造在第二吸出开口(18)上方，其中，所述第二吸出开口(18)具有一个比第一吸出开口(16)小的横截面。
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