CN111836949A - 用于对能冻结的运行/辅助材料进行调温的设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于对储存在储存箱(10)中的能冻结的运行/辅助材料(12)进行调温的设备，所述运行/辅助材料用于压燃式内燃机中的废气后处理。加热体(56)的注塑包封部(22)在覆盖区域(58)内形成抽吸通道(28)的抽吸通道壁(50)。

Description

用于对能冻结的运行/辅助材料进行调温的设备
技术领域
本发明涉及一种用于对储存在储存箱中的能冻结的运行/辅助材料进行调温的设备，所述运行/辅助材料用于压燃式内燃机中的废气后处理。
背景技术
尤其在压燃式内燃机中使用的常用的废气后处理系统通过还原剂将处于废气中的NOX转化为H2O和N2。用于压燃式内燃机的常用的废气后处理系统根据选择性催化还原(SCR)的原理工作，其中，所使用的还原剂在大多情况下是尿素-水-溶液，该尿素-水-溶液也以名称
Figure BDA0002676900420000011
已知。废气后处理系统包括储存箱，在该储存箱中储存有能冻结的还原剂。储存箱包括过滤器、必要时过滤器盖以及箱加热器作为三个分开的部件。在一些系统中附加地集成有导热销，该导热销延伸到抽吸通道中。在配量时将能冻结的还原剂通过过滤器经由抽吸通道输送至输送器件。过滤器可以施加在载体上，其中，过滤器由真正的过滤器、过滤器纤维网以及过滤器盖组成，它们可以材料锁合地相互接合并且因此形成用于输送器件的抽吸通道。在低于-11℃的冷温度下，将储存箱中和抽吸通道中的能冻结的还原剂解冻。为此，将配属于储存箱的箱加热器局部地固定到过滤器盖上的小的面上，以便构成从箱加热器至抽吸通道的热传递。附加地，由特别能导热的材料、例如不锈钢制成的导热销集成到储存箱中的过滤器的过滤器盖中，以便能够实现从加热器通过储存箱中的还原剂经由导热销到抽吸通道中的附加的热传导。
在已经处于运行中的废气后处理系统中，箱加热器在小的面上与过滤器接合。由此，在箱加热器的加热体和抽吸通道之间形成分隔部，两者通过隔绝的还原剂彼此分开。由此，从箱加热器到抽吸通道中的冻结的还原剂的热传递几乎是不可能的。为了克服该缺点，使用附加元件、即通常由不锈钢制成的导热销，以便箱加热器首先解冻储存箱中的一部分还原剂，并且随后将热量从该被加热的还原剂输出给导热销，该导热销又将热量传导至抽吸通道并且解冻在该抽吸通道中冻结的还原剂。该解决方案导致迟缓的解冻性能，还需要呈由不锈钢制成的导热销形式的附加元件，此外总体上呈现较大的热阻，该热阻在还原剂冻结时不会辅助解冻性能。此外，在部件之间建立或者说产生材料锁合的连接是相当费事的。
发明内容
根据本发明，提出一种用于对储存在储存箱中的能冻结的运行/辅助材料进行调温的设备，所述运行/辅助材料用于压燃式内燃机中的废气后处理，在所述设备中，加热体的注塑包封部在覆盖区域内形成抽吸通道的抽吸通道壁。通过根据本发明所提出的解决方案，显著降低了加热体和抽吸通道之间的热阻。由此可以更快地解冻在抽吸通道中滞留的、冻结的运行/辅助材料，其中，可以取消到目前为止用于改善热传递的、呈由不锈钢制成的较昂贵的导热销形式的附加元件。与根据现有技术的解决方案相比，热阻的链明显更短，这借助根据本发明所提出的用于对能冻结的运行/辅助材料进行调温的设备实现解冻性能的明显加速。
在根据本发明所提出的解决方案的改进方式中，一方面通过加热体的注塑包封部，另一方面或者通过过滤器壳体或者通过储存箱上的载体限界抽吸通道。
根据本发明所提出的用于对储存在储存箱中的能冻结的运行/辅助材料进行调温的设备这样地构型，使得加热体的注塑包封部在覆盖区域中具有减小的壁厚。在上下文中，覆盖区域可理解为这样的区域，加热体在该区域上平行于抽吸通道延伸。如果在该区域中加热体的注塑包封部的壁厚减小，该注塑包封部同时构成抽吸通道的限界壁，则能够再次减小加热体和抽吸通道之间的热阻，由此能够实现解冻过程的进一步加速。
在根据本发明提出的解决方案中，加热体和抽吸通道之间的热阻仅受加热体的注塑包封部的材料的热阻影响。在此，到目前为止常见的注塑包封材料，例如HDPE和ETFE可以被塑料材料代替，该塑料材料填充有玻璃纤维或氮化硼，以便进一步减小加热体的塑料注塑包封部的热阻。原则上，低温稳定的热塑性材料是合适的，该热塑性材料相对于运行/辅助材料及其分解产物以及气态分解产物如NH3具有非常强的防渗透性。附加地，良好的导热特性是有利的。
因此，优选地也适用未填充的HDPE和ETFE材料及其衍生物。作为另外的替代方案，可以将各种填充材料、例如氮化硼或氧化铝为了提高导热能力而与所提及的材料混合。
遵循根据本发明所提出的解决方案，被注塑包封部包围的加热体代替过滤器盖并且因此将否则需要的附加构件弃用。
此外，在使用根据本发明所提出的解决方案时，可以使用过滤器纤维网，该过滤器纤维网在储存箱中基本上在抽吸通道的抽吸区域中延伸。该过滤器纤维网可以这样地放置，使得该过滤器纤维网在其上侧和在其下侧上被储存在储存箱中的能冻结的运行/辅助材料润湿。
在根据本发明所提出的设备中使用的加热体以由塑料材料构成的注塑包封部基本上覆盖整个抽吸通道以及覆盖在储存箱中位于抽吸通道上游的抽吸区域。由于箱加热器的以扁平结构方式的特别的几何造型，因此可以对储存箱中在抽吸通道的区域中以及在位于该抽吸通道上游的抽吸区域中的较大区域进行加热，这尤其同时进行，由此，在考虑与到目前为止的解决方案相比减小的热阻的情况下，能够在低于-11℃的温度下实现能冻结的运行/辅助材料的明显更快的解冻性能。
在制造根据本发明所提出的用于对能冻结的运行/辅助材料进行调温的设备时应强调的是，第一材料锁合的接合部实施为环绕的焊缝。
此外，本发明还涉及一种用于对储存在储存箱中的能冻结的燃料/辅助材料进行调温的设备的使用，所述燃料/辅助材料用于压燃式内燃机中的废气后处理。
根据本发明所提出的用于对在废气后处理系统中的能冻结的运行/辅助材料进行调温的设备的特点在于，由于加热体连同其注塑包封部的造型，该构件能够用作到目前为止使用的过滤器盖的替代件。以便能够节省如在到目前为止的解决方案中所使用的导热销那样的构件，因为所述导热销由不锈钢制成，所以是特别昂贵的构件。通过在相应地以尽可能小的壁厚构造注塑包封部的情况下减小加热器和抽吸通道之间的热阻，通过根据本发明所提出的设备能够实现明显更迅速地解冻不但在储存箱的下部区域中而且尤其在连接在输送器件流入口上游的抽吸通道中的冻结的运行/辅助材料。与现有技术的解决方案相比，加热器和抽吸通道之间的热阻减小并且被限制到由塑料材料构成的壁上。
在制造技术方面应强调的是，由于更少的构件也可以取消接合部，例如焊接接口。通过根据本发明所提出的解决方案，不但在热传导的意义上减小热阻，而且减小了抽吸通道的由于运行/辅助材料引起的不希望的冷却。如果在加热器和抽吸通道之间存在运行/辅助材料，虽然在储存箱中，而不在过滤器中，但运行/辅助材料在行驶时晃动到抽吸通道中，则出现该不希望的冷却。由此，在加热器和抽吸通道之间的已经解冻的运行/辅助材料被移除，这通过流出来实现。这导致，对于配量准备无关紧要的运行/辅助材料被解冻，另一方面由于出现的流体流动，抽吸通道在关键的部位处被冷却，因为吸收了能量。
根据本发明提出的解决方案能够实现在加热器和目标、即抽吸通道之间的接触，而不需要附加的导热部件。
此外，根据本发明所提出的解决方案提供了过滤器和加热器的组合可能性，因为过滤器纤维网被集成到加热器中。由此实现进一步减小到过滤器内部中的热阻链，此外能够通过取消气隙实现结构空间减小，这另一方面又能够实现装配自由空间。通过根据本发明所提出的解决方案，在组合的过滤器和加热器的情况下实现装配的简化以及伴随着的成本降低。
附图说明
下面根据附图详细地说明本发明。
附图示出了：
图1加热器和抽吸通道的布局，
图2由该布置方式产生的热阻，
图3设备的俯视图，其中，未示出以扁平结构方式构造的加热体，
图4根据在图3中所示的截面线IV-IV的根据图3的设备的截面，和
图5在所提出的解决方案中出现的加热器温度和抽吸通道温度之间的热阻。
具体实施方式
从根据图1的示图可看到储存箱10，在该储存箱中接收有能冻结的运行/辅助材料12，所述运行/辅助材料优选是还原剂。能冻结的运行/辅助材料在低于-11℃的温度下冻结。如图1所示地，在抽吸通道28上游连接有过滤器14。过滤器14可以被接收在载体16上并且包括过滤器纤维网18。加热体/冷却体20位于过滤器14上方，所述加热体/冷却体被注塑包封部22包围，该注塑包封部通常由塑料材料制成。此外，例如由不锈钢制成的导热销24位于过滤器盖26中。输送器件流入口30从抽吸通道28出发延伸至在图1中未示出的输送器件。
在根据图1的解决方案中出现图2中所示的热阻。如由根据图2的示意图得知，在T加热器,36与抽吸通道中存在的温度48,T抽吸通道之间存在注塑包封部的第一热阻38以及第二热阻40，其中，第二热阻40是特别关键的，因为在最好的情况下由运行/辅助材料限定，而在最差的情况下，在充注液位低时由空气限定。由此，第二热阻40显著升高。附加地，可能出现动态影响，例如运行/辅助材料的运动(晃动运动)，所述动态影响表现为由于被加热的运行/辅助材料流走而引起的持续的能量损失。此外，由导热销24得到另外的热阻42。最后，同样由注塑包封部22引起地存在第二热阻46，以及存在热阻46，该热阻由于存在过滤器盖26而导致。
图3示出根据本发明所提出的用于对储存在储存箱10中的能冻结的运行/辅助材料12进行调温的设备的部分视图。在根据图3的俯视图中未示出基本上以扁平结构方式实施的加热体56，该加热体覆盖在图3中所示的部件。由根据图3的俯视图得出，过滤器纤维网18以被过滤器边缘54围绕的方式在抽吸区域72中(参见根据图4的示图)镰刀状地在抽吸通道28之前延伸。从抽吸通道28出发，输送器件流入口30垂直于根据图3的制图平面延伸。附图标记74和76分别表示第一和第二材料锁合的接合部，所述接合部用作原本的呈扁平结构方式的加热体56或者说该加热体的注塑包封部22和储存箱的其它部件之间的连接部62、64(参见图4)。
图4示出根据在图3中所示的截面线IV-IV的根据本发明提出的设备的的截面。
如由根据图4的截面得知，以扁平结构方式构造的加热体56被注塑包封部22包围，该注塑包封部通常由塑料材料制成。注塑包封部22具有多个功能。一方面，以扁平结构方式构造的加热体56的注塑包封部22用于包覆和用于保护加热体56免受包围该加热体的介质、即能冻结的运行/辅助材料12的影响。如由图4得知，被注塑包封部22包围的、以扁平结构方式构造的加热体56在实施为材料锁合的接合部74、76的连接部62、64处固定在抽吸通道28上方并且固定在过滤器纤维网18上方。在此，这样地提供以扁平结构方式构造的加热体56，使得加热体56或者说注塑包封部22沿着沿抽吸通道28的覆盖区域58延伸。由图4得知，以扁平结构方式构造的加热体56的注塑包封部22的一部分用作抽吸通道壁50。为了使其热阻70尽可能最小化，注塑包封部22在形成抽吸通道28的抽吸通道壁的区域中能够以减小的壁厚52实施。由此，出现的热阻70在从加热体56热传递到滞留在抽吸通道28中的、冻结的运行/辅助材料12中时再次减小。此外，这样地实现注塑包封部或者说加热体的几何形状，使得该注塑包封部或者说加热体还覆盖抽吸区域72。抽吸区域72位于过滤器纤维网的上侧66上，储存在箱中的运行/辅助材料12通过所述抽吸区域流向过滤器纤维网18。如由根据图4的截面得知，被过滤器边缘54稳定的过滤器纤维网18从其上侧66而且其下侧68被润湿。基于以扁平结构方式构造的加热体56和包围该加热体的注塑包封部22的所选择的几何形状，也可以加热在储存箱中连接在抽吸通道28上游的抽吸区域72。
用附图标记60标明构造在抽吸通道28中的流入弯曲部，该流入弯曲部从过滤器纤维网18延伸至抽吸通道28的区段，在该区段内，以扁平结构方式构造的加热体56的注塑包封部22形成抽吸通道壁50。该区段的长度相应于重叠区域58。
图5示出热等效图，据此在以扁平结构方式构造的加热体56的T加热器36和抽吸通道温度48之间仅须克服注塑包封部22的热阻70。如与根据图2的示图相比所示的那样，该热阻与在图2中所示的解决方案相比明显被最小化，使得根据本发明所提出的设备的解冻速度如上所示的那样明显更快。
根据本发明提出的解决方案的特点在于避免了不可控的热阻，如所述不可控的热阻例如可能由运行/辅助材料的晃动运动或由空气引起。遵循根据本发明所提出的解决方案，所有热阻由固体接触得到并且因此明确地被限定。
本发明不局限于在此说明的实施例和在此突出的方面。而是，在由权利要求给定的范围内可以实现多个变型方案，这些变型方案在本领域技术人员的能力范围内。

Claims (10)

1.一种用于对储存在储存箱(10)中的能冻结的运行/辅助材料(12)进行调温的设备，所述运行/辅助材料用于压燃式内燃机中的废气后处理，其特征在于，加热体(56)的注塑包封部(22)在覆盖区域(58)内形成抽吸通道(28)的抽吸通道壁(50)。
2.根据权利要求1所述的用于调温的设备，其特征在于，所述抽吸通道(28)被所述加热体(56)的注塑包封部(22)并且被过滤器(14)或载体(16)限界。
3.根据权利要求1所述的用于调温的设备，其特征在于，所述加热体(56)的注塑包封部(22)在所述覆盖区域(58)中以减小的壁厚(52)实施。
4.根据权利要求1所述的用于调温的设备，其特征在于，所述加热体(56)和所述抽吸通道(28)之间的热阻仅由所述加热体(56)的注塑包封部(22)的热阻(70)给定。
5.根据权利要求1所述的用于调温的设备，其特征在于，被所述注塑包封部(22)包围的加热体(56)代替过滤器盖(26)。
6.根据权利要求1所述的用于调温的设备，其特征在于，在所述抽吸通道(28)的抽吸区域(72)中接收有过滤器纤维网(18)，所述过滤器纤维网在其上侧(66)上和在其下侧(68)上被所述运行/辅助材料(12)润湿。
7.根据权利要求1所述的用于调温的设备，其特征在于，所述加热体(56)以注塑包封部(22)不但覆盖所述抽吸通道(28)而且覆盖在所述储存箱(10)中位于所述抽吸通道(28)上游的抽吸区域(72)。
8.根据权利要求1所述的用于调温的设备，其特征在于，第一材料锁合的接合部(74)实施为环绕的焊缝。
9.根据权利要求3所述的用于调温的设备，其特征在于，所述注塑包封部(22)在所述覆盖区域(58)内的减小的壁厚(52)优选位于1mm至2mm之间，并且，所述抽吸通道(28)基本上沿着扁平加热体(56)延伸。
10.一种对根据权利要求1至9中任一项所述的用于调温的设备的使用，用于对压燃式内燃机的废气后处理系统中的能冻结的运行/辅助材料(12)进行解冻。
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