DE102006057152A1 - Speicherbehälter zum Speichern und zur Verfügung stellen von Ammoniak - Google Patents

Speicherbehälter zum Speichern und zur Verfügung stellen von Ammoniak Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Speicherbehälter (1) zum Speichern und Zurverfügungstellen von Ammoniak, aufweisend einen oberen Bereich (2) für gasförmiges Ammoniak und einen unteren Bereich (3), der als Kondensatspeicherbereich dient, mit einer Heizvorrichtung (5), wobei die Heizvorrichtung (5) ausschließlich im unteren Bereich (3) im Bereich zumindest eines Teils der Wand (3a) desselben vorgesehen ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Speicherbehälter zum Speichern und zur Verfügung Stellen von Ammoniak gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
  • Zur Verringerung des NOx-Gehalts von Abgas ist das SCR-Verfahren (Selective Catalytic Reduction) bekannt. Dieses Verfahren wird beispielsweise in Kohlekraftwerken verwendet, um den Stickoxidgehalt des Abgases zu verringern. Eine Verwendung bei Dieselmotoren, insbesondere für Lastkraftwagen, ist ebenfalls bekannt, aber auf Grund ständiger Änderungen des Betriebszustands und der hiermit verbundenen Bedarfsschwankungen noch schwierig zu realisieren. Gemäß diesem Verfahren wird dem von einem Verbrennungsmotor kommenden Abgas ein Reduktionsmittel, nämlich Ammoniak oder Harnstoff, zugeführt, wodurch sich aus den Stickoxiden des Abgases in Verbindung mit Ammoniak und Sauerstoff (Restsauerstoff und/oder Sauerstoff aus dem Harnstoff) Stickstoff und Wasser bildet.
  • Eine Vorrichtung zum Erzeugen eines ammoniakhaltigen Gases für die Verringerung des NOx-Gehalts des Abgases eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines Dieselmotors, ist in der WO 2006/089553 A1 beschrieben. Diese Vorrichtung weist einen Hydrolysereaktor, der eine wässrige Lösung von Harnstoff enthält und erhitzt wird, um Ammoniak zu erzeugen, auf. Ferner ist ein Speicherbehälter vorgesehen, welcher das vom Reaktor abgegebene, Ammoniak enthaltende Gas aufnimmt, wobei ein Einlass und ein Auslass für das Gas vorgesehen sind. Über den Auslass wird das Gas dem Abgas eines Verbrennungsmotors zugeführt, bevor das Abgas samt Gas einem SCR-Katalysator zugeführt wird.
  • Der Speicherbehälter gemäß der WO 2006/089553 A1 weist einen tankartigen oberen Behälterbereich und einen unten angeordneten Kondensatsammelbereich zum Ansammeln des Kondensats auf, wobei der Kondensatsammelbereich deutlich kleiner als der obere Behälterbereich ausgebildet ist. Beim Abschalten des Motors kondensiert der Wasserdampf in Folge der Temperaturabsenkung. Das Ammoniak löst sich im Wasser, d.h. es liegt ein ammoniakhaltiges Kondensat vor, das sich im Kondensatsammelbereich des Speicherbehälters sammelt. Nach einem Kaltstart des Motors wird später das Kondensat wieder in Wasserdampf und Ammoniak umgewandelt. Im Kondensatsammelbereich ist zentral eine Heizspule angeordnet, welche zur Verdampfung des Ammoniak enthaltenden Kondensats beheizt wird. Zusätzlich zur Heizspule oder alternativ hierzu kann die Wärme des Abgases für die Erhitzung des Kondensats verwendet werden. Dabei kann ein Teil des Speicherbehälters, insbesondere der Kondensatsammelbereich, der sich in den Abgaskanal erstreckt, eine Heatpipe aufweisen. Der obere Behälterbereich kann Wärme abgeben, so dass die Temperatur in diesem Bereich geringer als die des dem Speicherbehälter vorgeschalteten Reaktors ist. Dennoch hat das Gas im Speicherbehälter eine erhöhte Temperatur und steht unter einem größeren Druck als das Abgas, dem es zugeführt wird.
  • Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, einen derartigen Speicherbehälter zum Speichern und zur Verfügung Stellen von Ammoniak zu verbessern. Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Speicherbehälter mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Erfindungsgemäß ist ein Speicherbehälter zum Speichern und zur Verfügung Stellen von Ammoniak vorgesehen, aufweisend einen oberen Bereich für ein gasförmiges Gemisch, aufweisend Ammoniak, Wasserdampf und Kohlendioxid sowie ggf. weitere (gasförmige) Bestandteile, und einen unteren Bereich, der als Kondensatspeicherbereich dient, mit einer Heizung, wobei die Heizung ausschließlich im unteren Bereich im Bereich zumindest eines Teils der Wand desselben vorgesehen ist. Dadurch, dass die Heizung außenseitig angeordnet ist, kann die Wand des unteren Bereichs als Wärmeübertragungsfläche dienen, d.h. die Oberfläche ist im Vergleich zu üblichen Heizungen, die im Inneren des Speicherbehälters angeordnet sind, vergrößert. Insbesondere werden direkt auch Bereiche der Wand erwärmt, welche nur vom Kondensat benetzt sind, so dass schnell gasförmiges Ammoniak zur Verfügung steht. Auch bei einem sehr niedrigen Flüssigkeitspegel erfolgt ein Wärmeübergang in das Kondensat, was bei den gemäß dem Stand der Technik vorgesehenen, in den unteren Bereich hängenden Heizspiralen nicht notwendigerweise gewährleistet werden kann. Die Gasverteilung selbst erfolgt nach dem Heatpipe-Prinzip, d.h. (heißes) Gas strömt nach oben und kühles Kondensat strömt entlang den Wänden nach unten.
  • Der untere Bereich des Speicherbehälters weist vorzugsweise eine Wand mit zumindest an der Innenfläche zum unteren Bereich sehr guter Wärmeleitfähigkeit, um die von der Heizung kommende Wärme schnell und möglichst verlustfrei an das Kondensat weiterzuleiten, und der obere Bereich weist vorzugsweise eine Wand mit geringerer Wärmeleitfähigkeit nach außen auf, so dass der Wärmeaustrag aus dem Speicherbehälter zumindest im Anfangsbetrieb, also beispielsweise nach einem Kaltstart, bei dem noch kein oder nicht ausreichend gasförmiges Ammoniak vorhanden ist, möglichst klein ist und die gesamte Wärme der Heizung zum Verdampfen des Ammoniaks verwendet werden kann.
  • Vorzugsweise ist die Wand des oberen Bereichs durch ein isolierendes Material gebildet und/oder weist einen wärmeisolierenden Aufbau auf. Die Wand kann hierbei auch mehrschichtig ausgebildet sein, insbesondere in Form eines Hybridbauteils, wobei bevorzugt ein Teil der Wand aus einem Kunststoffmaterial besteht und der andere Teil der Wand aus einem Metall, insbesondere bevorzugt Edelstahl, besteht, oder eines doppelwandigen Bauteils, wobei ein Zwischenraum zwischen den Wänden vorgesehen ist. Im Zwischenraum kann beispielsweise ein Vakuum herrschen.
  • Der Bereich zwischen zwei Wänden kann jedoch auch bei bestimmten Betriebsbedingungen, insbesondere ab einer bestimmten Betriebstemperatur im Inneren des Speicherbehälters, belüftet werden, was passiv, d.h. durch eine öffen- und schließbare Öffnung, oder aktiv, d.h. durch ein Gebläse o.ä., erfolgen kann. Die Wand ist hierbei ausreichend druck- und temperaturbeständig auszulegen.
  • Alternativ kann zwischen zwei Wänden bei niedrigen Betriebstemperaturen im Speicherbehälter, also bspw. unter 150°C, ein Vakuum herrschen, während bei hohen Temperaturen, bspw. bei 200°C, im Zwischenraum ein Gas vorhanden ist, so dass der Wärmeübergang nach außen verbessert ist. Dies wird durch das Vorsehen eines Materials im Zwischenbereich möglich, das ab einer Temperatur im Bereich von 150°C bis 250°C, insbesondere bei 150°C bis 200°C, verdampft.
  • Eine weitere Möglichkeit, die Wärmeleitfähigkeit zumindest eines Teils des oberen Bereichs bei erhöhten Temperaturen und/oder Drücken zu verbessern ist, im Falle einer doppelwandigen Ausgestaltung des oberen Bereichs, die Innenwand derart auszubilden, dass dieselbe das Volumen des Zwischenraums zwischen Innen- und Außenwand ab einer bestimmten Betriebstemperatur des Speicherbehälters oder einem bestimmten Druck im Speicherbehälter verringert, wobei der Vorgang reversibel sein muss, d.h. das Ausgangsvolumen wird nach einer Wiederabkühlung auf die Ausgangstemperatur, bei der die Volumenveränderung beginnt, oder eine darunter liegende Temperatur, wieder hergestellt. In Folge der Annäherung der Innen- und Außenwand verbessert sich der Wärmeübergang nach außen, d.h. der obere Bereich wird gekühlt.
  • Die Wand des unteren Bereichs ist vorzugsweise zumindest auf der Innenseite durch ein Metall, insbesondere bevorzugt durch Edelstahl, gebildet. Dies ermöglicht eine gute Wärmeleitfähigkeit, verbunden mit ausreichender Druckfestigkeit und Temperaturbeständigkeit. Außenseitig kann ein wärmeisolierendes Material angeordnet sein, d.h. die Heizung ist bevorzugt zwischen einem wärmeisolierenden Material und einem gut wärmeleitenden Material angeordnet.
  • Bei der Heizung handelt es sich vorzugsweise um eine Dickschichtheizung. Diese ist einfach und großflächig kontaktierend am wärmeleitenden Material des unteren Bereichs anbringbar, so dass die durch die Heizung bereitgestellte Wärme schnell dem Kondensat zugeführt werden kann.
  • Die erforderliche Heizleistung der Heizung kann dadurch verringert werden, dass das Volumen des zu beheizenden Kondensats verringert wird. Dies ist besonders einfach dadurch möglich, dass mindestens zwei nebeneinander angeordnete, über eine Verbindungsleitung miteinander verbundene Speicherbereiche vorgesehen sind, wobei in jedem der Speicherbereiche mindestens ein Kondensatspeicherbereich vorgesehen ist. Jeder der Kondensatspeicherbereiche ist über eine Heizung beheizbar, wobei vorzugsweise die Beheizung abwechselnd erfolgt, so dass die maximale Heizleistung abgesenkt werden kann. Das Vorsehen zweier Speicherbereiche ermöglicht auch eine druckoptimiertere Gestaltung der Wände in Folge der geringeren Durchmesser.
  • Die Speicherbereiche weisen vorzugsweise eine einander entsprechende Gestalt auf, so dass Gleichteile möglich sind. Hierbei kann bei einem Speicherbereich die Einleitung des vom Reaktor kommenden Ammoniaks und beim anderen Speicherbereich die Ausleitung des gasförmigen Ammoniaks vorgesehen sein. Alternativ kann die Ein- und/oder Ausleitung auch im Bereich der Verbindungsleitung vorgesehen sein.
  • Das Vorsehen von mindestens zwei Kondensatspeicherbereichen in einem großvolumig ausgebildeten Speicherbehälter ist ebenfalls möglich, wobei in jedem der Kondensatspeicherbereiche eine Heizvorrichtung angeordnet ist. Eine derartige Ausgestaltung bietet die gleichen Vorteile in Bezug auf die Leistungsbegrenzung der einzelnen Heizungen, da auch in diesem Fall ein abwechselnder Betrieb möglich ist.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung im Einzelnen erläutert. Es zeigen:
  • 1 eine schematische, geschnittene Darstellung eines Speicherbehälters gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
  • 2 eine schematische, geschnittene Darstellung eines Speicherbehälters gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel,
  • 3 eine ausschnittsweise, schematische, geschnittene Darstellung eines Speicherbehälters gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel,
  • 4 eine 3 entsprechende Darstellung mit Darstellung von Sensoren und Anschlussleitungen,
  • 5 eine schematische, geschnittene Darstellung eines Speicherbehälters gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel,
  • 6 eine schematische, geschnittene Darstellung eines Speicherbehälters gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel, und
  • 7a7c schematische Darstellungen von verschiedenen Varianten des fünften Ausführungsbeispiels.
  • Ein Speicherbehälter 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, wie er zur Speicherung von ammoniakhaltigem Gas und Kondensat verwendet wird, ist in 1 dargestellt. Dieser Speicherbehälter 1 ist über Anschlussleitungen (nicht dargestellt) – wie beispielsweise in der WO 2006/089553 A1 beschrieben – mit einem Reaktor, in welchem das Ammoniak erzeugt wird, und einem Abgaskanal verbunden.
  • Der Speicherbehälter 1 weist einen oberen Bereich 2, in dem im Wesentlichen ausschließlich gasförmiges Ammoniak enthalten ist, und einen unteren Bereich 3, in welchem sich insbesondere Kondensat, welches auch Ammoniak enthält, befindet, das sich an den Wänden des oberen Bereichs 2 gesammelt hat und nach unten geströmt ist, aber auch ein Anteil an gasförmigem Ammoniak oberhalb des Kondensats angeordnet ist.
  • Der obere Bereich 2 ist vorliegend durch einen oberen Behälter mit einem zentralen, zylindrischen Teil und zwei halbkugelförmigen Endbereichen gebildet, wobei die Wand 2a durch ein Kunststoffmaterial gebildet ist, welches für die entsprechenden Betriebstemperaturen und -drücke geeignet ist. Das Kunststoffmaterial weist eine relativ geringe Wärmekapazität auf, d.h. es wird sehr wenig Wärme aufgenommen und nach außen abgegeben. Ferner weist das Kunststoffmaterial eine ausreichende Festigkeit in Bezug auf die im Speicherbehälter 1 herrschenden Drücke auf.
  • Gemäß einer nicht in der Zeichnung dargestellten Variante des ersten Ausführungsbeispiels besteht lediglich der innere Teil des oberen Behälters aus einem Kunststoffmaterial mit geringer Wärmekapazität, wirkt also isolierend. Der äußere Teil des Behälters ist aus Festigkeitsgründen aus Metall, d.h. es liegt eine Hybridbauweise vor. Andere Hybridbauweisen für die Behälterwand des oberen Behälters mit einem innen angeordneten Material von geringer Wärmekapazität und geeigneter chemischer Beständigkeit und einem außen angeordneten Material mit guter Festigkeit, oder aber mit einem innen angeordneten Material mit geeigneter chemischer Beständigkeit und guter Festigkeit und einem außen angeordneten Material mit geringer Wärmekapazität.
  • An Stelle der beschriebenen Gestalt des oberen Behälters ist beispielsweise auch eine reine Kugelbauweise möglich.
  • Der untere Bereich 3 ist vorliegend durch einen unteren Behälter mit einer im Wesentlichen der des oberen Behälters entsprechenden Gestalt ausgebildet, wobei jedoch der den unteren Bereich 3 bildende untere Behälter deutlich kleiner ausgebildet ist. Die Wand 3a des unteren Behälters ist zweilagig ausgebildet, wobei innen eine relativ dünne Edelstahlschicht und außen eine relativ dicke, isolierende Kunststoffschicht vorgesehen ist.
  • Zwischen dem unteren Bereich 3 und dem oberen Bereich 2 ist ein Verbindungsstück 4 angeordnet, welches innen einen rohrartigen Fortsatz der Edelstahlschicht des unteren Behälters und um denselben herum eine Ummantelung mit einer isolierenden Kunststoffschicht aufweist, d.h. der Aufbau der Wand des Verbindungsstücks 4 entspricht derjenigen des unteren Behälters. Die isolierende Kunststoffschicht kontaktiert direkt die Wand 2a des oberen Behälters.
  • Um den Umfang der Edelstahlschicht des unteren Behälters ist eine elektrische Heizung 5, gebildet durch eine Dickschichtheizung, angeordnet. Diese Heizung 5 gibt die in derselben erzeugte Wärme an die Edelstahlschicht ab, welche in Folge ihrer guten elektrischen Leitfähigkeit die Wärme schnell und über die gesamte Innenfläche des unteren Behälters verteilt und somit das hierin angeordnete Kondensat innerhalb kurzer Zeit großflächig erwärmt. Somit steht bereits kurz nach Beginn eines Heizvorgangs gasförmiges Ammoniak für die Einspritzung in das Abgas des Verbrennungsmotors zur Verfügung. Der Wärmeübergang zum oberen Bereich 3 des Speicherbehälters 1 erfolgt nach dem Heatpipe-Prinzip.
  • Im Inneren des Speicherbehälters 1 herrschen üblicherweise Arbeitstemperaturen um 200°C. Die Regelung der Temperatur über die elektrische Heizung 5 erfolgt in Abhängigkeit der Messwerte eines in den Speicherbehälter 1 ragenden Sensors (nicht dargestellt). Die Beheizung erfolgt vorliegend rein elektrisch, d.h. ohne Nutzung der Wärme des Motors oder Abgases.
  • Gemäß dem zweiten, in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Speicherbehälter 1 im unteren Bereich 3 bis einschließlich des Verbindungsstücks 4 entsprechend dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel ausgebildet, so dass hierauf nicht näher eingegangen wird. Der obere Bereich 2, der wiederum durch einen oberen Behälter gebildet ist, weist eine von einem unten angeordneten Deckel verschlossene, napfförmige Gestalt auf. wobei die Wand durch eine außen angeordnete Stahlschicht, welche eine ausreichende Druckfestigkeit verleiht, und eine innen angeordnete Kunststoffschicht, welche als Wärmeisolation dient, aufweist. Die Kunststoffschicht ist im Deckelbereich um die Öffnung für das Verbindungsstück 4 herum unterbrochen, so dass eine trichterartige Gestalt für den Kondensatablauf in den unteren Bereich 3 gebildet wird.
  • 3 zeigt den unteren Bereich des dritten Ausführungsbeispiels, gemäß dem die zuvor beschriebene trichterartige Gestalt dahingehend modifiziert ist, dass lediglich ein Trichter ohne Öffnung nach unten vorgesehen ist, welcher direkt den unteren Bereich 3 bildet. An den Trichterwänden, welche in diesem Bereich innen direkt durch die Stahlschicht gebildet sind, ist außenseitig die Heizung 5 in Gestalt einer Dickschichtheizung angeordnet. Auf der Außenseite des trichterförmigen, unteren Bereichs 3 ist wiederum eine Kunststoffschicht zur Wärmeisolation vorgesehen. Somit entspricht der Aufbau der Wand 3a im unteren Bereich 3 demjenigen der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele. Der obere Bereich 2 des Speicherbehälters 1 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel entspricht demjenigen des zuvor beschriebenen zweiten Ausführungsbeispiels, so dass hierauf nicht näher eingegangen wird.
  • In 4 sind Anschlussleitungen 6 und 7 für die Ein- bzw. Ausleitung des Ammoniaks sowie ein Druck- und Temperatursensor 8 und ein Überdruckventil 9, welches zudem das Ausströmen des Ammoniaks durch die Anschlussleitung 7 regelt, dargestellt. Der Druck- und Temperatursensor 8 ist benachbart der Öffnung zur Einleitung des vom Reaktor kommenden Ammoniaks angeordnet, wobei der Sensor von unten her durch den Deckelbereich des Speicherbehälters 1 geführt ist. Das Ventil, welches die Ammoniakzufuhr regelt, ist vorliegend in den Reaktor integriert ausgebildet. Im Bereich des Druck- und Temperatursensors 8 ist vorliegend der Ring der Heizung 5 unterbrochen, um die Messergebnisse nicht zu verfälschen. Das Überdruckventil 9 ist im Bereich der Ausleitung des Ammoniaks vorgesehen, wobei dasselbe vorliegend direkt in den metallischen, als Gussteil ausgebildeten Teil des Deckels integriert ist, welcher direkt einen Teil der Ausleitung bildet. Hierbei weist das Überdruckventil 9 einen langen Ventilschaft auf, so dass das Betätigungsorgan zur Betätigung des Überdruckventils 9 vor einer Überhitzung geschützt wird.
  • Gemäß dem in 5 dargestellten, vierten Ausführungsbeispiel sind zwei über eine nach außen hin isolierte Verbindungsleitung 10 verbundene Speicherbereiche 11 vorgesehen, welche zusammen den Speicherbehälter 1 bilden. Die Verbindungsleitung 10 ist im oberen Bereich 2 des Speicherbehälters 1, horizontal verlaufend angeordnet. Die beiden Speicherbereiche 11 sind einander entsprechend ausgebildet, weshalb im Folgenden nur einer der Speicherbereiche 11 näher beschrieben wird.
  • Der Speicherbereich 11 weist einen umgekehrt napfförmigen oberen Bereich 2, gebildet durch ein Kunststoffmaterial ausreichender Wärme- und Druckbeständigkeit mit einer geringen Wärmekapazität, und einen unteren Bereich 3, gebildet durch ein wannenförmig ausgebildetes Metallblech, das von unten her als Deckel auf den napfförmigen oberen Bereich 2 gesetzt ist, sowie eine Heizung 5 auf, die um den schrägen, vorliegend nahezu vertikal verlaufenden Wandbereich des unteren Bereichs 3 angeordnet ist. Die Heizung 5 ist wiederum durch eine Dickschichtheizung gebildet. Zusätzlich kann außenseitig des unteren Bereichs 3 eine Wärmeisolation entsprechend den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen vorgesehen sein.
  • Dadurch, dass zwei Speicherbereiche 11 vorgesehen sind, ist eine steifere Ausgestaltung der einzelnen, den Speicherbehälter 1 bildenden Behälter in Folge der kleineren Bauweise derselben möglich. Zudem ist in jedem der das Kondensat aufnehmenden unteren Bereiche 3 weniger Kondensat enthalten als bei einem Sammeln in einem einzigen unteren Bereich 3, so dass das Kondensat eines Speicherbereichs 11 schneller und unter Benötigung einer geringeren Leistung erwärmt werden kann, sofern nur eine der beiden Heizungen 5 betätigt wird. Zudem steht gasförmiges Ammoniak schneller zur Beimischung zum Abgas zur Verfügung. Die Betätigung der Heizungen 5 erfolgt bevorzugt abwechselnd.
  • 6 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel eines Speicherbehälters 1, wobei der Speicherbehälter 1 gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel im unteren Bereich 3 demjenigen des dritten, in 3 dargestellten Ausführungsbeispiels entspricht, so dass hierauf im Folgenden nicht näher eingegangen wird. Der obere Bereich 2 ist entsprechend dem dritten Ausführungsbeispiel napfförmig ausgebildet, die Isolation wird jedoch dadurch sichergestellt, dass zwischen einer Außenwand und einer Innenwand ein Zwischenraum mit einem Vakuum vorgesehen ist, d.h. der obere Bereich 2 ist thermoskannenartig ausgebildet. Vorliegend handelt es sich der Innenwand um ein Edelstahlblech, entsprechend der Innenfläche der Wand 3a des unteren Bereichs. Bei der Außenwand handelt es sich vorliegend um einen Stahlguss, in den auch der Ventilkörper integriert sein kann.
  • In den 7a bis 7c sind verschiedene Varianten des fünften Ausführungsbeispiels in Bezug auf die Ausgestaltung der Wand 2a des oberen Bereichs 2 dargestellt, wobei jeweils links eine schematische Darstellung bei Betriebsbedingungen von unter 150°C, d.h. beispielsweise bei einem Kaltstart des Motors, und rechts bei Betriebsbedingungen von über 150°C, also bei warmgelaufenem Motor unter Last, dargestellt sind. Jede der Varianten ermöglicht es, dass im Falle geringer Temperaturen im Innenraum des Speicherbehälters 1 die Wärmekapazität (deutlich) geringer als im Falle von hohen Temperaturen ist. Der Übergangsbereich von geringer Wärmekapazität der Wand 2a zu deutlich verbesserter Wärmekapazität (und damit Wärmeleitfähigkeit) ist in der Regel fließend und sollte üblicherweise im Bereich von 150 bis 250°C, insbesondere bis 200°C, liegen.
  • Gemäß der in 7a dargestellten Variante ist eine öffen- und schließbare Klappe in der Außenwand des doppelwandigen oberen Bereichs 2 ausgebildet. Diese Klappe öffnet automatisch bei Temperaturen von über 150°C, so dass die im Zwischenbereich 2a' zwischen Innen- und Außenwand aufgenommene Luft, die sich in Folge der Erwärmung ausdehnt, ausdehnen und entweichen kann. Entsprechend schließt die Klappe nach einer Temperaturabsenkung wieder. Die Schließtemperatur kann unterhalb der Öffentemperatur liegen. Die Klappe wird vorliegend durch ein Bimetall oder eine Memorylegierung gebildet oder betätigt.
  • Alternativ hierzu kann ab einer bestimmten Temperatur auch eine Zwangsbelüftung des Zwischenbereichs erfolgen.
  • Bei der in 7b dargestellten Variante ist im Zwischenbereich 2a' eine Substanz aufgenommen, welche bei ca. 100 bis 150°C schmilzt und bei ca. 150 bis 200°C (oder 250°C) verdampft, wobei der Dampfdruck unter 100°C sehr gering ist. Bei niedrigen Betriebstemperaturen des Speicherbehälters 1 liegt die Substanz im Wesentlichen im festen Zustand vor, so dass der Zwischenraum 2a' im Wesentlichen ein Vakuum enthält. Dadurch wirkt die Wand 2a isolieren bei geringer Wärmekapazität. Bei steigenden Temperaturen schmilzt und verdampft die Substand, so dass bei höheren Betriebstemperaturen der Zwischenbereich 2a' gasgefüllt ist, wodurch die Wärmeleitfähigkeit der Wand 2a verbessert wird und Wärme aufgenommen und nach außen abgegeben werden kann.
  • Gemäß der in 7c dargestellten Variante ist die Innenwand derart ausgebildet, dass sie bei steigender Temperatur und/oder steigendem Druck nach außen gedrückt wird, wodurch das Volumen des Zwischenbereichs 2a' verringert wird und sich die Innen- und Außenwand annähern. Auch dadurch wird die Wärmeleitfähigkeit der Wand 2a verbessert, so dass bei höheren Temperaturen im Speicherbehälter 1 der Wärmeübergang nach außen verbessert wird.

Claims (18)

  1. Speicherbehälter zum Speichern und zur Bereitstellung von Ammoniak zur Stickoxidreduzierung von Abgas eines Verbrennungsmotors für ein Kraftfahrzeug aufweisend einen oberen Bereich (2) für gasförmiges Ammoniak und einen unteren Bereich (3), der als Kondensatspeicherbereich dient, mit einer Heizung (5), dadurch gekennzeichnet, dass die Heizung (5) ausschließlich im unteren Bereich (3) benachbart zu einem Wandabschnitt einer Wand (3a) des Speicherbehälters (1) angeordnet ist.
  2. Speicherbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der untere Bereich (3) des Speicherbehälters (1) eine Wand (3a) mit zumindest an der Innenfläche zum unteren Bereich (3) sehr guter Wärmeleitfähigkeit und der obere Bereich (2) eine Wand (2a) mit geringerer Wärmeleitfähigkeit nach außen aufweist.
  3. Speicherbehälter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wand (2a) des oberen Bereichs (2) durch ein isolierendes Material gebildet ist und/oder einen wärmeisolierenden Aufbau aufweist.
  4. Speicherbehälter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wand (3a) des unteren Bereichs (3) zumindest auf der Innenseite durch ein Metall, insbesondere durch Edelstahl, gebildet ist.
  5. Speicherbehälter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wand (3a) des unteren Bereichs (3) auf der Außenseite ein gut wärmeisolierendes Material aufweist.
  6. Speicherbehälter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizung (5) zwischen dem die Innenseite und dem die Außenseite der Wand (3a) bildenden Material angeordnet ist.
  7. Speicherbehälter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizung (5) durch eine Dickschichtheizung gebildet ist.
  8. Speicherbehälter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der obere Bereich (2) eine Doppelwand aufweist.
  9. Speicherbehälter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich zwischen den Wänden der Doppelwand be- und entlüftbar ist.
  10. Speicherbehälter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich zwischen den Wänden der Doppelwand mit einer Flüssigkeit gefüllt ist, welche bei einer bestimmten Temperatur, welche im Bereich der Betriebstemperaturen im Inneren des Speicherbehälters (1) liegt, verdampft.
  11. Speicherbehälter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenwand des oberen Bereichs (2) ab einer bestimmten Temperatur, welche im Bereich der Betriebstemperaturen im Inneren des Speicherbehälters (1) liegt, und/oder einem bestimmten Druck, welcher im Bereich der Betriebsdrücke im Inneren des Speicherbehälters (1) liegt, verformbar ist, so dass das Behältervolumen variabel und bei bestimmten Betriebsbedingungen die Innenwand näher an die Außenwand bringbar ist.
  12. Speicherbehälter nach Anspruch 8 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Wand des oberen Bereichs (2) ab einer bestimmten Temperatur, welche im Bereich der Betriebstemperaturen im Inneren des Speicherbehälters (1) liegt, und/oder einem bestimmten Druck, welcher im Bereich der Betriebsdrücke im Inneren des Speicherbehälters (1) liegt, von innen her verformbar ist, so dass das Behältervolumen variabel ist.
  13. Speicherbehälter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Speicherbehälter (1) durch mindestens zwei nebeneinander angeordnete, über eine Verbindungsleitung (10) miteinander verbundene Speicherbereiche (11) gebildet ist, wobei in jedem der Speicherbereiche (11) mindestens ein Kondensatspeicherbereich vorgesehen ist.
  14. Speicherbehälter nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Speicherbereiche (11) eine einander entsprechende Gestalt aufweisen.
  15. Speicherbehälter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass, mindestens zwei Kondensatspeicherbereiche im Speicherbehälter (1) vorgesehen sind, wobei in jedem der Kondensatspeicherbereiche eine Heizvorrichtung (5) angeordnet ist.
  16. Speicherbehälter nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizungen (5) der Kondensatspeicherbereich ausschließlich abwechselnd betreibbar sind.
  17. Speicherbehälter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitfähigkeit der Wand (2a) des oberen Bereichs (2) zumindest bereichsweise bei niedrigen Betriebstemperaturen schlechter als bei hohen Betriebstemperaturen ist.
  18. Speicherbehälter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen des oberen Bereichs (2) deutlich größer als das Volumen des unteren Bereichs (3) ist.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE19912374C1 (de) * 1999-03-19 2000-03-30 Hjs Fahrzeugtechnik Gmbh & Co Konverter für eine Vorrichtung zum Zuführen von Ammoniak in den Abgasstrom eines Verbrennungsmotors sowie Verfahren zum Befüllen eines solchen Konverters
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