DE102007041524A1

DE102007041524A1 - Tank für ein Medium zum Einsatz in einer Abgasnachbehandlungsanordnung

Info

Publication number: DE102007041524A1
Application number: DE102007041524A
Authority: DE
Inventors: Armin Strauch
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2007-08-31
Filing date: 2007-08-31
Publication date: 2009-03-05
Anticipated expiration: 2027-09-01
Also published as: DE102007041524B4

Abstract

Es wird ein Tank für ein flüssiges Medium zum Einsatz in einer Abgasnachbehandlungsanordnung, insbesondere für ein Reduktionsmittel zur Reduktion von Stickoxiden im Abgas einer Brennkraftmaschine, beispielsweise für eine wässrige Harnstofflösung, vorgeschlagen, wobei ein beweglich angeordneter Haltekörper (10, 53) zum Halten mindestens eines in den Tank einbringbaren und in eine flüssige Phase (7) des Mediums eintauchbaren Elements (11, 17) vorgesehen ist, so dass das zur thermischen Wechselwirkung mit dem Medium eingerichtete (11) und/oder zum Absaugen des Mediums verwendbare (17) Element verschiebbar ist.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Tank für ein flüssiges Medium zum Einsatz in einer Abgasnachbehandlungsanordnung nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs.
Häufig ist die in einem Fahrzeug verfügbare elektrische Leistung zu gering, um damit ein großes Volumen gefrorenen Abgasnachbehandlungsmediums, beispielsweise eines Reduktionsmittels zur Reduktion von Stickoxiden, in kurzer Zeit und nachhaltig aufzuschmelzen und zur Flüssigdosierung in den Abgastrakt zur Verfügung zu stellen.
Es ist schon ein Tank mit einer Heizeinrichtung und einer Leitung zum Abtransport des Mediums aus dem Tankinnern aus der DE 10337572 bekannt, bei dem das Medium über eine im unteren Bereich des Tanks angebrachte Öffnung entnommen wird.
Offenbarung der Erfindung
Der erfindungsgemäße Tank mit den kennzeichnenden Merkmalen des unabhängigen Anspruchs hat demgegenüber den Vorteil einer flexiblen und effizienten Nutzung eines in einem Tank befindlichen Mediums; dabei kann der Tankboden eine permanent verschlossene Fläche bilden, so dass keine Gefahr undichter Stellen im Bodenbereich des Tanks besteht, insbesondere im Falle der Befüllung des Tanks mit einem korrosiv wirkenden Medium.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im unabhängigen Anspruch angegebenen Tanks möglich. Besonders vorteilhaft ist es, als Element zur thermischen Wechselwirkung mit dem Medium eine Heizeinrichtung vorzusehen, so dass mit minimierter Heizleistung in kurzer Zeit so viel Reduktionsmittel aufgetaut werden kann, wie von einem Dosiersystem kurzfristig für die Dosierung benötigt wird. Da nur die Oberfläche eines Eisblocks aufgetaut werden muss, ist das Schmelzen in kurzer Zeit oder bei geringer Heizleistung möglich. Dabei ist in vorteilhafter Weise das Auftauen nachhaltig, das heisst auch bei sehr tiefen Temperaturen ist Flüssigdosierung gewährleistet. Ferner entstehen keine Eishöhlen wie bei einer Heizung, die vom Eis bedeckt wird.
Bei der Verwendung einer Öffnung einer mit einer Schwimmheizung verbundenen Saugleitung als zum Absaugen des Mediums verwendbaren Elements kann in einfacher Weise das gesamte Reduktionsmittel an Bord eines Fahrzeugs nach und nach aufgebraucht werden, ähnlich wie bei einer Wachskerze, die etwa so viel Wachs im Bereich ihres Dochtes durch die Wärmestrahlung der Flamme aufschmilzt, wie sie zur Aufrechterhaltung des Verbrennungsvorgangs benötigt.
Das Vorsehen einer Rücklaufleitung vom Fördermodul zurück in Richtung Schwimmheizung kann in vorteilhafter Weise ein Auftauen gefrorenen Reduktionsmittels unterstützen. Es kann eine Wirbelbildung in der flüssigen Phase des Mediums angeregt werden bzw. das bereits warme Reduktionsmittel gezielt auf eine anzutauende Eisfront gerichtet werden. Auch kann vorteilhafter Weise eine Sogwirkung erzielt werden, um die Schwimmheizung an eine aufzutauende Eiswand gewissermassen anzudocken.
Weitere Vorteile ergeben sich durch weitere in den abhängigen Ansprüchen und in der Beschreibung genannte Merkmale.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen 1 einen Tank mit Schwimmheizung, 2 eine Detaildarstellung einer Schwimmheizung, 3 eine Draufsicht auf einen Tank mit geführter Schwimmheizung.
Ausführungsformen der Erfindung
1 zeigt einen Tank 2 mit einer Tankwand 4, der AdBlue, eine wässrige Harnstofflösung, enthält. Dargestellt ist eine Aufteilung der Harnstofflösung in eine feste Phase 6 (gefrorenes AdBlue) und eine flüssige Phase 7 (flüssiges AdBlue). Auf der Oberseite 25 des Tanks 2 ist ein verschließbarer Einfüllstutzen 9 zur Befüllung des Tanks mit Reduktionsmittel angebracht, des Weiteren befindet sich dort eine Belüftungsöffnung 26 zum Ausgleich infolge von Phasenübergängen bzw. infolge von Zu- oder Abführungen von Reduktionsmittel im Tank enstehender Druckschwankungen. Der Tank enthält eine Schwimmheizung 3. Sie weist einen als Schwimmkörper 10 ausgebildeten Haltekörper auf, an dem als zur thermischen Wechselwirkung mit dem Medium eingerichtetes Element eine elektrische Heizeinrichtung 12 befestigt ist, deren Heizkopf 11 auf der Unterseite des Haltekörpers in die flüssige Phase 7 eintaucht und zusammen mit dem Haltekörper horizontal und/oder vertikal verschiebbar ist, je nach Füllstand bzw. räumlicher Verteilung von fester und flüssiger Phase des Mediums im Tank. Der Schwimmkörper ist als Kunststoffhohlkörper, insbesondere als Hohlring, ausgebildet. Der Heizkopf wird durch den Schwimmkörper in einem vorgegebenen Abstandsbereich 21 unterhalb der Oberfläche 8 der flüssigen Phase 7 gehalten. In der 1 ist zwar ein definierter Abstand mit dem Bezugszeichen 21 versehen, durch die Bewegung der flüssigen Phase insbesondere durch auf den Tank übertragene Bewegungen des Kraftfahrzeugs, in dem der Tank montiert ist, wird sich der Heizkopf im Allgemeinen in einem Abstandsbereich unterhalb der Flüssigkeitsoberfläche befinden, der je nach Fahrzeugauslegung, Fahrstil und Geländebeschaffenheit unterschiedlich groß sein kann. Am Schwimmkörper 10 ist neben der Heizeinrichtung eine flexible Flüssigkeits- bzw. Saugleitung 16 befestigt, deren in die flüssige Phase 7 eintauchende Öffnung 17 als zum Absaugen des Mediums verwendbares Element in der Nähe des Heizkopfs 11 angeordnet ist und die analog zum Heizkopf zusammen mit dem Haltekörper horizontal und/oder vertikal verschiebbar ist, je nach Füllstand bzw. räumlicher Verteilung von fester und flüssiger Phase des Mediums im Tank. Ebenso wie der Heizkopf 11 wird auch die Öffnung 17 durch den Schwimmkörper in einem vorgegebenen Abstandsbereich 23 unterhalb der Oberfläche 8 der flüssigen Phase 7 gehalten. Flexibilität der Saugleitung bedeutet, dass die nach oben zur Tankoberseite 25 weiterführende Leitung stets eine schlauchförmige Verbindung zwischen einer auf der Tankoberseite angeordneten Flüssigkeitspumpe 18 und der Öffnung 17 sicherstellt, unabhängig davon, wo sich der Schwimmkörper auf der Oberfläche 8 einer flüssigen Phase 7 des sich im Tank enthaltenen Mediums gerade befindet, sei es bei einem fast leeren Tank, bei einem vollen Tank oder auch bei einem vertikal halbseitig, zum Beispiel auf der Seite des Einfüllstützens 9 vom Tankboden bis nach oben zugefrorenen Tank. Die Flüssigkeitspumpe 18 ist ausgangsseitig mit einer Austrittsleitung 22 verbunden, die aus dem Tank herausgepumptes Medium zu einer nicht näher dargestelllten Zuführeinrichtung zur Eindosierung des Mediums in den Abgastrakt weiterbefördert. Von der Austrittsleitung 22 zweigt eine Rücklauf- bzw. Überlaufleitung 24 ab, die gedrosselt einen Teil des herausgepumpten Mediums in das Tankinnere 5 zurückleitet. Die Pumpe 18 ist Teil eines Fördermoduls 20, das auf der Oberseite des Tanks vorzugsweise ungefähr im Zentrumsbereich der Oberseite des Tanks befestigt ist. Die Rücklaufleitung 24 führt durch das Fördermodul hindurch zur dem Tank zugewandten Unterseite des Einbaumoduls, wo sich ihre Öffnung befindet. Analog zur Flüssigkeitsleitung 16 erstreckt sich eine hinreichend lange und flexible elektrische Anschlussleitung 13 der Heizeinrichtung vom Heizkopf 11 durch den Schwimmkörper 10 hindurch zum Fördermodul 20, an dem diese befestigt ist. Am Fördermodul kann die elektrische Anschlussleitung 16 über elektrische Kontakte 19 zur Bestromung bzw. Ansteuerung der Heizeinrichtung kontaktiert werden.
Der durch den Schwimmkörper, den Heizkopf und einen Teil der Saug- bzw. Flüssigkeitsleitung 16 gebildete Schwimmheizer kann bei Einfrieren des flüssigen Mediums in einer verbleibenden flüssigen Phase schwimmen und die Saugleitung automatisch dorthin führen, wo noch Reduktionsmittel abgesaugt werden kann, unabhängig vom Füllstand des Tanks. Die Heizung sinkt mit dem fallenden Füllstand auf den Boden des Tanks. Mittels der mitschwimmenden Heizeinrichtung kann im Falle eines Einfrierens von AdBlue oberflächennahes AdBlue aufgetaut werden, Eishöhlen wie bei einer Heizung, die vom Eis bedeckt wird, können verhindert werden. So kann das komplette Volumen unterhalb der Heizung aufgebraucht und dosiert werden. Da nur die Oberfläche eines etwaigen Eisblocks aus AdBlue aufgetaut werden muss, ist das Schmelzen in kurzer Zeit oder bei geringer Heizleistung möglich. Über den warmen AdBlue-Rücklauf 24 aus dem Fördermodul 20 kann Wärme zu Eis aus den Seitenbereichen einer topfartigen Eiswand innerhalb des Tanks insbesondere oberhalb des Heizkopfs 11 transportiert werden, um das Schmelzen des Eises dort zu unterstützen. Schwappbewegungen der Flüssigkeit durch die Bewegung des Kraftfahrzeugs unterstützen dabei das Antauen der umgebenden Eiswände.
Alternativ kann auch ein nicht näher dargestellter insbesondere elektrischer Antrieb vorgesehen sein, um die mit einem Haltekörper, beispielsweise einem flexiblen Draht, verbundene Heizeinrichtung durch den Tank zu ziehen, um auch seitlich Eis anzuschmelzen. Alternativ kann der Rücklauf auch weggelassen werden und als Antrieb des Haltekörpers keine Strömungsbewegung des rücklaufenden Mediums, sondern ausschließlich die Fahrzeugeigenbewegung und die Strömungsbewegung des Mediums infolge des Absaugens bzw. Schmelzens verwendet werden. In einer weiteren alternativen Ausführungsform kann die Rücklaufleitung bzw. deren Ende in ihrem lateralen und vertikalen Abstand vom Schwimmkörper mittels einer flexiblen Verlängerung herunter zum Schwimmkörper so angeordnet sein, dass warmes AdBlue nicht in die flüssige Phase, sondern direkt auf eine die flüssige Phase umgebende AdBlue-Eiswand gelenkt wird. Alternativ können verschiedene Anordnungen der Rücklaufleitung vorgesehen sein, beispielsweise eine schräge Anordnung relativ zum Tankboden, um gezielt Wirbel in der aufgeschmolzenen Flüssigkeit zu erzeugen und somit eine verbesserte Verteilung des vom Heizkopf ausgehenden Wärmestroms zu unterstützen. In einer weiteren Alternative kann der Schwimmkörper nicht als Hohlkörper, sondern als schwimmfähiger Körper aus geschäumtem Neopren oder Silikon ausgeführt sein, der zusätzlich aufgrund seiner Kompressibilität als Eisdruckkompensationselement dienen kann. Für den Schwimmkörper können auch andere Materialien Verwendung finden, die eine geringere Dichte als AdBlue haben und denen die korrosive Wirkung des AdBlue nichts anhaben kann. Das Fördermodul bzw. die Pumpe kann auch separat angeordnet werden, beispielsweise vom Tank separiert oberhalb des Tanks, oder vom Tank separiert unterhalb des Tanks oder neben dem Tank. In einer weiteren Variante können die Saug- und/oder die Rücklaufleitung auch mit elektrischen Heizelementen versehen sein.
2 zeigt in einer Detailansicht 29 einen Teilbereich eines Tanks 2 mit einer Ausführungsvariante der Schwimmheizung 31 bzw. des Schwimmkörpers 10 mit einer seitlich angebrachten Leitwand 28. Pumpe 18 und Rücklaufleitung 30 befinden sich ebenso wie in der Anordnung nach 1 in einem auf der Tankoberseite angeordneten Fördermodul, was aus 2, einer skizzenhaften Darstellung, nicht hervorgeht. Man kann alternativ zur 2 auch 1 betrachten und gedanklich den Schwimmkörper ohne Leitwand durch den in 2 abgebildeten Schwimmkörper mit Leitwand ersetzen.
Die Leitwand 28 unterstützt eine definierte Strömungsführung 38 des rücklaufenden AdBlue um den Schwimmkörper herum, möglichst nahe einer benachbarten Eisfront 32.
Alternativ wird die Rücklaufleitung 30 analog zu der Weise, wie sich die Flüssigkeitsleitung 16 vom Schwimmkörper zum Fördermodul erstreckt (siehe 1), in flexibler Weise vom Fördermodul zum Schwimmkörper herabgeführt, ist die Rücklaufleitung am Schwimmkörper befestigt und ihre Öffnung in definiertem Abstand von der Leitwand auf Höhe des Schwimmkörpers angeordnet. Ein derartig vom Schwimmkörper geführter Rücklauf führt zu einer kontrollierten Strömung 38 des rücklaufenden Mediums in Abhängigkeit von der Position des Halte- bzw. Schwimmkörpers. Die Strömung 38 führt zu einem Unterdruck 34 zwischen Schwimmheizung und Eisfront und führt dazu, dass die Heizeinrichtung einer infolge Auftauens zurückweichenden Eisfront folgt. Damit wandert der Heizer durch den Tank und schmilzt das Eis vor sich in Bewegungsrichtung 36 auf. Insbesondere bei langen konstanten Geradeausfahrten in kalter Umgebung wie beispielsweise in spärlich besiedelten Gegenden Nordamerikas ist es möglich, dass Schwappbewegungen des AdBlue infolge der Fahrzeugeigenbewegung zu gering ausfallen, um ein Auftauen durch Verschieben der Schwimmheizung bzw. Durchmischen der flüssigen Phase zu unterstützen. Hier können solche Maßnahmen der kontrollierten Strömungsführung unterstützend eingreifen.
3 zeigt in einer Draufsicht 50 den Schwimmkörper 53 einer alternativen Schwimmheizung. Der Halte- bzw. Schwimmkörper ist drehbar an einem als Stange 51 ausgebildeten Führungselement gelagert, wobei die Stange 51 ihrerseits auf der der Schwimmheizung abgewandten Seite von einer zentral im Tank angeordneten Führungsachse 52 gehalten wird, die wahlweise durch eine (nicht näher dargestellte) Verbindung mit dem Einbaumodul bzw. der Tankoberseite gehalten wird oder sich bis zum Tankboden erstreckt und dort befestigt bzw. gelagert ist. Beispielsweise ist die Führungsachse 52 drehbar gelagert, und die Stange 51 greift in eine Führungsnut der Stange 52 ein, so dass sich der Schwimmkörper unabhängig vom Füllstand im Tank auf einer Kreisbahn 55 bewegen kann.
Mittels einer Führungseinrichtung (51, 52) ist also der Haltekörper derart beweglich gelagert, dass er sich, in einer Ebene parallel zur Flüssigkeitsoberfläche des Mediums betrachtet, lediglich auf eine vorgegebenen geschlossenen Bahn, insbesondere einer Kreisbahn, bewegen kann. So kann der Schwimmheizer Schicht für Schicht des Eises im Tank von oben nach unten aufschmelzen und über ein nicht näher dargestelltes Dosiersystem verzehren.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 10337572 [0003]

Claims

Tank für ein flüssiges Medium zum Einsatz in einer Abgasnachbehandlungsanordnung, insbesondere für ein Reduktionsmittel zur Reduktion von Stickoxiden im Abgas einer Brennkraftmaschine, beispielsweise für eine wässrige Harnstofflösung, dadurch gekennzeichnet, dass ein beweglich angeordneter Haltekörper (10, 53) zum Halten mindestens eines in den Tank einbringbaren und in eine flüssige Phase (7) des Mediums eintauchbaren Elements (11, 17) vorgesehen ist, so dass das zur thermischen Wechselwirkung mit dem Medium eingerichtete (11) und/oder zum Absaugen des Mediums verwendbare (17) Element verschiebbar ist.
Tank nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Haltekörper (10, 53) im Tankinnern (5) angeordnet ist.
Tank nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Haltekörper (10, 53) eingerichtet ist zum Halten des eintauchbaren Elements (11, 17) in einem vorgegebenen Abstandsbereich (21, 23) zur Flüssigkeitsoberfläche (8) der flüssigen Phase (7).
Tank nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Haltekörper (10, 53) als in der flüssigen Phase schwimmender Körper aufgebaut ist.
Tank nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine eintauchbare Element mit dem Haltekörper verbunden ist.
Tank nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Heizeinrichtung (11, 12, 13) zum Erwärmen des Mediums vorgesehen ist.
Tank nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine zur thermischen Wechselwirkung mit dem Medium eingerichtete Element ein Heizkopf (11) der Heizeinrichtung (11, 12, 13) ist.
Tank nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine zum Absaugen des Mediums verwendbare Element eine Öffnung (17) einer Flüssigkeitsleitung (16) zum Herausbefördern des Mediums aus dem Tank (2) ist.
Tank nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeitsleitung flexibel ist.
Tank nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeitsleitung (16) mit einer Flüssigkeitspumpe (18) verbunden ist zum Herauspumpen des Mediums aus dem Tank.
Tank nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass am Ausgang der Flüssigkeitspumpe (18) eine Rücklaufleitung (24, 30), insbesondere eine gedrosselte Rücklaufleitung, abzweigt.
Tank nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Rücklaufleitung (30) dazu eingerichtet ist, das Medium seitlich am Haltekörper (10) vorbeiführend in den Tank zurückzuleiten.
Tank nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (18) in. einem Fördermodul (20) angeordnet ist.
Tank nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Fördermodul (20) auf der Oberseite (25) des Tanks (2) angeordnet ist.
Tank nach Anspruch 7 und nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektrische Anschlussleitung (13) der Heizeinrichtung ( 11, 12, 13) durch das Fördermodul (20) geführt ist, so dass die Heizeinrichtung über am Fördermodul angeordnete elektrische Kontakte (19) angesteuert werden kann.
Tank nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Haltekörper (53) mittels einer Führungeinrichtung (51, 52) derart beweglich gelagert ist, dass er sich, in einer Ebene parallel zur Flüssigkeitsoberfläche (8) des flüssigen Mediums betrachtet, lediglich auf einer vorgegebenen geschlossenen Bahn (55), insbesondere einer Kreisbahn, bewegen kann.