DE102008012696A1 - Device for receiving liquid and use of such a device - Google Patents

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Abstract

Eine Vorrichtung dient zur Aufnahme von Flüssigkeit. Die Vorrichtung weist einen Behälter auf, wobei oberhalb der Flüssigkeit in dem Behälter ein Gaspolster ausgebildet ist. Erfindungsgemäß sind sämtliche Wandungen des Behälters so ausgebildet, das sich der innere Querschnitt des Behälters in Richtung des Gaspolsters erweitert. Die bevorzugte Verwendung einer derartigen Vorrichtung ist die Aufnahme von Wasser oder wässrigen Lösungen in einem Kraftfahrzeug, da diese den Vorteil aufweist, ohne Beschädigung einfrieren zu können.A device serves to receive liquid. The device has a container, wherein above the liquid in the container, a gas cushion is formed. According to the invention all walls of the container are formed so that widens the inner cross section of the container in the direction of the gas cushion. The preferred use of such a device is the inclusion of water or aqueous solutions in a motor vehicle, as this has the advantage of being able to freeze without damage.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Aufnahme von Flüssigkeit nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art. Außerdem betrifft die Erfindung die Verwendung einer derartigen Vorrichtung.The The invention relates to a device for receiving liquid according to the closer defined in the preamble of claim 1. Art also concerns the invention the use of such a device.

Gattungsgemäße Vorrichtungen zur Aufnahme von Flüssigkeiten sind aus dem Stand der Technik bekannt. Sie dienen beispielsweise zum Auffangen von Wasser, welches aus einem Wasser produzierenden System, beispielsweise einem Brennstoffzellensystem in einem Kraftfahrzeug, abgeschieden wird. Das abgeschiedene Wasser wird in derartige Behältern transportiert, um bei bestimmten Bedingungen beispielsweise abgelassen oder wieder verwendet zu werden. Eine weitere alternative Ausführung ist beispielsweise ein Behälter für eine wässrige Harnstofflösung, wie er in Abgasreinigungsanlagen für Kraftfahrzeuge eingesetzt werden kann.Generic devices for holding liquids are known from the prior art. They serve for example for collecting water, which is produced from a water System, for example a fuel cell system in a motor vehicle, is deposited. The separated water is transported in such containers, for example, in certain conditions drained or again to be used. Another alternative embodiment is for example, a container for one aqueous urea solution, such as he in emission control systems for Motor vehicles can be used.

Grundsätzlich sind alle Behälter, welche eine Flüssigkeit enthalten, welche sich bei üblicherweise auftretenden Temperaturen verfestigt (und hier spielt insbesondere das Einfrieren von Wasser oder wässrigen Lösungen eine Rolle), besonders problematisch. Beim Einfrieren von Flüssigkeit in derartigen Behältern kommt es bekanntermaßen zu einer starken Ausdehnung der sich verfestigenden Flüssigkeit. Diese starke Ausdehnung der Flüssigkeit verursacht sehr hohe Materialspannungen in den Wandungen der Vorrichtung. Deshalb werden gemäß dem Stand der Technik derartige Gehäuse und sämtliche die Flüssigkeit berührende Oberflächen sowie mit Flüssigkeit gefüllte Ausnehmungen, Bohrungen, Kanäle und dergleichen entsprechend ausgelegt, so dass aufgrund der Materialwahl und insbesondere der Stärke der Wandungen die hohen Materialspannungen verkraftet werden können. Dies ermöglicht eine gewisse Lebensdauer bzw. eine gewisse Anzahl von Einfrierzyklen. Nach dem Erreichen der Lebensdauer müssen die Teile dann ausgetauscht werden.Basically all containers, which is a liquid included, which is usually occurring Temperatures solidified (and here in particular the freezing of water or aqueous solutions a role), especially problematic. When freezing liquid in such containers it is known to a large extent of the solidifying liquid. These strong expansion of the liquid causes very high material stresses in the walls of the device. Therefore, according to the state of Technology such housing and all the liquid touching surfaces as well as with liquid filled Recesses, holes, channels and the like designed accordingly, so that due to the choice of materials and especially the strength the walls the high material stresses can be coped with. This allows a certain life or a certain number of freezing cycles. After reaching the service life, the parts must then be replaced become.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, derartige Vorrichtungen so auszulegen, dass die oben genannten Nachteile vermieden werden können, und dass ein Einfrieren der in der Vorrichtung enthaltenen Flüssigkeit nicht zu einer Beschädigung derselben führt.task It is now the object of the present invention to provide such devices to be interpreted as meaning that the abovementioned disadvantages can be avoided, and that a freezing of the liquid contained in the device not to damage them leads.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass sämtliche Wandungen des Behälters so ausgebildet sind, dass sich der innere Querschnitt in Richtung des Gaspolsters erweitert. Die Komponente ist damit so ausgelegt, dass die darin enthaltene Flüssigkeit beim Einfrieren so einfriert, dass die Eisphase in Richtung der Flüssigkeitsoberfläche wächst und dabei eine Bewegung in dem sich erweiternden Querschnitt möglich ist. Damit bleiben flüssige Bereiche zurück, welche entsprechend abströmen können, so dass sich ein in das Gaspolster hineinragender ”Eisberg” bildet und so eine Volumenausdehnung in Querrichtung zu den Wandungen des Behälters weitgehend vermieden werden kann.According to the invention this is achieved by all Walls of the container are formed so that the inner cross section in the direction expanded the gas cushion. The component is thus designed that the liquid contained therein when freezing so freezes that the ice phase in the direction of Liquid surface grows and thereby a movement in the widening cross-section is possible. This leaves liquid Areas back, which flow accordingly can, so that an "iceberg" protruding into the gas cushion forms and so a volume expansion in the transverse direction to the walls of the Container largely can be avoided.

Dadurch wird der Eintrag von Materialspannungen in das Material und die Wandungen des Behälters deutlich reduziert. Es wird durch die Ausdehnung in das Gaspolster hinein lediglich der Druck in dem Gaspolster erhöht. Da eine Druckerhöhung in dem Gaspolster mit weitaus geringeren Kräften verbunden ist als eine Krafteinwirkung durch sich beim Einfrieren ausdehnendes Material, kann somit die eingangs genannte Aufgabe gelöst werden.Thereby is the entry of material stresses in the material and the Walls of the container significantly reduced. It is due to the expansion in the gas cushion only the pressure in the gas cushion increases. As an increase in pressure in the Gas cushion associated with much lower forces than one Force caused by freezing material, Thus, the object mentioned above can be achieved.

Gemäß einer besonders günstigen Ausgestaltung der Erfindung gilt dies auch für an den Behälter angrenzende, mit diesem in Kontakt stehende Ausbuchtungen, Kanäle oder dergleichen. Damit erfolgt auch hier die Ausdehnung in Richtung des Behälters und damit zumindest indirekt in Richtung des in dem Behälter befindlichen Gaspolsters. Somit kann auch eine Materialschädigung im Bereich der Ausbuchtungen, Kanäle oder dergleichen und insbesondere in den besonders empfindlichen Übergangsstellen vermieden werden.According to one especially favorable Embodiment of the invention, this also applies to adjacent to the container, with this in contact bulges, canals or like. Thus, here too, the expansion in direction of the container and thus at least indirectly in the direction of that located in the container Gas cushion. Thus, a material damage in the region of the bulges, channels or the like and in particular in the particularly sensitive crossing points be avoided.

In einer weiteren Ausgestaltung sind in den Ausbuchtungen, Kanälen oder dergleichen Sensoren, Ventile oder vergleichbare Elemente untergebracht.In a further embodiment are in the bulges, channels or housed like sensors, valves or similar elements.

Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Querschnitte können in den Ausbuchtungen, Kanälen oder dergleichen die Materialspannungen beim Einfrieren vermieden oder zumindest deutlich reduziert werden, wie oben ausgeführt worden ist. Damit sind auch die Ventile, Sensoren oder dergleichen vor einer Schädigung durch einfrierendes Material weitgehend geschützt.by virtue of the embodiment of the invention the cross sections can in the bulges, channels or the like avoided the material stresses during freezing or at least significantly reduced, as stated above. Thus, the valves, sensors or the like in front of a damage largely protected by freezing material.

Beim Einsatz von metallischen Behältern, welche die Wärme sehr gut leiten, kommt darüber hinaus der Effekt zum Tragen, dass die Flüssigkeit von der Wandung her gefrieren wird, da hier die niedrigsten Temperaturen vorliegen. Da das Gehäuse, wenn dieses als metallisches Gehäuse ausgebildet ist, aufgrund der guten Wärmeleitfähigkeit in allen Bereichen eine sehr ähnliche Temperatur haben wird, erfolgt ein Einfrieren vergleichsweise gleichmäßig von der Seite des Gehäuses her, so dass die Eisbergbildung in Richtung des Gaspolsters unterstützt wird, da in der Mitte der Öffnungen und Kanäle die flüssige Phase später gefrieren wird als an den Rändern des Behälters.At the Use of metallic containers, which the heat lead very well, come on it In addition, the effect of carrying the liquid from the wall ago will freeze, since there are the lowest temperatures. Because the case, if this as a metallic case is formed, due to the good thermal conductivity in all areas a very similar one Temperature is freezing takes place relatively evenly from the Side of the housing so that the formation of ice in the direction of the gas cushion is supported, there in the middle of the openings and channels the liquid phase later will freeze as at the edges of the container.

Der bevorzugte Verwendungszweck von derartigen Vorrichtungen liegt im Einsatz zur Aufnahme von Wasser oder wässrigen Lösungen in Kraftfahrzeugen. Da Kraftfahrzeuge in europäischen Breiten häufig Temperaturen unter dem Gefrierpunkt ausgesetzt sind, können die besonderen Vorteile der Vorrichtung hier voll genutzt werden.The preferred use of such devices is in use for receiving water or aqueous solutions in motor vehicles witness. Since vehicles in European latitudes are often exposed to temperatures below freezing, the particular advantages of the device can be fully utilized here.

Die Vorrichtung kann durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung so ausgelegt werden, dass ihr Material deutlich weniger Materialspannungen aufnehmen muss. Dies ermöglicht also insbesondere eine Auslegung der Vorrichtung mit geringen Wandstärken und damit eines entsprechend geringeren Gewichts. Dies stellt insbesondere bei der Verwendung in Kraftfahrzeugen einen entscheidenden Vorteil dar, da hier Gewichtseinsparung immer auch eine Kosteneinsparung des Fahrzeugs bedeutet.The Device can be designed by the inventive design be that their material absorb significantly less material stresses got to. this makes possible So in particular an interpretation of the device with low wall thicknesses and thus a correspondingly lower weight. This in particular represents when used in motor vehicles a decisive advantage because weight saving is always a cost saving of the vehicle means.

Ferner muss bei der Herstellung der Behälter keine so hohe Anforderung an die Oberflächenqualität gelegt werden, da Kristallisationskeime, welche eine Eisbildung auslösen, im Bereich der Wandungen aufgrund der oben beschriebenen Abläufe eher förderlich als störend sind. Auch dies ist ein besonderer Vorteil beim Einsatz in Kraftfahrzeugen, da hier durch die möglichen Einsparungen bei den typischerweise hohen Stückzahlen in Kraftfahrzeugen ein entsprechend hohes Potenzial steckt. Auch die Vorteile hinsichtlich Lebensdauer und Robustheit der Vorrichtung spielen bei Fahrzeugen, welche im Falle einer Panne in die Werkstatt zurückgebracht werden müssen und dann vom Kunden/Nutzer als unzuverlässig wahrgenommen werden, eine besondere Rolle.Further must be in the production of the container no so high demands are placed on the surface quality, since nuclei, which cause ice formation, in the area of the walls due to the processes described above rather beneficial as disturbing are. This too is a particular advantage when used in motor vehicles, here by the possible Savings on the typically high volumes in motor vehicles there is a correspondingly high potential. Also the advantages regarding Lifetime and robustness of the device play in vehicles, which must be returned in the event of a breakdown in the workshop and then perceived by the customer / user as unreliable, one special role.

Die bevorzugte Verwendung in einem Kraftfahrzeug kann die Verwendung als Wasserabscheider in einem Brennstoffzellensystem sein. Bei derartigen Systemen fällt vergleichsweise viel Wasser an, welches nicht kontinuierlich an die Umgebung abgegeben werden kann, um, insbesondere bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt, ein Vereisen der Straßen zu vermeiden. Das Wasser muss also bei Temperaturen unter dem Nullpunkt bis zu einer gezielten Ablassung mitgeführt werden. Hier spielen die Behälter eine besondere Rolle, da es beim Abstellen des Fahrzeugs, bevor ein derartiges Ablassen des gesammelten Wassers erfolgen konnte, zu einem Einfrieren dieses Wassers und bei herkömmlichen Vorrichtungen damit zu einer Schädigung des Fahrzeugs kommen kann.The Preferred use in a motor vehicle may be the use as a water separator in a fuel cell system. In such Systems drops comparatively much water, which is not continuous The environment can be delivered to, especially at temperatures below freezing, avoid icing the streets. The water So it must be at temperatures below zero until a deliberate discharge carried become. Here are the containers a special role as it is when parking the vehicle before such a discharge of the collected water could take place, to freeze this water and conventional devices with it to injury of the vehicle can come.

Ein weiterer besonders günstiger Einsatzzweck sieht vor, dass derartige Vorrichtungen Verwendung finden können, um die wässrige Harnstofflösung, wie sie häufig in modernen Abgasnachbehandlungsanlagen in Kraftfahrzeugen benötigt wird, zu transportieren. Auch hier besteht die Gefahr eines Einfrierens der wässrigen Lösung, welche durch die erfindungsgemäße Vorrichtung bei geringem Materialeinsatz, geringem Gewicht und zuverlässigem und robustem Behälter begegnet werden kann.One further particularly favorable Purpose provides that such devices use can find around the watery Urea solution, as they often do is needed in modern exhaust aftertreatment systems in motor vehicles, too transport. Again, there is a risk of freezing the aqueous Solution, which by the device according to the invention with low material usage, low weight and reliable and robust container can be countered.

Claims (6)

Vorrichtung zur Aufnahme von Flüssigkeit mit einem Behälter, wobei oberhalb der Flüssigkeit in dem Behälter ein Gaspolster ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche Wandungen des Behälters so ausgebildet sind, dass sich der innere Querschnitt des Behälters in Richtung der Gaspolsters erweitert.Device for receiving liquid with a container, wherein above the liquid in the container, a gas cushion is formed, characterized in that all the walls of the container are formed so that widens the inner cross section of the container in the direction of the gas cushion. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an den Behälter angrenzende, mit diesem in Kontakt stehende Ausbuchtungen, Kanäle oder dergleichen so ausgebildet sind, dass sich der innere Querschnitt derselben in Richtung des Gaspolsters in dem Behälter erweitert.Device according to claim 1, characterized in that that to the container adjacent bulges, canals, or in contact with it The like are formed so that the inner cross section it expands in the direction of the gas cushion in the container. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausbuchtungen, Kanäle oder dergleichen zur Aufnahme von Sensoren, Ventilen oder dergleichen vorgesehen sind.Device according to claim 2, characterized in that that the bulges, channels or the like for receiving sensors, valves or the like are provided. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 zur Aufnahme von Wasser oder wässrigen Lösungen in einem Kraftfahrzeug.Use of a device according to one of claims 1 to 3 for receiving water or aqueous solutions in a motor vehicle. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 als Wasserabscheider oder Wasserauffangbereich eines solchen in einem Brennstoffzellensystem eines Kraftfahrzeugs.Use of a device according to one of claims 1 to 3 as a water separator or water collecting area of such in a fuel cell system of a motor vehicle. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 zur Aufnahme von wässriger Harnstofflösung zur Verwendung in einer Abgasnachbehandlungsanlage in einem Kraftfahrzeug.Use of a device according to one of claims 1 to 3 for receiving aqueous urea solution for use in an exhaust aftertreatment system in a motor vehicle.
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