DE102015015442A1 - Reducing agent system with a heated tank - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft das Heizkonzept eines Reduktionsmittelsystems für Kraftfahrzeuge. Aufgabe ist ein verbessertes Heizkonzept für ein Reduktionsmittelsystem, das das Auftauen des gesamten Tankinhalts beinhaltet und dabei Abdichtungsprobleme ausschließt. Gelöst wird die Aufgabe durch ein Reduktionsmittelsystem, bei dem der Tankinhalt nicht direkt durch ein Heizelement beheizt wird, sondern mit Hilfe eines Heizfluides, das in einem Durchlauferhitzer aufgeheizt wird. Dazu weist der Tank ein heizfluiddurchströmtes Schlauchsystem auf, wobei das Schlauchsystem mit dem Durchlauferhitzer einen geschlossenen Heizkreis bildet.The invention relates to the heating concept of a reducing agent system for motor vehicles. The task is an improved heating concept for a reducing agent system, which includes the thawing of the entire tank contents, thereby eliminating sealing problems. The object is achieved by a reducing agent system in which the tank contents are not heated directly by a heating element, but with the aid of a heating fluid, which is heated in a water heater. For this purpose, the tank has a heating fluid flowing through the hose system, wherein the hose system forms a closed heating circuit with the water heater.
Description
Die Erfindung betrifft das Heizkonzept eines Reduktionsmittelsystems für Kraftfahrzeuge. Reduktionsmittelsysteme für Kraftfahrzeuge, beispielsweise mit dem Reduktionsmittel Harnstofflösung (AdBlue), erfordern eine Beheizung verschiedener Systemkomponenten wie Vorratstank, Dosiermodul, Filter, Verbindungsleitungen usw., da z. B. Harnstofflösung bei –11°C gefriert. Andererseits darf auch keine Erwärmung über 60°C stattfinden, da sich Harnstofflösung sonst zersetzt und Ammoniak frei wird.The invention relates to the heating concept of a reducing agent system for motor vehicles. Reducing agent systems for motor vehicles, for example, with the reducing agent urea solution (AdBlue), require heating of various system components such as storage tank, metering module, filters, connecting lines, etc., since z. B. urea solution at -11 ° C freezes. On the other hand, no heating may take place above 60 ° C, because urea solution decomposes otherwise and ammonia is released.
Stand der Technik sind daher keramische Kaltleiterheizelemente, sogenannte PTC-Heizelemente, die selbsttätig ihre Temperatur nach oben begrenzen. Um möglichst effizient gefrorene Harnstofflösung in einem Tank auftauen zu können, ist das Heizelement bevorzugt im Tankinneren angeordnet. Dies bedingt aber Probleme bei der Abdichtung des Heizelementes, da Harnstofflösung sehr aggressiv ist und bei Undichtigkeit der Abdichtung das Heizelement zerstört wird. Weiterhin nachteilig bringt ein PTC-Heizelement seine Wärme nur lokal begrenzt in einen Bereich des Tanks ein, das heißt die Heizwirkung und damit das Auftauen der Harnstofflösung ist nicht im gesamten Tank erzielbar.The prior art are therefore ceramic PTC thermistors, so-called PTC heating elements, which automatically limit their temperature upwards. In order to thaw frozen urea solution as efficiently as possible in a tank, the heating element is preferably arranged in the tank interior. However, this causes problems in the sealing of the heating element, since urea solution is very aggressive and the heating element is destroyed in case of leakage of the seal. Furthermore disadvantageous brings a PTC heating element only limited local heat in a region of the tank, that is, the heating effect and thus the thawing of the urea solution is not achievable in the entire tank.
Aufgabe ist daher ein verbessertes Heizkonzept für ein Reduktionsmittelsystem, das das Auftauen des gesamten Tankinhalts beinhaltet und dabei Abdichtungsprobleme ausschließt.Task is therefore an improved heating concept for a reducing agent system, which includes the thawing of the entire tank contents and thereby excludes sealing problems.
Gelöst wird die Aufgabe durch ein Reduktionsmittelsystem nach Anspruch 1. Weitere Merkmale und vorteilhafte Ausführungsvarianten sind den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung zu entnehmen.The object is achieved by a reducing agent system according to claim 1. Further features and advantageous embodiments are given in the dependent claims and the following description.
Gemäß Anspruch 1 wird der Tankinhalt nicht direkt durch ein Heizelement beheizt, sondern mit Hilfe eines Heizfluides, das in einem Durchlauferhitzer aufgeheizt wird.According to claim 1, the tank contents are not heated directly by a heating element, but with the aid of a heating fluid which is heated in a water heater.
Dies hat den Vorteil, dass bei gleichem Durchlauferhitzer die jeweilige Tankbeheizung individuell an jeden Tank anpassbar ist. Weiterhin vorteilhaft lässt sich so mit wenig Aufwand eine nachhaltige, im ganzen Tank verteilte flexible Heizung realisieren. Durch den abgeschlossenen Heizkreis kann dieser individuell auf das Reduktionsmittel abgestimmt werden. Somit lässt sich der Heizkreis mit niedrigem Druck, einer angepassten Temperatur und einer reduktionsmittelverträglichen Flüssigkeit betreiben. Ist ein elektrischer Durchlauferhitzer dabei außerhalb des Tanks angeordnet, so ist äußerst vorteilhaft keine Abdichtung elektrischer Bauteile gegen das Reduktionsmittel erforderlich.This has the advantage that, with the same instantaneous water heater, the respective tank heating can be individually adapted to each tank. Furthermore, advantageously, a sustainable, distributed throughout the tank flexible heating can be realized with little effort. Due to the closed heating circuit this can be tailored to the reducing agent. Thus, the heating circuit can be operated with low pressure, an adapted temperature and a reducing agent-compatible liquid. If an electric instantaneous water heater is arranged outside the tank, sealing of electrical components against the reducing agent is extremely advantageously unnecessary.
In einer einfachen Form ist das Schlauchsystem als wärmeabgebendes Bauteil aus mindestens einem flexiblen Schlauch ausgeführt, der in Abständen an der Tankwand befestigt sein kann. Bevorzugt ist das Schlauchsystem aber als zusammenhängend flächiges, flexibles Gebilde aus Kunststoff mit Kanälen für das Heizfluid ausgestaltet. Das Schlauchsystem kann dabei als geschlossene Fläche, aber auch mit Durchbrüchen oder nur als über Stegen zusammenhängendes Gebilde ausgestaltet sein. Äußerst bevorzugt besteht das Schlauchsystem dabei aus einer Reihe parallel verlaufender, dünner Kanäle (Rippen) mit jeweils einem Sammelraum am Zu- und Abfluss.In a simple form, the hose system is designed as a heat-emitting component of at least one flexible hose, which may be attached at intervals to the tank wall. Preferably, however, the hose system is designed as a coherent flat, flexible structure made of plastic with channels for the heating fluid. The tube system can be designed as a closed surface, but also with openings or only as connected by webs structure. Most preferably, the tube system consists of a series of parallel, thin channels (ribs), each with a collecting space at the inlet and outlet.
Dadurch lässt sich das gesamte wärmeabgebende Schlauchsystem dünn und leicht mit wenig Materialaufwand herstellen. Vorteilhaft lässt sich so mit einer kleinen Fluidmenge eine große Fläche im Tank beheizen. Als Material für das Schlauchsystem muss kein hoch temperaturbeständiger Kunststoff verwendet werden, sondern es kann beispielsweise ein Polyolefin wie Polypropylen oder Polyethylen verwendet werden. Diese Kunststoffe haben darüber hinaus den Vorteil, dass es im Falle einer Falschbetankung nicht gleich zu größeren Schäden am wärmeangebenden Schlauchsystem kommt. Weiterhin vorteilhaft kann es bei Beheizung durch das Schlauchsystem nicht zu einer Überhitzung an aus der Harnstofflösung herausragenden Teiles kommen, wie dies bei elektrischen Heizelementen der Fall sein kann.As a result, the entire heat-dissipating hose system can be produced thinly and easily with little material expenditure. Advantageously, a large area in the tank can be heated with a small amount of fluid. As a material for the hose system, no high temperature resistant plastic must be used, but it can be used, for example, a polyolefin such as polypropylene or polyethylene. In addition, these plastics have the advantage that in the case of incorrect refueling, greater damage to the heat-indicating hose system does not immediately occur. Further advantageously, heating by the hose system can not result in overheating of the part protruding from the urea solution, as may be the case with electric heating elements.
Denkbar ist die Herstellung des Schlauchsystems z. B. aus Endlosschlauchfolie, dessen Enden, mit Ausnahme von Zu- und Ablauf, und die Teilungsstege zwischen den Kanälen durch z. B. Rollschweißnähte verschlossen sind. Alternativ kann das Schlauchsystem auch durch zwei mit einander an den Abdichtstellen und Teilungsstegen verschweißten Folien hergestellt werden. Vorteil dieser Variante ist die freie Gestaltung der Außenkontur des Schlauchsystems durch anschließendes Ausstanzen der Kontur.Conceivable is the production of the hose system z. B. from endless tubular film whose ends, with the exception of inlet and outlet, and the dividing webs between the channels by z. B. Roll welding seams are closed. Alternatively, the tube system can be made by two with each other welded to the sealing points and dividing webs foils. Advantage of this variant is the free design of the outer contour of the hose system by subsequent punching the contour.
Zum Einbringen des wärmeabgebenden Schlauchsystems in den Tank weist der Tank bevorzugt eine Öffnung auf, die groß genug ist, um das Schlauchsystem in kompakter Form, z. B. zusammengerollt, hindurch stecken zu können. Die Öffnung ist danach durch einen Montageflansch dicht verschlossen, der zumindest zwei Durchbrüche für die Zuleitung von Zu- und Abfluss des Heizfluides aufweist.To introduce the heat-emitting tube system in the tank, the tank preferably has an opening which is large enough to the tube system in a compact form, for. B. rolled up to be stuck through. The opening is then sealed by a mounting flange having at least two openings for the supply of inflow and outflow of the heating fluid.
Der Durchlauferhitzer kann ein Durchlauferhitzer mit einem elektrischen Heizelement sein. Hierbei ist wegen seiner selbstabregelnden Eigenschaft ein PTC-Heizelement bevorzugt. Andere Heizelemente wie elektrisch leitender Kunststoff, Heizleiterbahnen (z. B. Dickschichttechnik), Stanzgitter, Rohrheizkörper oder dergleichen sind aber ebenfalls möglich.The water heater may be a water heater with an electric heating element. In this case, a PTC heating element is preferred because of its self-regulating property. Other heating elements such as electrically conductive plastic, Heated conductors (eg thick-film technology), stamped grid, tubular heater or the like are also possible.
Denkbar ist auch ein Durchlauferhitzer, der als Wärmetauscher zwischen dem ersten Heizfluid für das wärmeabgebende Schlauchsystem und einem zweiten Wärmefluid, insbesondere dem Kühlmittel eines Kraftfahrzeuges, ausgeführt ist. Dadurch kann die Wärme vom Kühlmittelkreislauf eines Kraftfahrzeuges indirekt zum Auftauen des Reduktionsmittels genutzt werden.Also conceivable is a water heater, which is designed as a heat exchanger between the first heating fluid for the heat-emitting tube system and a second thermal fluid, in particular the coolant of a motor vehicle. As a result, the heat from the coolant circuit of a motor vehicle can be used indirectly for thawing the reducing agent.
Wird Kühlmittel direkt zur Erwärmung des Reduktionsmittels im Tank genutzt, so hat dies den Nachteil, dass die Fluidführung im Tank dem hohen Druck im Kühlmittelkreislauf standhalten muss. Entsprechend massiv ist das Kanalsystem im Tank auszuführen. Darüber hinaus kann das Kühlwasser verunreinigt sein. Dünne Kanäle würden so schnell undurchlässig. Weiterhin nachteilig ist die Unverträglichkeit von Kühlmittel und Harnstofflösung. So führen sowohl Verunreinigungen von Kühlmittel durch Harnstofflösung als auch verunreinigtes Kühlmittel im Harnstoffsystem zu hohen Systemschäden, die schon durch kleine Undichtigkeiten verursacht werden können.If coolant is used directly for heating the reducing agent in the tank, this has the disadvantage that the fluid guide in the tank must withstand the high pressure in the coolant circuit. The channel system in the tank is correspondingly massive. In addition, the cooling water may be contaminated. Thin channels would be so fast impermeable. Another disadvantage is the incompatibility of coolant and urea solution. Both contaminants of coolant through urea solution and contaminated coolant in the urea system lead to high system damage, which can be caused by small leaks.
Diese Nachteile verhindert ein Wärmetauscher zur Entkopplung von Tankheizkreis als Niederdrucksystem und Kühlmittelkreis als Hochdrucksystem.These disadvantages prevent a heat exchanger for decoupling tank heating circuit as a low pressure system and coolant circuit as a high pressure system.
Bevorzugt verbunden mit einem geeigneten Temperaturmanagement (Regelung oder Steuerung mit Temperaturerfassung) ist in einer vorteilhaften Weiterbildung der Durchlauferhitzer sowohl als elektrischer Durchlauferhitzer als auch als Wärmetauscher zwischen dem ersten Heizfluid und einem zweiten Wärmefluid, insbesondere Kühlflüssigkeit, ausgeführt. Dabei erwärmt in einem ersten Zeitraum nach dem Start das elektrische Heizelement des kombinierten Durchlauferhitzers das Heizfluid. Hat die Kühlflüssigkeit dann eine vorgegebene Temperatur erreicht, kann das elektrische Heizelement abgeschaltet und, beispielsweise mit Hilfe eines Ventils, der Durchfluss der Kühlflüssigkeit durch den Durchflusserhitzer freigegeben werden, sodass dieser nun als Wärmetauscher betrieben wird.Preferably connected to a suitable temperature management (control or control with temperature detection) is in an advantageous development of the water heater both as an electric water heater and as a heat exchanger between the first heating fluid and a second heat fluid, in particular cooling liquid executed. In this case, heated in a first period after starting the electric heating element of the combined water heater, the heating fluid. If the cooling liquid has then reached a predetermined temperature, the electric heating element can be switched off and, for example by means of a valve, the flow of the cooling liquid through the flow heater can be released so that it is now operated as a heat exchanger.
Durch die alternative Schaltung wird dabei eine Wärmeübertragung vom Heizelement an die Kühlflüssigkeit verhindert, d. h. die gesamte el. Heizenergie wird zur Erwärmung des Reduktionsmittels genutzt.The alternative circuit prevents heat transfer from the heating element to the cooling liquid, ie. H. the entire el. heating energy is used to heat the reducing agent.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Durchlauferhitzer einen Heizblock aus einem gut wärmeleitenden Material wie Aluminium auf. Dieser ist bevorzugt mit getrennten Durchflusskanälen für das Heizfluid und das zweite Wärmefluid ausgeführt. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass der Heizblock ein Strangpressprofil ist, das mit mindestens drei Kanälen ausgeführt ist. In zwei Kanälen sind äußerst bevorzugt Rohre für einen guten Wärmeübergang zwischen dem Heizblock und dem Heizfluid, bzw dem zweiten Wärmefluid, angeordnet. Für einen guten Wärmeübergang sind diese vorteilhaft in den Kanälen verpresst oder verlötet. Der dritte Kanal weist mindestens ein Heizelement, insbesondere ein verpresstes PTC-Element, auf.In an advantageous embodiment, the water heater has a heating block of a good heat conducting material such as aluminum. This is preferably carried out with separate flow channels for the heating fluid and the second thermal fluid. For example, it can be provided that the heating block is an extruded profile, which is designed with at least three channels. In two channels, tubes are very preferably arranged for a good heat transfer between the heating block and the heating fluid or the second thermal fluid. For a good heat transfer, these are advantageously pressed or soldered in the channels. The third channel has at least one heating element, in particular a compressed PTC element.
Bevorzugt wird das Heizfluid durch eine Pumpe in einem Zwangsumlauf geführt. Äußerst bevorzugt sind dabei Durchlauferhitzer und Pumpe in wärmeleitendem Kontakt zueinander, beispielsweise in Form einer kompakten Baueinheit, nach außen aber thermisch isoliert, ausgeführt. In diesem Fall kann auch die Abwärme der Pumpe zur Beheizung des Heizfluides beitragen und so energetisch genutzt werden.Preferably, the heating fluid is passed through a pump in a forced circulation. It is highly preferred that the instantaneous water heater and pump are in heat-conducting contact with each other, for example in the form of a compact unit, but thermally insulated from the outside. In this case, the waste heat of the pump can contribute to the heating of the heating fluid and thus be used energetically.
In einer besonders effizienten Weiterbildung wird der Durchlauferhitzer und das Heizfluid nicht nur zur Erwärmung des Tankinhaltes genutzt, sondern auch zur Erwärmung von weiteren Komponenten wie Filter, Fördermodul oder Reduktionsmittelleitungen, insbesondere der Dosierleitung. Dazu weisen die Komponenten geeignete, vom Heizfluid durchströmbare Kanäle auf. Bevorzugt sind dabei die Heizkreise der weiteren Komponenten parallel zum Heizkreis des Tanks ausgeführt.In a particularly efficient development of the water heater and the heating fluid is not only used to heat the tank contents, but also for heating of other components such as filters, delivery module or reducing agent lines, in particular the dosing. For this purpose, the components have suitable channels through which the heating fluid can flow. Preferably, the heating circuits of the other components are executed parallel to the heating circuit of the tank.
Alternativ zur Anordnung des wärmeabgebenden Schlauchsystems im Inneren des Tanks kann das Schlauchsystem auch außen am Tank in wärmeleitender Verbindung zur Tankwand angeordnet sein. Die wärmeleitende Verbindung kann dabei beispielsweise über anextrudierte Stege und eine Spiegelschweißverbindung erfolgen. Weiterhin weist die der Tankwand abgewandte Seite des Schlauchsystems bevorzugt eine Wärmeisolierschicht auf.Alternatively to the arrangement of the heat-emitting hose system inside the tank, the hose system can also be arranged outside the tank in heat-conducting connection to the tank wall. The thermally conductive connection can be done for example via anextruded webs and a mirror welded connection. Furthermore, the side of the hose system facing away from the tank wall preferably has a heat insulating layer.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden an Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigt:Further details and advantages of the invention will be explained with reference to embodiments with reference to the accompanying drawings. It shows:
Verbindungsleitungen
Außen an der Tankwand ist ein Montageflansch
Claims (12)
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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