DE102015204353A1

DE102015204353A1 - Behälter für ein flüssiges Betriebsmittel eines Kraftfahrzeuges und Kraftfahrzeug mit einem solchen Behälter

Info

Publication number: DE102015204353A1
Application number: DE102015204353.3A
Authority: DE
Inventors: Andreas Bruhn; Markus Wolf
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2015-03-11
Filing date: 2015-03-11
Publication date: 2016-09-15
Also published as: US10408106B2; CN107208520B; WO2016142107A1; US20170350296A1; CN107208520A

Abstract

Die hier offenbarte Technologie betrifft einen Behälter für ein flüssiges Betriebsmittel eines Kraftfahrzeuges, umfassend: i) einen Außenbehälter, der ein Behältervolumen ausbildet; ii) mindestens eine Heizvorrichtung, die ausgebildet ist, gefrorenes Betriebsmittel aufzutauen, und iii) eine Abtrennung, die das Behältervolumen in einen proximalen Bereich und einen distalen Bereich unterteilt. Der proximale Bereich ist näher an der mindestens einen Heizvorrichtung angeordnet als der distale Bereich. Die Abtrennung ist ausgebildet, in der Einbaulage E-E des Behälters mehr Betriebsmittel zwischen den proximalen Bereich und den distalen Bereich durchzulassen als in einer Schräglage S-S des Behälters.

Description

Die hier offenbarte Technologie betrifft einen Behälter für ein flüssiges Betriebsmittel eines Kraftfahrzeuges sowie ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Behälter.
Bei Kraftfahrzeugen mit einem Verbrennungsmotor muss aufgrund der Abgasgesetzgebung unter anderem der Schadstoff NOx reduziert werden. Eine Methode, die zur Anwendung kommt, ist das sogenannte SCR-Verfahren („Selective Catalytic Reduction”), bei dem der Schadstoff NOx unter zu Hilfenahme von flüssigem Reduktionsmittel zu N2 und H2O reduziert wird. Dazu fördert eine Pumpe das Reduktionsmittel über eine Leitung von einem Behälter zu einem Dosiermodul. Die in der Regel als Reduktionsmittel verwendete wässrige Harnstofflösung gefriert bei –11°C und muss daher bei tiefen Temperaturen durch eine Heizung aufgetaut werden. Da eine punktförmige Heizung die Randbezirke des Tanks nicht oder nur schlecht erreicht, ist versucht worden, die Auftauleistung durch eine flächige Heizung, die in Bodennähe im Inneren des Tanks aufgespannt wird, zu vergrößern. Problematisch dabei ist, dass das gefrorene Reduktionsmittel, insbesondere bei einem vollem Tank, eine sehr große Eismasse darstellt. Die Heizung kann dann nur bei einer hohen Oberflächentemperatur das Eis im Bereich um die Heizung auftauen. Bei einer niedrigen Heizungstemperatur reicht die Heizleistung infolge des Wärmeabflusses in die große Eismasse nicht mehr aus, um das heizungsferne Eis zu schmelzen. Die große Eismasse erwärmt sich zwar etwas, für ein generelles Auftauen ist die Heizleistung jedoch zu gering.
In der DE 10 2009 046 969 A1 wurde daher vorgeschlagen, die Heizung durch einen Kunststofftopf von der Gesamteismenge abzuschotten. Das Eis wird hier durch eine Heizung im Topf aufgetaut und die von der Heizung erzeugte Wärme kann aufgrund der isolierenden Wirkung der Topfwand nicht in die große Eismasse außerhalb des Kunststofftopfes entweichen. Um auch das Eis außerhalb des Kunststofftopfes verflüssigen zu können, hat der Topf in seinem unteren Bereich Öffnungen, durch welche die aufgewärmte Flüssigkeit das Eis angreifen kann, das sich außerhalb des Topfes im Bodenbereich befindet. Um den Wärmeeintrag von der warmen Flüssigkeit in das Eis effizienter zu gestalten, wird der Außenbereich oberhalb der Öffnungen durch einen Isolierkragen von der Gesamteismasse thermisch abgetrennt. Durch das Schwappen der Flüssigkeit im Fahrbetrieb kann die Wärme über die Öffnungen an das Eis unterhalb des Isolierkragens übertragen werden.
Durch die Öffnungen im Kunststofftopf und im Isolierkragen kann das bereits verflüssigte Betriebsmittel bei schräg geparktem Fahrzeug aus dem Kunststofftopf bzw. Isolierkragen ausströmen und in distalen Bereichen zwischen Behälterwand und Eis festfrieren. Es kann dadurch zum Anwachsen der Eismenge in den distalen Bereichen kommen, insbesondere da der Isolierkragen den Wärmeeintrag zu diesen Eisschichten unterbindet.
Wird das SCR-System bei gefrorenem Tank dann wieder in Betrieb genommen, befindet sich für den Start des SCR-Systems nicht genügend flüssiges Betriebsmittel im Behälter. Überdies kann es dazu kommen, dass die Heizvorrichtung nicht in Kontakt mit dem Betriebsmittel ist, da das vormals flüssige Betriebsmittel in den distalen Bereichen festgefroren ist. Es bildet sich dann am Behälterflansch eine Kammer ohne Betriebsmittel. Die Heizvorrichtung kann dann nicht effizient das Eis abtauen, da das Betriebsmittel als Medium zur Wärmeübertragung fehlt. Vielmehr kann es passieren, dass die Heizvorrichtung zunächst durch Wärmestrahlung einen Teil des umliegenden Eises anschmelzen muss. Es kommt somit zu einem erheblichen Zeitverzug. Ein Zeitverzug bei der Inbetriebnahme eines SCR-Systems ist nach gegenwärtiger Gesetzeslage in Deutschland nur eingeschränkt erlaubt. Beispielsweise schreibt der Gesetzgeber derzeit (2015) vor, dass das SCR-System innerhalb von 20 Minuten dosierbereit sein muss. Neben dem erheblichen Zeitverzug kann ebenfalls die Heizvorrichtung bzw. der Behälter durch diese nicht vorgesehene Benutzungsart beschädigt werden. Bei schräg geparktem Fahrzeug kann der Tankinhalt bevorzugt nicht mehr von der Heizvorrichtung wegfließen. Es bleibt ausreichend Additiv im Bereich der Heizung um ein nachhaltiges Auftauen zu gewährleisten.
Bei vorbekannten SCR-Systemen wird das Betriebsmittel in distalen Bereichen dem Behälter zugeführt. Die Einfüllrohre enden also in distalen Bereichen, in denen das Betriebsmittel erst mit erheblichem Zeitverzug aufgetaut wird. Ist das Ende des Einfüllrohrs zugefroren, so kann das Betriebsmittel nicht zugeführt werden.
Es ist eine Aufgabe der hier offenbarten Technologie, die Nachteile der vorbekannten Lösungen zu verringern oder zu beheben. Insbesondere ist es eine Aufgabe, ein Betriebsmittel bei schräg abgestellten Kraftfahrzeugen schneller wieder verfügbar zu machen, ohne dass es hierzu teure (elektrische, elektronische oder mechanische) Vorrichtungen bedarf. Ferner ist es eine Aufgabe der hier offenbarten Technologie, auch im Winter sicher und einfach einen Behälter für leicht gefrierende Betriebsmittel bereitzustellen, der auch bei tiefen Temperaturen betankt werden kann. Die Aufgabe(n) wird/werden gelöst durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1. Die abhängigen Ansprüche stellen bevorzugte Ausgestaltungen dar.
Die hier offenbarte Technologie betrifft einen Behälter bzw. Vorratsbehälter für ein flüssiges Betriebsmittel eines Kraftfahrzeuges. Das Betriebsmittel kann bspw. ein bei Umgebungstemperaturen von bis zu –30°C gefrierendes Betriebsmittel, insbesondere Additive (z. B. Reduktionsmittel) sein. Beispielsweise kann das Reduktionsmittel eine Harnstoff-Wasser-Lösung sein. Für die Abgasreinigung ist eine 32,5%-ige Harnstoff-Wasser-Lösung unter dem Handelsnamen Adblue^® erhältlich. Ein solches Reduktionsmittel gefriert unterhalb von minus 11°C. Das Betriebsmittel kann bspw. eine Reinigungsflüssigkeit von Scheiben- bzw. Scheinwerfer-Waschanlagen in Kraftfahrzeugen sein. Diese Reinigungsflüssigkeiten werden mit Frostschutzmittel zugesetzt. Allerdings senkt das Frostschutzmittel lediglich den Gefrierpunkt des Scheibenwischwassers auf ca. –17°C bis –20°C, so dass die Flüssigkeit trotz Frostschutzmittels bei Temperaturen von unter –20°C im Behälter und den Leitungen der Scheibenwaschanlage erstarren kann.
Der Behälter umfasst einen Außenbehälter, der ein Behältervolumen ausbildet bzw. umschließt bzw. eingrenzt. Das Behältervolumen ist das Volumen für das flüssige Betriebsmittel im Behälter, wobei im oberen Bereich des Behältervolumens in der Regel eine Luftschicht vorgesehen ist.
Im Behälter ist mindestens eine Heizvorrichtung vorgesehen, die ausgebildet ist, das gefrorene Betriebsmittel aufzutauen. Die Heizvorrichtung ist bevorzugt benachbart zum Behälterflansch bzw. benachbart zum Betriebsmittelauslass des Behälters vorgesehen. Als Heizvorrichtung kann jegliche Vorrichtung vorgesehen sein, die geeignet ist, das gefrorene Betriebsmittel aufzutauen. Oft werden hierzu Widerstandsheizungen oder PTCs (positive temperature coefficient) als Heizstein oder Heizfolie vorgesehen. Die Heizvorrichtung ist benachbart zum Betriebsmittelauslass ausgebildet, damit im Falle eines zugefrorenen Behälters zunächst direkt am Betriebsmittelauslass flüssiges Betriebsmittel generiert wird.
Die hier offenbarte Technologie umfasst ferner einen Behälter mit einer Abtrennung. Die Abtrennung kann das Behältervolumen in einen proximalen Bereich (erster Bereich) und einen distalen Bereich (zweiter Bereich) unterteilen (nachstehend werden vereinfachend lediglich die Begriffe „proximaler Bereich” und „distaler Bereich” angeführt). Der proximale Bereich kann näher an der mindestens einen Heizvorrichtung angeordnet sein als der distale Bereich. Hierbei ist jeweils der gesamte Bereich zu betrachten und es ist nicht ausgeschlossen, dass evtl. ein Teilbereich der mindestens einen Heizvorrichtung durch den distalen Bereich verläuft. Bevorzugt ist die Heizvorrichtung vollständig im proximalen Bereich angeordnet. Die Abtrennung kann alleine oder zusammen mit einem Außenwandbereich des Außenbehälters die mindestens eine Heizvorrichtung umschließen.
Die Abtrennung kann als hydrostatische Schleife ausgebildet sein. Eine hydrostatische Schleife ist eine Vorrichtung, die in einer ersten (Ausgangs)Lage das Strömen von Betriebsmittel von einem ersten Bereich zu einem zweiten Bereich zulässt, wohingegen die hydrostatische Schleife diese Strömung in einer zweiten (Schräg)Lage ungleich der ersten Lage verringert bzw. verhindert.
Die Abtrennung kann insbesondere ausgebildet sein, in der Einbaulage E-E des Behälters im Fahrzeug mehr Betriebsmittel zwischen dem proximalen Bereich und dem distalen Bereich durchzulassen, als in einer Schräglage S-S des Behälters mit Bezug auf die Einbaulage E-E im eingebauten Zustand. Alternativ zur Einbaulage E-E des Behälters kann auch die Lage des Kraftfahrzeuges herangezogen werden, wobei die Schräglage dann eine Lage ungleich der waagerechten Ausrichtung (auch Konstruktionslage genannt) des Kraftfahrzeugs ist. Ist der Behälter waagerecht im Kraftfahrzeug eingebaut, so stimmen die Bezugssysteme überein.
Insbesondere kann die Abtrennung derart ausgestaltet sein, dass im montierten Zustand des Behälters in einem Kraftfahrzeug der Behälter in einer waagerechten Lage des Kraftfahrzeuges mehr Betriebsmittel zwischen dem proximalen Bereich und dem distalen Bereich durchlässt bzw. durchlassen kann als in einer nicht waagerechten Schräglage des Kraftfahrzeuges, wie sie beispielsweise bei einer schrägen Parkposition des Kraftfahrzeuges auftritt. Die Abtrennung kann ausgebildet sein, in der Schräglage S-S des Behälters bzw. des Kraftahrzeuges den Durchfluss von Betriebsmittel zwischen dem proximalen Bereich und dem distalen Bereich zumindest teilweise, bevorzugt vollständig zu unterbinden. Insbesondere ist die Abtrennung dazu ausgebildet, während einer Schräglage S-S des Behälters bzw. des Kraftfahrzeuges zumindest einen Betriebsmittelstrom vom proximalen Bereich zum distalen Bereich zu unterbinden.
Die Abtrennung kann sich vom Außenbehälterboden mindestens so weit in Richtung der Außenbehälteroberseite erstrecken, dass sich das Betriebsmittel in einer Schräglage S-S des Behälters bzw. des Kraftfahrzeuges nicht über den oberen Rand der Abtrennung hinweg vom proximalen Bereich in den distalen Bereich gelangen kann. Bevorzugt erstreckt sich die Abtrennung zumindest bereichsweise, bevorzugt vollständig vom Außenbehälterboden bis zur Außenbehälteroberseite.
Bevorzugt umfasst die Abtrennung mindestens eine Doppelwandstruktur. Die Doppelwandstruktur kann mindestens zwei Wände umfassen, die zumindest bereichsweise parallel ausgebildet sind. Die Doppelwandstruktur kann insbesondere einen Kanal für das Betriebsmittel bilden. Die Doppelwandstruktur bildet also bevorzugt einen Betriebsmittelströmungskanal K aus, durch den in der Einbaulage des Behälters bzw. in der waagerechten Lage des Kraftfahrzeuges Betriebsmittel strömen kann, wohingegen in einer Schräglage des Kraftfahrzeuges bzw. des Behälters die Strömung durch den Strömungskanal verringert bzw. unterbunden ist.
Bevorzugt ist die Abtrennung bzw. Doppelwandstruktur aus einem isolierenden Material hergestellt. Besonders bevorzugt ist die Abtrennung bzw. Doppelwandstruktur aus demselben Material gefertigt wie der Außenbehälter, besonders bevorzugt durch Spritzgießen oder Blasformen.
Bevorzugt weist die Abtrennung in der Einbaulage E-E in der Draufsicht von oben auf den Behälter bzw. durch einen Schnitt durch den Behälter einen bogenförmigen Verlauf auf. Besonders bevorzugt verläuft die Abtrennung bogenförmig von einer Außenbehälterseitenwand zu einer zweiten Außenbehälterseitenwand und umschließt dabei die mindestens eine Heizvorrichtung. Besonders bevorzugt ist die mindestens eine Heizvorrichtung, die mindestens eine Pumpvorrichtung, und/oder der Betriebsmittelauslass mittig im Behälter angeordnet. So lässt sich besonders effizient das Betriebsmittel auftauen. Bevorzugt umschließt die Abtrennung zumindest bereichsweise konzentrisch die Heizvorrichtung bzw. Pumpvorrichtung. Bevorzugt ist die Abtrennung leicht beabstandet von der Heizvorrichtung angeordnet. Im Falle einer ringförmigen Heizvorrichtung kann bspw. ein Abstand zwischen dem Heizring und der Absperrung von ca. 1 bis 20 cm, bevorzugt 2 bis 10 cm, vorgesehen sein.
Bevorzugt sind in der Abtrennung mindestens zwei Öffnungen vorgesehen, die voneinander beabstandet vorgesehen sind. Der Abstand der beiden Öffnungen voneinander beträgt bevorzugt mindestens 0,5 L, bevorzugt mindestens 0,75 L und besonders bevorzugt mindestens 0,9 L, wobei L die Gesamtlänge der Abtrennung ist. Bevorzugt ist die erste der mindestens zwei Öffnungen eine proximale Öffnung, die den proximalen Bereich mit dem Kanal der Doppelwandstruktur verbindet. Ferner ist die zweite der mindestens zwei Öffnungen eine distale Öffnung, die den distalen Bereich mit dem Kanal der Doppelwandstruktur verbindet.
Die Öffnungen sind bevorzugt in Bodennähe positioniert. Auch kann eine Unterbrechnung in der Wand die Öffnung bilden. Auch kann Abtrennung nur einer Wand aufweisen. Beispielsweise kann die Außenwand eine zweite Wand sein, die insbesondere zusammen im der einen Wand einen Kanal ausbildet.
Bevorzugt weisen die mindestens zwei Öffnungen in unterschiedliche Richtungen, insbesondere derart, dass die Öffnungen einen Winkel größer 135° und kleiner 225° aufweisen (bezogen auf den Flächenschwerpunkt des proximalen Bereich und/oder Mitte Tankflansch).
Die mindestens zwei Öffnungen können an entgegengesetzten Enden der Abtrennung oder unmittelbar benachbart zu diesen Enden vorgesehen sein. Die Enden der Abtrennung können bspw. die Bereiche der Abtrennung sein, an denen die Abtrennung auf Seitenbereiche der Außenbehälterseitenwand trifft.
Insbesondere können die mindestens zwei Öffnungen, insbesondere mit Bezug auf die Heizvorrichtung, auf gegenüberliegenden Seiten angeordnet sein. Bevorzugt sind die Öffnungen gegenüberliegend (in Opposition zueinander) zu positionieren.
Bevorzugt mündet ein Betriebsmitteleinlass bzw. Einfüllrohr im proximalen Bereich, insbesondere derart, dass Betriebsmittel in den Behälter einströmen kann, wenn im distalen Bereich das Betriebsmittel gefroren ist. Bevorzugt mündet der Betriebsmitteleinlass unmittelbar benachbart zur mindestens einen Heizvorrichtung. Unmittelbar benachbart bedeutet, dass der maximale Abstand zwischen dem Betriebsmitteleinlass und der zu ihr nächsten Stelle der Heizvorrichtung maximal 0 cm bis 20 cm, bevorzugt 0 cm bis ca. 10 cm und besonders bevorzugt 0 cm bis ca. 5 cm beträgt.
Der Betriebsmitteleinlass kann aus einem Isoliermaterial hergestellt sein und/oder eine zusätzliche Isolation aufweisen. Der Betriebsmitteleinlass kann ferner mit Bezug auf die Isolation innenliegend ein Wärmeleitelement aufweisen, welches sich vom Mündungsbereich des Betriebsmitteleinlasses in den Betriebsmitteleinlass hinein erstreckt. Ist der Behälter zugefroren und erwärmt die Heizvorrichtung das Betriebsmittel unmittelbar benachbart zur Heizvorrichtung, so gelangt gleichzeitig ein gewisser Anteil der Wärme leicht in den Betriebsmitteleinlass hinein, so dass etwaige Eisschichten im Betriebsmitteleinlass schneller auftauen. Es kann somit lokal ein weiteres Sub-Volumen geschaffen werden, dass schneller auftaut. Das mindestens eine Wärmeleitelement kann an der Innenwand angebracht und/oder integriert sein. Alternativ kann es auch in den Innenbereich hinein ragen. Ferner kann das Wärmeleitelement mit der Heizvorrichtung verbunden sein oder Teil der Heizvorrichtung sein. Der Betriebsmitteleinlass ist bevorzugt siphonfrei ausgeführt. Der Betriebsmitteleinlass kann mindestens eine Abzweigung aufweisen. Die Abzweigung kann mit mindestens einem zweiten Einlasskanal verbunden sein. Die Abzweigung kann bevorzugt den einströmenden Betriebsmittelstrom auf mehrere Teilströme aufteilen, wobei zumindest ein erster Teilstrom im proximalen Bereich und ein zweiter Teilstrom im distalen Bereich im Behälter mündet. Insbesondere kann der zweite Einlasskanal im distalen Bereich münden. Die Abtrennung kann als hydrostatische Schleife (s. o.) und/oder als Schwalltopf ausgebildet sein. Bevorzugt umgibt die Abtrennung die mindestens eine Heizvorrichtung. Ein solcher Betriebsmitteleinlass ermöglicht, dass nachgefülltes Betriebsmittel zur Heizvorrichtung und/oder zu dem Levelsensor gelangt.
Die hier offenbarte Technologie betrifft ferner ein Kraftfahrzeug mit mindestens einem Behälter für ein flüssiges Betriebsmittel wie er hier offenbart ist. Insbesondere ist der Behälter im Kraftfahrzeug derart eingebaut, dass die Abtrennung in der Einbaulage E-E des Behälters und einer waagerechten Lage des Kraftfahrzeuges mehr Betriebsmittel zwischen dem proximalen Bereich und dem distalen Bereich durchlässt als in einer Schräglage S-S des Kraftfahrzeuges.
Die hier offenbarte Technologie kann auch durch folgende Aspekte beschrieben werden:

A. Behälter 100 für ein flüssiges Betriebsmittel eines Kraftfahrzeuges, umfassend: – einen Außenbehälter 110, der ein Behältervolumen 200, 300 ausbildet; – mindestens eine Heizvorrichtung 122, die ausgebildet ist, gefrorenes Betriebsmittel aufzutauen, und – eine Abtrennung 140, die das Behältervolumen 200, 300 in einen proximalen Bereich 200 und einen distalen Bereich 300 unterteilt, wobei der proximale Bereich 200 näher an der mindestens einen Heizvorrichtung 122 angeordnet ist als der distale Bereich 300, und wobei die Abtrennung 140 ausgebildet ist, in der Einbaulage E-E des Behälters 100 mehr Betriebsmittel zwischen den proximalen Bereich 200 und den distalen Bereich 300 durchzulassen als in einer Schräglage S-S des Behälters 100.
B. Behälter 100 nach Aspekt A, wobei die mindestens eine Heizvorrichtung 122 vollständig im proximalen Bereich 200 angeordnet ist.
C. Behälter 100 nach einem der vorherigen Aspekte, wobei die Abtrennung 140 alleine oder zusammen mit einem Außenwandbereich des Außenbehälters 110 die mindestens eine Heizvorrichtung umschließt.
D. Behälter 100 nach einem der vorherigen Aspekte, wobei die Abtrennung 140 sich vom Außenbehälterboden 112 mindestens so weit in Richtung der Außenbehälteroberseite 114 erstreckt, dass in der Schräglage S-S das Betriebsmittel nicht über den oberen Rand der Abtrennung 140 hinweg gelangen kann, und/oder wobei sich die Abtrennung 140 vom Außenbehälterboden 112 bis zur Außenbehälteroberseite 114 erstreckt.
E. Behälter 100 nach einem der vorherigen Aspekte, wobei die Abtrennung 140 mindestens eine Doppelwandstruktur 146, 148 aufweist.
F. Behälter 100 nach einem der vorherigen Aspekte, wobei die Abtrennung 140 einen bogenförmigen Verlauf aufweist.
G. Behälter 100 nach einem der vorherigen Aspekte, wobei in der Abtrennung 140 voneinander beabstandet mindestens zwei Öffnungen 142, 144 vorgesehen sind.
H. Behälter 100 nach Aspekt G, wobei die mindestens zwei Öffnungen 142, 144 an entgegengesetzten Enden oder unmittelbar benachbart dazu vorgesehen sind.
I. Behälter 100 nach einem der vorherigen Aspekte, wobei die mindestens zwei Öffnungen 142, 144 mit Bezug auf die Heizvorrichtung 122 auf gegenüberliegenden Seiten angeordnet sind.

1. Behälter 100 für ein flüssiges Betriebsmittel eines Kraftfahrzeuges, umfassend: – einen Außenbehälter 110, der ein Behältervolumen 200, 300 ausbildet; – mindestens eine Heizvorrichtung 122, die ausgebildet ist, gefrorenes Betriebsmittel aufzutauen; – eine Abtrennung 140, die das Behältervolumen 200, 300 in einen proximalen Bereich 200 und einen distalen Bereich 300 unterteilt, wobei der proximale Bereich 200 näher an der mindestens einen Heizvorrichtung 122 angeordnet ist als der distale Bereich 300; und – einen Betriebsmitteleinlass 400, der im proximalen Bereich 200 mündet.
2. Behälter nach Aspekt 1, wobei der Betriebsmitteleinlass 400 unmittelbar benachbart zur mindestens einen Heizvorrichtung mündet.
3. Behälter nach Aspekt 1 oder 2, wobei der Betriebsmitteleinlass 400 aus einem Isoliermaterial hergestellt ist und/oder eine zusätzliche Isolation aufweist.
4. Behälter 100 nach einem der vorherigen Aspekte, wobei der Betriebsmitteleinlass 400 innenliegend mindestens ein Wärmeleitelement aufweist, welches sich vom Mündungsbereich des Betriebsmitteleinlasses 400 in den Betriebsmitteleinlass hinein erstreckt.
5. Behälter 100 nach einem der vorherigen Aspekte, wobei der Betriebsmitteleinlass 400 siphonfrei ausgeführt ist.
6. Behälter 100 nach einem der vorherigen Aspekte, wobei der Betriebsmitteleinlass 400 mindestens eine Abzweigung 410 aufweist, die mit einem zweiten Einlasskanal 420 verbunden ist, und wobei der zweite Einlasskanal im distalen Bereich 300 mündet.
7. Behälter 100 nach einem der vorherigen Aspekte, wobei die Abtrennung als Schwalltopf 130 ausgebildet ist, die die mindestens eine Heizvorrichtung umgibt.
8. Behälter 100 nach einem der vorherigen Aspekte, wobei die Abtrennung 140 ausgebildet ist, in der Einbaulage E-E des Behälters 100 mehr Betriebsmittel zwischen den proximalen Bereich 200 und den distalen Bereich 300 durchzulassen als in einer Schräglage S-S des Behälters 100.

Die hier offenbarte Technologie wird nun anhand der Figuren näher erläutert.
Es zeigen:
1 einen Behälter gemäß dem Stand der Technik in der Draufsicht,
2 einen Behälter gemäß dem Stand der Technik in der Einbaulage E-E,
3 eine Seitenansicht des Behälters gemäß 1 in Schräglage,
4 einen hier offenbarten Behälter 100 in einer Draufsicht von oben,
5 eine Seitenansicht des Behälters 100 gemäß 4 in der Einbaulage E-E,
6 den Behälter 100 gemäß 4 in Schräglage S-S,
7 einen Behälter 100 gemäß der hier offenbarten Technologie in der Draufsicht,
8 einen Behälter 100 gemäß der hier offenbarten Technologie in der Draufsicht, und
9 einen Behälter 100 gemäß der hier offenbarten Technologie in der Seitenansicht.
1 zeigt einen Behälter gemäß dem Stand der Technik, wie er bspw. in der DE 10 2009 046 969 A1 gezeigt ist. Mittig angeordnet ist die Entnahmeeinheit 12, die konzentrisch von der Heizvorrichtung 122 umgeben wird. Der Schwalltopf 13 weist Öffnungen 132 auf, durch die bereits verflüssigtes Betriebsmittel aus dem Inneren oder proximalen Bereich 20 in den äußeren bzw. distalen Bereich 30 fließen kann, in dem sich gefrorenes Betriebsmittel befindet.
2 zeigt den Stand der Technik in einer Seitenansicht. Der Außenbehälter 11 umfasst das Innenvolumen 20 sowie das Außenvolumen 30, die durch den Schwalltopf 13 voneinander getrennt sind. Der Schwalltopf 13 ist isolierend ausgeführt und sorgt dafür, dass die von der Heizvorrichtung 122 erzeugte Wärme nicht oder nur im geringen Maße in den äußeren Bereich 30 gelangt. Der Betriebsmitteleinlass 400 ist hier an der Behälteroberseite vorgesehen und endet im distalen Bereich 30. Der Schwalltopf 13 umgibt konzentrisch die Heizvorrichtung 122, die im Innenbereich 20 benachbart zur Pumpvorrichtung 12 vorgesehen ist.
3 zeigt den Behälter gemäß 1 in der Schräglage S-S. Bereits im Innenbereich 20 verflüssigtes Betriebsmittel strömt in dieser Schräglage S-S durch die Öffnung 132 (vgl. 1) in den von der Heizvorrichtung weit beabstandeten Bereich B des distalen Bereichs 30. In diesem Außenbereich 30 ist der überwiegende Teil des Betriebsmittels gefroren. Das bisher verflüssigte Betriebsmittel gefriert während der Parkdauer in diesem Bereich B. In dem hier dargestellten Stand der Technik ist die Einbaulage E-E gleich der waagerechten Ausrichtung des Behälters 10.
4 zeigt einen Behälter 100 gemäß der hier offenbarten Technologie. 4 zeigt eine Draufsicht gemäß dem Schnitt B-B der 5. Der Außenbehälter 110 umgibt das Behältervolumen 200, 300. Eine Abtrennung 140, gebildet aus einer proximalen Wand 148 und einer distalen Wand 146, unterteilt das Behältervolumen in einen proximalen Bereich 200 und einen distalen Bereich 300. Im proximalen Bereich 200 ist hier eine Pumpvorrichtung 120 angeordnet. Ferner ist im proximalen Bereich 200 eine Heizvorrichtung 122 angeordnet. Die Heizvorrichtung 122 erwärmt das Betriebsmittel im proximalen Bereich 200. Falls im proximalen Bereich 200 das Betriebsmittel gefroren ist, so taut die Heizvorrichtung 122 das Betriebsmittel auf. Benachbart zur Heizvorrichtung 122 ist der Betriebsmittelauslass 124 des Behälters 100 vorgesehen. Der Betriebsmittelauslass 124 ist mit einer Dosiereinrichtung (nicht dargestellt) fluidverbunden. Die proximale Wand 148 und die distale Wand 146 bilden einen Strömungskanal K aus, durch den im in einem Kraftfahrzeug montierten Zustand des Behälters 100 Betriebsmittel vom proximalen Bereich 200 in den distalen Bereich 300 fließen kann, falls das Fahrzeug sich in einer waagerechten Lage befindet. Durch die proximale Öffnung 142 der proximalen Wand 148 kann also in der waagerechten Lage das Betriebsmittel in den Kanal K strömen und diesen durch die distale Öffnung 144 der distalen Wand 146 verlassen (vgl. 5). Die hydrostatische(n) Schleife(n) wird/werden bevorzugt durch die Öffnungen 142, 144 (Öffnungsdurchmesser kann beispielsweise ca. 10 mm betragen) in den Absperrungswänden 146, 148 im Bereich des Behälterbodens angebunden.
5 zeigt eine Seitenansicht des Behälters 100 gemäß 4 entlang der Schnittebene B-B. Wie aus 5 ersichtlich, ist in der neutralen Einbaulage E-E bzw. bei waagerechter Ausrichtung des Kraftfahrzeuges der Kanal in beiden Richtungen durchfließbar, da dieser ungefähr auf gleicher Höhe angeordnet ist und im Wesentlichen kein Gefälle aufweist. Die mindestens zwei Öffnungen sind hier mit Bezug auf die Heizvorrichtung 120 (bzw. mit Bezug auf eine Ebene V-V durch die Längsachse der Heizvorrichtung 120) auf gegenüberliegenden Seiten (d. h. rechts und links von V-V) angeordnet.
6 zeigt den Behälter 100 gemäß 4 in einer Schräglage S-S. Im Vergleich zur Einbaulage E-E bzw. der waagerechten Ausrichtung des Kraftfahrzeuges ist der Behälter 100 um einen Winkel α zur Horizontalen bzw. zur Achse E-E gekippt. Eine solche Schräglage tritt bspw. auf, wenn das Fahrzeug mit nur einer Seite auf dem Bordstein abgestellt ist oder in etwaigen Hanglagen geparkt wurde. Die Absperrung 140 verhindert, dass das Betriebsmittel den proximalen Raum 200 verlassen kann. Das Betriebsmittel kann sich lediglich im proximalen Raum 200 bewegen. Die Absperrung 140 verhindert, dass bereits verflüssigtes Betriebsmittel in den distalen Bereich 300 gelangt. Insbesondere gelangt das verflüssigte Betriebsmittel nicht zur Öffnung 142, sondern verweilt in dem Bereich, der durch den gestrichelten Doppelpfeil dargestellt ist. Im Bereich 200 kann die Heizvorrichtung 122 vergleichsweise schnell genügend Betriebsmittel abtauen, da im Vergleich zum gesamten Behältervolumen 200, 300 lediglich ein geringeres Volumen an Eis abzutauen ist. Bereits abgetautes Betriebsmittel strömt nicht in den distalen Bereich 300, in dem es evtl. wieder festfrieren könnte. Es besteht somit nicht die Gefahr, dass die Heizdrähte der Heizvorrichtung 122 freiliegen, was ein späteres Auftauen des Betriebsmittels erheblich verzögern würde und evtl. auch mit einer Beschädigung des Behälters einher gehen würde.
7 zeigt einen weiteren Behälter gemäß der hier offenbarten Technologie. Pumpvorrichtung 120, Heizvorrichtung 122, Betriebsmittelauslass 124, sowie Betriebsmitteleinlass 400 sind hier im Wesentlichen in der Mitte des Behälters 100 angeordnet. Die Absperrung 140 umgibt hier bogenförmig und zumindest bereichsweise konzentrisch die Heizvorrichtung 122. Die mindestens zwei Öffnungen 142, 144 sind hier in einem Winkel β (bezogen auf den Flächenschwerpunkt vom Bereich 200 und/oder den Mittelpunkt der Pumpvorrichtung 120) zueinander angeordnet, der ca. 135° beträgt. Es sind aber auch andere Ausgestaltungen der Absperrung 140 denkbar, solange die Sperrwirkung in Schräglage S-S erzielt wird.
In den 4 bis 9 ist ferner mindestens ein Betriebsmitteleinlass 400 gezeigt. Der Betriebsmitteleinlass 400 befindet sich im proximalen Bereich 200. Durch den Betriebsmitteleinlass 400 unmittelbar benachbart zur Heizvorrichtung 120 kann Betriebsmittel auch bei tiefen Temperaturen eingefüllt werden. Bei vorbekannten Lösungen ist das Einfüllrohr 40 für das Betriebsmittel im oberen Bereich weit entfernt von der Heizvorrichtung vorgesehen. Ist das Betriebsmittel im Winter gefroren, so kann durch das Einfüllrohr kein Betriebsmittel nachgefüllt werden. Vielmehr muss gewartet werden, bis der Behälter komplett abgetaut ist. Ist indes das Einfüllrohr 400 benachbart zur Heizvorrichtung 120 vorgesehen, so ist bereits nach kurzem Betrieb der Heizvorrichtung 120 auch das Betriebsmittel im Betriebsmitteleinlass 400 verflüssigt. Somit kann auch im Winter einfach Betriebsmittel nachgefüllt werden. Nicht dargestellt sind die Isolationsmaßnahmen und/oder die Wärmeleitmaßnahmen für den Betriebsmitteleinlass 400, die vorgesehen sein können. Diese Maßnahmen können helfen, dass zunächst nur im Inneren des Betriebsmitteleinlasses 400 das Betriebsmittel aufgetaut wird ohne das umliegendes Betriebsmittel außerhalb des Betriebsmitteleinlasses 400 in entfernteren Bereichen aufgetaut wird.
Der Betriebsmitteleinlass 400 in 9 weist eine Abzweigung 410 auf. Die Abzweigung trennt den Betriebsmittelstrom, der in den Betriebsmitteleinlasses 400 einströmt, in zwei Teilströme auf. Ein erster Teilstrom fließt durch einen ersten Einlasskanal 430 in den proximalen Bereich, ähnlich wie es in den 4 bis 8 gezeigt ist. Durch den zweiten Einlasskanal 420, der mit der Abzweigung 410 fluidverbunden ist, gelangt ein zweiter Teilstrom in den distalen Bereich 300. Somit lässt sich sicherstellen, dass sowohl der proximale Bereich 200 als auch der distale Bereich 300 schnell mit Betriebsmittel betankt werden kann.
Die hier beschriebene Lösung für den Betriebsmitteleinlass 400 ist unabhängig von dem Gedanken der Abtrennung 140 des Behältervolumens mittels einer hydrostatischen Schleife. Insbesondere kann ein solcher Betriebsmitteleinlass 400 auch bei herkömmlichen Abtrennungen 130 eingesetzt werden, wie es bspw. in den 8 und 9 gezeigt sind. In den 8 und 9 umfasst der Behälter einen Schwalltopf 130, der bspw. Öffnungen 132 umfassen kann. Der Betriebsmitteleinlass 400 mündet hier in den Schwalltopf 130, in dem sich auch bei tiefen Temperaturen verflüssigtes Betriebsmittel ansammeln kann. Etwaige Zuleitungen zum Betriebsmitteleinlass wurden vereinfachend weggelassen. Ferner ist die Lösung der hydrostatischen Schleife auch unabhängig vom hier offenbarten Betriebsmitteleinlass 400. Bevorzugt umfasst der Behälter 100 jedoch den hier offenbarten Betriebsmitteleinlass 400 und die hier offenbarte Abtrennung 140 mit hydrostatischer Schleife
Die vorhergehende Beschreibung der vorliegenden Erfindung dient nur zu illustrativen Zwecken und nicht zum Zwecke der Beschränkung der Erfindung. Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich, ohne den Umfang der Erfindung sowie ihrer Äquivalente zu verlassen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009046969 A1 [0003, 0039]

Claims

Behälter (100) für ein flüssiges Betriebsmittel eines Kraftfahrzeuges, umfassend: – einen Außenbehälter (110), der ein Behältervolumen (200, 300) ausbildet; – mindestens eine Heizvorrichtung (122), die ausgebildet ist, gefrorenes Betriebsmittel aufzutauen; und – eine Abtrennung (140), die das Behältervolumen (200, 300) in einen proximalen Bereich (200) und einen distalen Bereich (300) unterteilt; wobei der proximale Bereich (200) näher an der mindestens einen Heizvorrichtung (122) angeordnet ist als der distale Bereich (300), und wobei die Abtrennung (140) ausgebildet ist, in der Einbaulage (E-E) des Behälters (100) mehr Betriebsmittel zwischen den proximalen Bereich (200) und den distalen Bereich (300) durchzulassen als in einer Schräglage (S-S) des Behälters (100).
Behälter (100) nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine Heizvorrichtung (122) vollständig im proximalen Bereich (200) angeordnet ist.
Behälter (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Abtrennung (140) alleine oder zusammen mit einem Außenwandbereich des Außenbehälters (110) die mindestens eine Heizvorrichtung umschließt.
Behälter (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Abtrennung (140) sich vom Außenbehälterboden (112) mindestens so weit in Richtung der Außenbehälteroberseite (114) erstreckt, dass in der Schräglage (S-S) das Betriebsmittel nicht über den oberen Rand der Abtrennung (140) hinweg gelangen kann, und/oder wobei sich die Abtrennung (140) vom Außenbehälterboden (112) bis zur Außenbehälteroberseite (114) erstreckt.
Behälter (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Abtrennung (140) mindestens eine Doppelwandstruktur (146, 148) aufweist.
Behälter (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Abtrennung (140) einen bogenförmigen Verlauf aufweist.
Behälter (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei in der Abtrennung (140) voneinander beabstandet mindestens zwei Öffnungen (142, 144) vorgesehen sind.
Behälter (100) nach Anspruch 7, wobei die mindestens zwei Öffnungen (142, 144) an entgegengesetzten Enden oder unmittelbar benachbart dazu vorgesehen sind.
Behälter (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die mindestens zwei Öffnungen (142, 144) mit Bezug auf die Heizvorrichtung (122) auf gegenüberliegenden Seiten angeordnet sind.