DE102016203558A1

DE102016203558A1 - Wärmetauscher zur wenigstens teilweisen Anordnung in einem Betriebsflüssigkeitstank und Wärmetauscherkörper für einen solchen Wärmetauscher

Info

Publication number: DE102016203558A1
Application number: DE102016203558.4A
Authority: DE
Inventors: Fabrizio Chini; Luca Marini; Ivan De Metri; Francesca Brunori; Stefano Dalpez
Original assignee: Roechling Automotive AG and Co KG
Current assignee: Roechling Automotive Se De
Priority date: 2016-03-03
Filing date: 2016-03-03
Publication date: 2017-09-07
Anticipated expiration: 2036-03-04
Also published as: US10690418B2; CN107152357B; CN107152357A; US20170254594A1; DE102016203558B4

Abstract

Ein Wärmetauscher (10) zur Anordnung in einem Betriebsflüssigkeitstank (12), insbesondere in einem Kfz-Betriebsflüssigkeitstank (12), umfasst: – einen Wärmetauscher-Flüssigkeitsspeicher (14) zur Aufnahme eines Flüssigkeitsvorrats (22), – eine elektrische Heizeinrichtung (20), welche zur Übertragung von Wärme in den Wärmetauscher-Flüssigkeitsspeicher (14) ausgebildet und angeordnet ist, und – eine Wärmetauscher-Leitung (24), welche wenigstens vom Wärmetauscher-Flüssigkeitsspeicher (14) ausgeht und welche zur Übertragung von Wärme von der in der Wärmetauscher-Leitung (24) strömenden Flüssigkeit an einen Bereich (26) außerhalb der Wärmetauscher-Leitung (24) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauscher-Leitung (24) als Zirkulationsleitung in den Wärmetauscher-Flüssigkeitsspeicher (14) mündet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmetauscher zur Anordnung in einem Betriebsflüssigkeitstank, insbesondere in einem Kfz-Betriebsflüssigkeitstank, umfassend:

– einen Wärmetauscher-Flüssigkeitsspeicher zur Aufnahme eines Flüssigkeitsvorrats,
– eine elektrische Heizeinrichtung, welche zur Übertragung von Wärme in den Wärmetauscher-Flüssigkeitsspeicher ausgebildet und angeordnet ist, und
– eine Wärmetauscher-Leitung, welche wenigstens vom Wärmetauscher-Flüssigkeitsspeicher ausgeht und welche zur Übertragung von Wärme von der in der Wärmetauscher-Leitung strömenden Flüssigkeit an einen Bereich außerhalb der Wärmetauscher-Leitung ausgebildet ist.

Ein gattungsgemäßer Wärmetauscher ist aus der DE 10 2009 028 113 A1 bekannt.
Aus dieser Druckschrift ist es bekannt, Flüssigkeit in einem vom Speichervolumen des Kfz-Betriebsflüssigkeitstanks abgegrenzten Wärmetauscher-Flüssigkeitsspeicher mit einer elektrischen Heizeinrichtung zu erwärmen und über eine Leitung vom Wärmetauscher-Flüssigkeitsspeicher weg zu fördern. Genauer wird bei dem bekannten Wärmetauscher die Flüssigkeit aus dem Wärmetauscher-Flüssigkeitsspeicher zur bestimmungsgemäßen Verwendung aus dem Kfz-Betriebsflüssigkeitstank hinaus gefördert. Die Leitung des bekannten Wärmetauschers erstreckt sich dabei durch das Speichervolumen des Kfz-Betriebsflüssigkeitstanks hindurch und tritt dann aus dem Kfz-Betriebsflüssigkeitstank aus, wobei beim Durchströmen der Leitung, die eigentlich keine primäre Wärmetauscher-Leitung ist, sondern eine Förderleitung, deren Fördergut unvermeidlich während der Förderung etwas Wärme abgibt, aufgrund der nur kurzen Verweildauer der Wärmetauscher-Flüssigkeit in der Leitung nur wenig Wärme von dieser an das Speichervolumen des Betriebsflüssigkeitstanks übertragen werden kann.
Ein ähnlicher Betriebsflüssigkeitstank mit Wärmetauscher ist auch aus der DE 10 2009 029 313 A1 bekannt.
Der Betriebsflüssigkeitstank der letztgenannten Druckschrift weist eine zusätzliche Wärmetauscher-Leitung auf. Das Speichervolumen des Betriebsflüssigkeitstanks ist mit der Wärmetauscher-Leitung durchzogen, die entweder mit Kühlflüssigkeit oder mit Abgas der Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs durchströmt wird, um Wärme von dem Wärmetauscher-Fluid: Abgas oder Kühlflüssigkeit, an das Speichervolumen des Betriebsflüssigkeitstanks abzugeben. Das Abgas oder die Kühlflüssigkeit wird nicht durch eine elektrische Heizeinrichtung erwärmt, da die Brennkraftmaschine als Wärmequelle dient.
Die elektrische Heizeinrichtung ist zusätzlich im Betriebsflüssigkeitstank vorhanden, um wie bei der gattungsgemäßen Druckschrift auch lokal selbst dann Betriebsflüssigkeit im Tank aufschmelzen zu können, wenn die Brennkraftmaschine noch kalt ist und somit die Kühlflüssigkeit nicht ausreichend für eine Erwärmung der Betriebsflüssigkeit temperiert ist oder ein Abgas möglicherweise noch nicht strömt, weil die Brennkraftmaschine noch nicht in Betrieb genommen ist.
Bei dem gattungsgemäßen Wärmetauscher wird als Wärmetauscher-Flüssigkeit die im Betriebsflüssigkeitstank selbst gespeicherte Betriebsflüssigkeit verwendet.
In der DE 10 2009 029 313 A werden zwei unterschiedliche Wärmetauscher-Fluide genutzt, einmal ebenso wie in der gattungsgemäßen Druckschrift die im Tank gespeicherte Betriebsflüssigkeit selbst und ein andermal das oben bereits erläuterte Fluid in Form entweder von Abgas oder von Kühlflüssigkeit der Brennkraftmaschine.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen gattungsgemäßen Wärmetauscher, also einen Wärmetauscher mit elektrischer Heizeinrichtung, anzugeben, welcher effektiver als die Wärmetauscher des Standes der Technik Wärme in das Innere eines Betriebsflüssigkeitstanks übertragen können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Wärmetauscher der eingangs genannten Art, bei welchem die Wärmetauscher-Leitung als Zirkulationsleitung in den Wärmetauscher-Flüssigkeitsspeicher mündet.
Somit ist die Wärmetauscher-Leitung als Zirkulationsleitung ausgebildet, die gestattet, im Wärmetauscher-Flüssigkeitsspeicher aufgenommene Flüssigkeit zwischen der elektrischen Heizeinrichtung und einem Wärmeabgabebereich zu zirkulieren, sodass – anders als im Stand der Technik – erwärmte Flüssigkeit nicht einfach durch den Betriebsflüssigkeitstank hindurch und aus diesem hinaus gefördert wird, sondern den Betriebsflüssigkeitstank immer wieder durchströmen kann und somit für eine kontinuierliche Erwärmung der im Tank aufgenommenen Betriebsflüssigkeit sorgen kann.
Die elektrische Heizeinrichtung muss dann nur die im Wärmeabgabebereich der Wärmetauscher-Leitung abgegebene Wärmemenge ersetzen, was auch den Energieaufwand des erfindungsgemäßen Wärmetauschers gegenüber dem oben erwähnten gattungsgemäßen Wärmetauscher verringert.
Da erwärmte Flüssigkeit nicht wie im Stand der Technik einfach aus dem Betriebsflüssigkeitstank hinaus gefördert wird, geht sie als Wärmereservoir nicht schlagartig verloren, was im Stand der Technik bei einer Leerung einer die Heizeinrichtung umgebenden flüssigen Blase in ansonsten gefrorener Betriebsflüssigkeit besonders nachteilig ist.
Der Wärmetauscher kann wenigstens zwei Bauteile umfassen, die, miteinander gefügt, zwischen sich wenigstens einen Abschnitt der Wärmetauscher-Leitung bilden. So können beispielsweise die beiden Bauteile Teil- oder Halbschalen mit jeweils darin ausgebildeten Vertiefungen sein, wobei die Halbschalen zu einem Wärmetauscherbauteil fügbar sind, in welchem sich die Vertiefungen zu einem Abschnitt der Wärmetauscher-Leitung ergänzen. Es kann auch nur in einem der beiden Schalenbauteile eine Vertiefung ausgebildet sein, die durch das andere Schalenbauteil beim Fügen unter Bildung eines Wärmetauscher-Leitungsabschnitts abgedeckt wird. Zur Erhöhung der pro Zeiteinheit durch die Wärmetauscher-Leitung hindurch übertragbaren Wärmemenge kann weiter vorgesehen sein, dass der Wärmetauscher wenigstens abschnittsweise, vorzugsweise wenigstens in einem zur Bildung der Wärmetauscher-Leitung beitragenden Abschnitt, aus einem gefüllten Kunststoff mit einer Kunststoffmatrix und darin eingebetteten Füllteilchen hergestellt ist, wobei das Material der Füllteilchen eine höhere Wärmeleitfähigkeit aufweist als das Kunststoffmaterial der Matrix. Somit wird ein Werkstoff zur Bildung des Wärmetauschers bereitgestellt, welcher eine höhere Wärmeleitfähigkeit und damit einen geringeren Wärmeleitwiderstand aufweist als ungefülltes Kunststoffmaterial. Bevorzugt ist das Kunststoffmaterial der Kunststoffmatrix thermoplastisch verformbar, sodass der gefüllte Kunststoff durch Spritzgießen oder ein vergleichbares formgebendes Verfahren in eine gewünschte Gestalt bringbar ist. Aber auch ein ungefüllter Kunststoff soll zur Bildung der Wärmetauscher-Leitung nicht ausgeschlossen sein.
Der Wärmetauscher kann, insbesondere im Bereich des oben durch die wenigstens zwei zu fügenden Bauteile gebildeten Wärmetauscher-Leitungsabschnitts weitere Funktionen aufweisen, für die ansonsten ein gesondertes Funktionsbauteil vorgesehen werden müsste. So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass der Wärmetauscher einen Filterträger aufweist, in oder an welchem ein Filtermaterial außerhalb der Wärmetauscher-Leitung angeordnet oder anordenbar ist, vorzugsweise auswechselbar anordenbar ist. Der Filterträger ist bevorzugt integral mit dem Wärmetauscher ausgebildet.
Somit kann der Wärmetauscher auch zur Filterung der Betriebsflüssigkeit im Betriebsflüssigkeitstank vor dessen Entnahme aus dem Tank dienen. Um sicherzustellen, dass das im Filterträger anordenbare Filtermaterial im Bedarfsfall auch durch flüssige Betriebsflüssigkeit durchströmbar ist, kann ein Abschnitt der Wärmetauscher-Leitung im Filterträger verlaufen. Somit kann die Wärmetauscher-Leitung unmittelbar im Bereich des Filterträgers Wärme an die Betriebsflüssigkeit oder allgemein an ihre Außenumgebung übertragen, sodass gerade im Bereich des Filterträgers ausreichend warme und damit flüssige Betriebsflüssigkeit sichergestellt sein kann.
Weiter kann im Wärmetauscher eine von der Wärmetauscher-Leitung gesonderte Förderleitung vorgesehen sein. Mit dieser Förderleitung kann Betriebsflüssigkeit aus dem Betriebsflüssigkeitstank hinaus zur bestimmungsgemäßen Verwendung der Betriebsflüssigkeit gefördert werden.
Zur Förderung von möglichst reiner Betriebsflüssigkeit erstreckt sich die Förderleitung vorzugsweise ausgehend von einer Mündung im Bereich des Filterträgers. Der Filterträger kann eine einen Volumenbereich einfassende Wand aufweisen. Die Mündung der Förderleitung kann dann bevorzugt in dem von der Wand eingefassten Volumenbereich gelegen sein. Ein Abschnitt der Wärmetauscher-Leitung verläuft aus den oben genannten Gründen bevorzugt in der einfassenden Wand. Um zu vermeiden, dass in der Förderleitung vorhandene Betriebsflüssigkeit wenigstens abschnittsweise erstarrt bzw. gefriert, erstreckt sich vorzugsweise die Förderleitung wenigstens abschnittsweise parallel zu einem Abschnitt der Wärmetauscher-Leitung und zwar nach Möglichkeit in unmittelbarer Nähe des Wärmetauscher-Leitungsabschnitts, beispielsweise nur durch eine gemeinsame die Wärmetauscher-Leitung von der Förderleitung trennende Trennwand getrennt. Bevorzugt ist auch die Mündung der Förderleitung von einem Abschnitt der Wärmetauscher-Leitung umgeben, aus Gründen einer möglichst direkten Wärmeübertragung besonders bevorzugt nur durch eine gemeinsame Trennwand voneinander getrennt.
Eine besonders funktionssichere Förderleitung kann dadurch erhalten werden, dass die Förderleitung sich wenigstens abschnittsweise zwischen zwei Wärmetauscher-Leitungsabschnitten erstreckt, wiederum bevorzugt von jedem Wärmetauscher-Leitungsabschnitt nur durch eine Trennwand getrennt, durch die hindurch Wärme von der Wärmetauscher-Leitung in die Förderleitung übertragen werden kann. Besonders bevorzugt sind die zwei Wärmetauscher-Leitungsabschnitte parallel zueinander. Diese können krummlinig oder geradlinig verlaufen. Bevorzugt ist sowohl die Förderleitung wie auch der wenigstens eine Wärmetauscher-Leitungsabschnitt geradlinig ausgebildet, um möglichst kurze Strömungswege ausgehend von der bevorzugten Mündung der Förderleitung im Filterträger bereitzustellen.
Zur Bereitstellung einzelner oder mehrerer der oben genannten Funktionen kann der Wärmetauscher bevorzugt einen Wärmetauscherkörper aufweisen, in welchem ein Abschnitt der Wärmetauscher-Leitung ausgebildet ist. Der Wärmetauscherkörper kann besonders bevorzugt durch die oben genannten Bauteile, insbesondere Schalenbauteile, gebildet sein, die miteinander gefügt einen Abschnitt der Wärmetauscher-Leitung bilden.
Zusätzlich zu dem Abschnitt der Wärmetauscher-Leitung kann auch der Filterträger oder/und die Förderleitung im Wärmetauscherkörper, insbesondere integral mit diesem, ausgebildet sein. Somit kann ein funktionsintegrierter Wärmetauscherkörper aus wenigen Bauteilen, besonders bevorzugt aus nur zwei Schalenbauteilen, gebildet sein.
Zur Erleichterung der Montage des Wärmetauscherkörpers kann dieser ein Anschluss-Körperende aufweisen, an welchem Leitungsanschlussformationen für eine Zuleitung zu dem im Wärmetauscherkörper ausgebildeten Abschnitt der Wärmetauscher-Leitung und für eine Ableitung von diesem vorgesehen sind. Dann, wenn auch die Förderleitung wenigstens abschnittsweise in dem Wärmetauscherkörper ausgebildet ist, ist vorzugsweise an dem Anschluss-Körperende des Wärmetauscherkörpers auch eine Leitungsanschlussformation zum Anschluss einer Leitung an den im Wärmetauscherkörper ausgebildeten Abschnitt der Förderleitung ausgebildet. Weiterhin kann im Wärmetauscherkörper eine Bypass-Leitung vorgesehen sein, um flüssige Betriebsflüssigkeit durch diese hindurch zu einem Verbraucher zu fördern, etwa zu einer Einspritzanordnung. Auch für diese Bypass-Leitung kann wenigstens eine Leitungsanschlussformation, können vorzugsweise zwei Leitungsanschlussformationen – eine Zuleitung und eine Ableitung –, vorgesehen sein. Durch Ausbildung aller Leitungsanschlussformationen am Anschluss-Körperende sind diese lokal konzentriert zugänglich und können bei der Montage entsprechend angeschlossen werden. Beispielsweise können die Leitungsanschlussformationen zum Anschluss von Schlauchleitungen ausgebildet sein, um den Wärmetauscherkörper mit flexiblen Leitungen beispielsweise mit dem Wärmetauscher-Flüssigkeitsspeicher und dgl. zu verbinden.
Bevorzugt ist der Wärmetauscherkörper ein Hartschalenkörper, also ein formstabiler Körper, der beispielsweise durch Spritzgießen aus thermoplastischem Kunststoff hergestellt sein kann.
Besonders bevorzugt ist der Wärmetauscherkörper aus dem oben beschriebenen gefüllten thermoplastischen Kunststoff mit erhöhter Wärmeleitfähigkeit gebildet. Dies muss jedoch nicht so sein. Es kann auch ungefüllter thermoplastischer Kunststoff verwendet werden.
Auch der Filterträger kann im Wärmetauscherkörper ausgebildet sein, wobei dann vorteilhafterweise zwischen dem Anschluss-Körperende und dem Filterträger wenigstens die Wärmetauscher-Leitung zueinander parallele Strömungsabschnitte aufweist, um die zwischen dem Filterträger und dem Anschluss-Körperende gelegene Körperpartie möglichst effizient mit großer Oberfläche für eine Wärmeübertragung von der Wärmetauscher-Leitung in die Wärmetauscherkörper-Umgebung nutzen zu können.
Bevorzugt verläuft auch die Förderleitung zwischen dem Anschluss-Körperende und dem Filterträger wenigstens abschnittsweise, vorzugsweise vollständig, zu Abschnitten der Wärmetauscher-Leitung parallel.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch den wie oben beschrieben ausgebildeten Wärmetauscherkörper als Gegenstand für sich alleine.
Der Wärmetauscher-Flüssigkeitsspeicher kann gesondert von dem Wärmetauscherkörper ausgebildet sein und mit diesem durch Leitungsmittel strömungsübertragend verbunden oder verbindbar sein, vorzugsweise lösbar verbunden oder verbindbar sein. Dies gestattet die vom Anbringungsort des Wärmetauscherkörpers unabhängige Anbringung des Wärmetauscher-Flüssigkeitsspeichers an einem dafür besonders geeigneten Ort, beispielsweise in der Nähe einer weiteren Wärmequelle, wie etwa der Brennkraftmaschine, einem Abgaskrümmer und dgl.
Der Wärmetauscher-Flüssigkeitsspeicher kann alternativ integral mit dem Wärmetauscherkörper ausgebildet sein und beispielsweise auch von den oben genannten Bauteilen, insbesondere Schalenbauteilen, gebildet sei.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin einen Betriebsflüssigkeitstank, insbesondere Kfz-Betriebsflüssigkeitstank, mit einem Wärmetauscher, wie er oben beschrieben und weitergebildet ist. Ebenso betrifft die vorliegende Erfindung einen Betriebsflüssigkeitstank, insbesondere Kfz-Betriebsflüssigkeitstank, mit einem wenigstens teilweise darin aufgenommenen Wärmetauscherkörper, wie er oben beschrieben und weitergebildet ist.
Der Wärmetauscher-Flüssigkeitsspeicher kann sich in dem Betriebsflüssigkeitstank befinden, wobei er innerhalb des Betriebsflüssigkeitstanks ein vollständig abgeschlossenes und nur durch Zu- und Ableitung zugängliches Volumen bereitstellt. Dieses Volumen ist bevorzugt deutlich kleiner als das Tankvolumen des Betriebsflüssigkeitstanks, etwa 5 % desselben oder weniger. Dann, wenn es sich bei der Wärmetauscher-Flüssigkeit, wie es bevorzugt ist, um die Betriebsflüssigkeit selbst handelt, kann der Wärmetauscher-Flüssigkeitsspeicher zu dem Tankaufnahmevolumen des Betriebsflüssigkeitstanks hin offen sein. Dann kann der Wärmetauscher-Flüssigkeitsspeicher beispielsweise durch eine oder mehrere Wände abschnittsweise von dem restlichen Tankaufnahmevolumen abgegrenzt sein, ohne hermetisch und vollständig von dem Tankaufnahmevolumen des Betriebsflüssigkeitstanks abgegrenzt zu sein. So kann sichergestellt sein, dass der Wärmetauscher-Flüssigkeitsspeicher stets gefüllt ist, solange auch der Betriebsflüssigkeitstank gefüllt ist. Im Falle eines zum Tankvolumen offenen Wärmetauscher-Flüssigkeitsspeicher im Inneren des Tanks ist der Wärmetauscher-Flüssigkeitsspeicher vorteilhafterweise in betriebsbereiter Einbaulage nach oben offen, zur Seite und nach unten jedoch abgeschlossen, wobei die Öffnung zum Tankvolumen deutlich unterhalb des Maximalfüllstands, bevorzugt unterhalb des Minimalfüllstands, des Betriebsflüssigkeitstanks gelegen ist. So kann Flüssigkeit selbst in einem nur teilweise befüllten Betriebsflüssigkeitstank in den Wärmetauscher-Flüssigkeitsspeicher einströmen, während die Flüssigkeit selbst bei entleertem Tank nicht mehr aus dem Wärmetauscher-Flüssigkeitsspeicher ausströmen kann. Bevorzugt befindet sich im Wärmetauscher-Flüssigkeitsspeicher die elektrische Heizeinrichtung zur Erwärmung des im Flüssigkeitsspeicher vorhandenen Flüssigkeitsvorrats.
Alternativ oder zusätzlich kann sich die Heizeinrichtung auch außerhalb des Flüssigkeitsspeichers an einer Begrenzungswand desselben befinden.
Der Wärmetauscher-Flüssigkeitsspeicher kann sich auch außerhalb des Betriebsflüssigkeitstanks befinden und durch Leitungen, insbesondere flexible Schlauchleitungen, mit einem im Betriebsflüssigkeitstank angeordneten Wärmetauscher-Leitungsabschnitt verbunden sein, etwa mit dem Wärmetauscherkörper verbunden sein.
An dem Wärmetauscherkörper können Schwappschutzplatten ausgebildet sein, um eine Flüssigkeitsbewegung in unmittelbarer Umgebung des Wärmetauscherkörpers außerhalb desselben einzuschränken.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert werden. Es stellt dar:
1 eine grobschematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers,
2 eine Draufsicht auf die Fügeebene einer Teilschale (Unterschale) eines Wärmetauscherkörpers des in 1 gezeigten Wärmetauschers,
3 die die Teilschale von 2 zum Wärmetauscherkörper ergänzende weitere Teilschale (Oberschale) und
4 eine Querschnittsansicht durch einen Leitungsabschnitt des Wärmetauscherkörpers von 1.
In 1 ist grobschematisch eine erfindungsgemäße Ausführungsform eines Wärmetauschers der vorliegenden Anmeldung mit 10 bezeichnet. Der Wärmetauscher 10 dient zur Übertragung von Wärme an eine nicht dargestellte Betriebsflüssigkeit in einem Kfz-Betriebsflüssigkeitstank 12, der in 1 lediglich in einem Teilumriss strichpunktiert angedeutet ist.
In dem Betriebsflüssigkeitstank 12 ist beispielsweise wässrige Harnstofflösung aufgenommen, um diese einer selektiven katalytischen Reduktion des Abgases im Abgasstrang des den Tank 12 mit dem Wärmetauscher 10 tragenden Fahrzeugs zuzuführen.
Der Wärmetauscher 10 umfasst einen Wärmetauscher-Flüssigkeitsspeicher 14, der in dem Tank 12 oder außerhalb desselben angeordnet sein kann. Der Wärmetauscher-Flüssigkeitsspeicher ist in 1 als nach oben offener Behälter dargestellt, wie er bevorzugt bei Anordnung des Flüssigkeitsspeichers 14 im Inneren des Betriebsflüssigkeitstanks 12 ausgebildet ist, sodass im Betriebsflüssigkeitstank 12 aufgenommene Betriebsflüssigkeit 16 von oben durch die Öffnung 18 des Wärmetauscher-Flüssigkeitsspeichers 14 in diesen einströmen kann und eine ausreichende Befüllung des Wärmetauscher-Flüssigkeitsspeichers 14 über den gesamten ordnungsgemäßen Betrieb des Tanks 12, d. h. bei rechtzeitigem Nachfüllen, sichergestellt ist.
Der Wärmetauscher 10 umfasst weiter eine elektrische Heizeinrichtung 20, die in 1 lediglich grob schematisiert dargestellt ist. Die elektrische Heizeinrichtung kann in an sich bekannter Weise eine elektrische Widerstandsheizbahn umfassen, welche zwischen zwei Folien angeordnet oder auf ein Substrat aufgetragen und mit einer Folie überdeckt oder mit Kunststoff überspritzt sein kann. Es können aber auch nur einfache und kostengünstige Heizstifte oder andere Standard-Heizelemente als elektrische Heizeinrichtung verwendet werden.
Bevorzugt ist die elektrische Heizeinrichtung 20 im Wärmetauscher-Flüssigkeitsspeicher 14 angeordnet, um unmittelbar dort den aufgenommenen Flüssigkeitsvorrat 22 der Betriebsflüssigkeit 16 zu erwärmen und in einen flüssigen Zustand zu halten.
Weiter weist der Wärmetauscher 10 eine Wärmetauscherleitung 24 auf, welche vom Flüssigkeitsspeicher 14 ausgeht und sich wenigstens teilweise im Tank 12 erstreckt, um dort Wärme der in ihr strömenden Flüssigkeit an einen Bereich 26 außerhalb der Wärmetauscher-Leitung 24 abzugeben. Zur Förderung von Flüssigkeit aus dem Wärmetauscher-Flüssigkeitsspeicher 14 zur Wärmeabgabe an den Bereich 26 ist bevorzugt eine Pumpe 28 vorgesehen, welche an einem geeigneten Entnahmeort Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsvorrat 22 des Flüssigkeitsspeichers 14 zu einem Wärmetauscherkörper 30 fördert.
Der Wärmetauscherkörper 30 ist aus zwei Spritzgussschalen, nämlich einer Oberschale 30a und einer Unterschale 30b, gebildet, die miteinander in ihrer Fügeebene zu dem Wärmetauscherkörper 30 gefügt sind.
Die bevorzugt im Spritzgießverfahren hergestellten Bauteile 30a und 30b des Wärmetauscherkörpers sind bevorzugt mit einem zur Wärmeübertragung besonders geeigneten gefüllten Kunststoff hergestellt, bei dem eine Matrix aus thermoplastischem Kunststoff mit Füllpartikeln gefüllt ist, die eine höhere Wärmeleitfähigkeit aufweisen als das Matrixmaterial.
Der Wärmetauscherkörper 30 weist an einem Körperendbereich ein Anschluss-Körperende 32 auf, an dem Leitungsanschlussformationen 34, 36, 38, 40 und 42 ausgebildet sind, welche zum Anschluss von Leitungsbauteilen bestimmt sind.
Die Wärmetauscher-Leitung 24 weist einen zum Wärmetauscherkörper 30 hinführenden Leitungsabschnitt 24a (Zulaufleitung) auf, welcher beispielsweise durch einen flexiblen Schlauch oder durch ein starres Rohr gebildet sein kann. Sie weist weiter einen im Wärmetauscherkörper 30 ausgebildeten Leitungsabschnitt 24b auf, welcher aufgrund der spritzgusstechnischen Ausbildung des Wärmetauscherkörpers 30 als Hartschalenleitung ausgebildet ist.
Die Wärmetauscher-Leitung 24 weist weiterhin eine Rücklaufleitung 24c auf, in welcher der Rücktransport von in der Wärmetauscher-Leitung 24 zirkulierender Flüssigkeit 16 zum Wärmetauscher-Flüssigkeitsspeicher 14 erfolgt. Die Rücklaufleitung 24c kann wiederum als flexibler Schlauch ausgebildet sein.
Die Pumpe 28 fördert Betriebsflüssigkeit aus dem im Flüssigkeitsspeicher 14 aufgenommenen Flüssigkeitsvorrat 22 über die Zulaufleitung 24a zur Leitungsanschlussformation 34, durch welche hindurch die Betriebsflüssigkeit in den Wärmetauscherkörper 30 eintritt.
Nach Durchlauf durch den Wärmetauscher-Leitungsabschnitt 24b im Wärmetauscherkörper 30 tritt die durch Wärmeabgabe an die Umgebung 26 abgekühlte Flüssigkeit an der Leitungsanschlussformation 36 wieder aus dem Wärmetauscherkörper 30 aus und wird über die Rücklaufleitung 24c zurück in den Flüssigkeitsvorrat 16 im Wärmetauscher-Flüssigkeitsspeicher 14 gefördert.
Der Wärmetauscher-Leitungsabschnitt 24b weist einen mäandrischen Leitungsabschnitt mit parallelen geradlinigen Leitungsästen auf, welcher zwischen dem Anschluss-Körperende 32 und einem Filterträger-Körperende 48 gelegen ist, an dem ein Filterträger 50 ausgebildet ist. Wenigstens ein Teil des Filterträgers 50 ist einstückig mit dem Wärmetauscherkörper 30 ausgebildet.
Am Filterträger 50 ist ein durch sechs Streben skizzierter Filter 52 angeordnet, wobei zu beiden Seiten des Wärmetauscherkörpers 30 je ein Filter 52 vorgesehen ist, welche zwischen sich zusammen mit dem Filterträger 48 ein Raumvolumen 54 eingrenzen.
Etwa sowohl in Dickenrichtung des Filterträgers 48 als auch in Durchmesserrichtung desselben zentral ist bevorzugt eine Mündung 56 (siehe 3) einer zwischen parallelen Leitungsästen des Wärmetauscher-Leitungsabschnitts 24b vorzugsweise geradlinig verlaufenden Förderleitung 58 angeordnet, der die Leitungsanschlussformation 42 zugeordnet ist.
Mit der Förderleitung 58 kann Betriebsflüssigkeit aus dem Volumenbereich 54 gefördert werden, wobei aufgrund der Filter 52 in den Volumenbereich 54 nur gefilterte und damit für den weiteren Verarbeitungsprozess ausreichend reine Betriebsflüssigkeit gelangen kann.
Die Förderung von Betriebsflüssigkeit durch die Förderleitung 58 kann durch eine weitere Pumpe 59 erfolgen, die an die Leitungsformation 42 angeschlossen ist. Mit der Pumpe 59 kann die durch die Förderleitung 58 entnommene Betriebsflüssigkeit in die Bypass-Leitungsanschlussformation 38 eingeleitet und an geeigneter Stelle aus der Bypass-Leitungsanschlussformation 40 mittels einer starren oder flexiblen Betriebsflüssigkeitsleitung 61 einem Verbraucher zugeführt werden, etwa einer Einspritzeinrichtung im Abgasstrang, falls die Betriebsflüssigkeit wässrige Harnstofflösung für eine selektive katalytische Reduktion ist.
Alternativ kann auch die Pumpe 28 zur Förderung von Betriebsflüssigkeit aus dem Betriebsflüssigkeitstank 12 durch die Förderleitung 58 benutzt werden, insbesondere dann, wenn die im Tank 12 gespeicherte Betriebsflüssigkeit mit der im Wärmetauscher-Flüssigkeitsspeicher 14 enthaltenen Flüssigkeit für den Wärmeaustausch identisch ist.
Um sicherzustellen, dass die im Volumenbereich 54 innerhalb des Filterträgers 48 durch die Mündung 56 der Förderleitung 58 angesaugte Betriebsflüssigkeit auch tatsächlich flüssig vorliegt, ist bevorzugt ein Abschnitt der im Wärmetauscherkörper 30 ausgebildeten Wärmetauscher-Leitung 24b in der Wandung des Filterträgers 48 ausgebildet. Dieser Leitungsabschnitt ist mit 60 bezeichnet. Ebenso kann die Mündung 56 der Förderleitung 58 von einem Leitungsast 62 der im Wärmetauscherkörper 30 ausgebildeten Wärmetauscher-Leitung 24b umgeben sein, um auch die Mündung 56 von Vereisung freizuhalten.
Die Wärmetauscher-Leitung 24 ist, wie vor allem in 1 dargestellt ist, eine Zirkulationsleitung, bei welcher Flüssigkeit für einen Wärmeaustausch aus dem Wärmetauscher-Flüssigkeitsspeicher 14 entnommen durch eine Wärmetauscher-Leitung 24, insbesondere durch den im Wärmetauscherkörper 30 ausgebildeten Abschnitt 24b der Wärmetauscher-Leitung 24 gefördert und wieder durch die Rücklaufleitung 24c zurück in den Wärmetauscher-Flüssigkeitsspeicher 14 gefördert wird. Somit braucht die elektrische Heizeinrichtung 20 im Wärmetauscher-Flüssigkeitsspeicher 14 nur jene Menge an Wärme dem Flüssigkeitsvorrat 22 zuzuführen, welche am Wärmetauscherkörper 30 an die Außenumgebung 26 abgegeben wurde. Dadurch kann die Betriebsflüssigkeit im Betriebsflüssigkeitstank 12 konvektiv durch Wärmeaustausch über den Wärmetauscherkörper 30 großflächig erwärmt werden und kann die für den Wärmeaustausch benötigte Wärme einfach und effizient der Betriebsflüssigkeit 16 im Wärmetauscher-Flüssigkeitsspeicher 14 zugeführt werden.
4 zeigt einen Querschnitt durch den Bereich des Wärmetauscherkörpers 30, in welchem die parallelen Leitungsäste des Abschnitts 24b der im Wärmetauscherkörper 30 ausgebildeten Wärmetauscher-Leitung 24 gelegen sind. Dargestellt ist lediglich die Querschnittsansicht ohne hinter der Querschnittsebene gelegene Leitungsbereiche. Zu erkennen ist, wie in den Schalenbauteilen 30a und 30b ausgehend von ihren jeweiligen Fügeebenen 64 bzw. 66 unterschiedlich tiefe Vertiefungen ausgebildet sind, die bei Vereinigung der beiden Schalenbauteile 30a und 30b zu dem Wärmetauscherkörper 30 die zuvor beschriebenen flüssigkeitsführenden Leitungen im Wärmetauscherkörper 30 bilden. Vorteilhafterweise ist die Förderleitung 58 zwischen zwei Leitungsästen des im Wärmetauscherkörper 30 ausgebildeten Wärmetauscher-Leitungsabschnitts 24b ausgebildet, sodass Wärme längs der gemeinsamen Erstreckung der Förderleitung 58 und des Wärmetauscher-Leitungsabschnitts 24b unmittelbar durch die gemeinsame Trennwand der genannten Leitungen zwischen den flüssigkeitsführenden Hohlräumen übertragen werden kann, sodass auch die in der Förderleitung 58 befindliche Betriebsflüssigkeit in einem flüssigen Zustand gehalten werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009028113 A1 [0002]
DE 102009029313 A1 [0004]
DE 102009029313 A [0008]

Claims

Wärmetauscher (10) zur Anordnung in einem Betriebsflüssigkeitstank (12), insbesondere in einem Kfz-Betriebsflüssigkeitstank (12), umfassend: – einen Wärmetauscher-Flüssigkeitsspeicher (14) zur Aufnahme eines Flüssigkeitsvorrats (22), – eine elektrische Heizeinrichtung (20), welche zur Übertragung von Wärme in den Wärmetauscher-Flüssigkeitsspeicher (14) ausgebildet und angeordnet ist, und – eine Wärmetauscher-Leitung (24), welche wenigstens vom Wärmetauscher-Flüssigkeitsspeicher (14) ausgeht und welche zur Übertragung von Wärme von der in der Wärmetauscher-Leitung (24) strömenden Flüssigkeit an einen Bereich (26) außerhalb der Wärmetauscher-Leitung (24) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauscher-Leitung (24) als Zirkulationsleitung in den Wärmetauscher-Flüssigkeitsspeicher (14) mündet.
Wärmetauscher (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (10) wenigstens zwei Bauteile (30a, 30b) umfasst, die miteinander gefügt zwischen sich wenigstens einen Abschnitt der Wärmetauscher-Leitung (24) bilden.
Wärmetauscher (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (10) wenigstens abschnittsweise, vorzugsweise wenigstens in einem zur Bildung der Wärmetauscher-Leitung (24) beitragenden Abschnitt aus einem gefüllten Kunststoff mit einer Kunststoffmatrix und darin eingebetteten Füllteilchen hergestellt ist, wobei das Material von Füllteilchen eine höhere Wärmeleitfähigkeit aufweist als das Kunststoffmaterial der Matrix.
Wärmetauscher (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er einen Filterträger (50) aufweist, in oder an welchem ein Filtermaterial außerhalb der Wärmetauscher-Leitung (24) angeordnet oder anordenbar ist, vorzugsweise auswechselbar anordenbar ist.
Wärmetauscher (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abschnitt (60) der Wärmetauscher-Leitung (24) im Filterträger (50) verläuft.
Wärmetauscher (10) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass er eine von der Wärmetauscher-Leitung (24) gesonderte Förderleitung (58) aufweist, welche sich von einer Mündung (56) im Filterträger (50) ausgehend erstreckt, vorzugsweise wenigstens abschnittsweise parallel zu einem Abschnitt der Wärmetauscher-Leitung (24) erstreckt, besonders bevorzugt wenigstens abschnittsweise zwischen zwei Wärmetauscher-Leitungsabschnitten erstreckt.
Wärmetauscher (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er einen Wärmetauscherkörper (30) aufweist, in welchem ein Abschnitt (24b) der Wärmetauscher-Leitung (24) und bevorzugt auch der Filterträger (50) oder/und die Förderleitung (58) ausgebildet ist, wobei der Wärmetauscherkörper (30) ein Anschluss-Körperende (32) aufweist, an welchem Leitungsanschlussformationen (34, 36) für eine Zuleitung zu dem im Wärmetauscherkörper (30) ausgebildeten Abschnitt (24b) der Wärmetauscher-Leitung (24) und für eine Ableitung von dem im Wärmetauscherkörper (30) ausgebildeten Abschnitt (24b) der Wärmetauscher-Leitung (24) vorgesehen sind, wobei an dem Anschluss-Körperende (32) bevorzugt auch eine Leitungsanschlussformation (42) zu dem im Wärmetauscherkörper (30) ausgebildeten Abschnitt der Förderleitung (58) oder/und wenigstens eine Leitungsanschlussformation (38, 40) für eine Bypass-Leitung (46) vorgesehen ist.
Wärmetauscher (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Filterträger (50) im Wärmetauscherkörper (30) ausgebildet ist, wobei zwischen dem Anschluss-Körperende (32) und dem Filterträger (50) wenigstens die Wärmetauscher-Leitung (24) zueinander parallele Strömungsabschnitte aufweist, wobei vorzugsweise auch die Förderleitung (58) zwischen dem Anschluss-Körperende (32) und dem Filterträger (50) wenigstens abschnittsweise zur Wärmetauscher-Leitung (24) parallel verläuft.
Wärmetauscher (10) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher-Flüssigkeitsspeicher (14) gesondert von dem Wärmetauscherkörper (30) ausgebildet ist und mit diesem durch Leitungsmittel (24a, 24c) strömungsübertragend verbunden oder verbindbar ist, vorzugsweise lösbar verbunden oder verbindbar.
Wärmetauscher (10) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher-Flüssigkeitsspeicher (14) integral mit dem Wärmetauscherkörper (30) ausgebildet ist.
Betriebsflüssigkeitstank (12), insbesondere Kfz-Betriebsflüssigkeitstank (12), mit einem Wärmetauscher (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Betriebsflüssigkeitstank (12) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Wärmetauscher-Flüssigkeitsspeicher (14) in dem Betriebsflüssigkeitstank (12) befindet und vorzugsweise zu dem Tankaufnahmevolumen des Betriebsflüssigkeitstanks (12) offen ist.
Betriebsflüssigkeitstank (12) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Wärmetauscher-Flüssigkeitsspeicher (14) außerhalb des Betriebsflüssigkeitstanks (12) befindet.