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Die Erfindung geht aus von einem heizbaren Behälter für ein Fluid in einem Kraftfahrzeug, wie er aus der
EP 3 211 191 bekannt ist. Darin ist ein Behälter beschrieben, der zur Bevorratung von Wasser zur Wassereinspritzung in den Verbrennungstrakt dient. Da das Wasser in dem Behälter gefrieren kann, erfolgt eine Beheizung des Behälters derart, dass ein Flächenheizelement von außen in eine Tasche der Behälterwand eingebracht wird. Nachteilig ist die Beheizung der Behälterwand nicht dafür geeignet, auch große, voluminöse Behälter zu beheizen, da die Beheizung nur am Rande des Behälters erfolgt und daher das Eis im Inneren schlecht aufgetaut werden kann.
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Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der Erfindung deshalb darin, einen Tank mit Heizeinrichtungen zu schaffen, der auch ein Auftauen eines Fluids im Inneren eines großen, voluminösen Tanks besser ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch einen Tank mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
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Gerade bei großen Tanks kann durch eine einzige Heizeinrichtung, die im unteren Tankbereich in der Nähe einer Ansaugleitung oder Öffnung angeordnet ist, nicht das gefrorene Fluid im gesamten Tankbereich aufgeschmolzen werden. Tanks, in denen zusätzlich zu einer ersten Heizeinrichtung mindestens eine weitere Heizeinrichtung in einem teilvolumenbildenden Bereich angeordnet ist, ermöglichen dagegen das Auftauen von gefrorenem Fluid auch in Bereichen, die einige Entfernung zur ersten Heizeinrichtung haben und daher von der ersten Heizeinrichtung nicht mehr erreicht werden.
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Vorteilhaft schmilzt jedoch die erste Heizeinrichtung zumindest ein begrenztes Anfangsvolumen frei, damit schon zu Anfang ein Startvolumen im Bereich einer Ansaugleitung oder Öffnung zur Verfügung steht und dadurch schnell Fluid aus dem Tank entnommen werden kann.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind weiteren Heizeinrichtungen in teilvolumenbildenden Bereichen angeordnet, wobei eine Öffnung im unteren Bereich des Teilvolumens oberhalb des Tankbodens im Bereich der Ansaugleitung oder Abflussöffnung angeordnet ist. Dadurch ist erreicht, dass sich abfließendes Fluid aus dem teilvolumenbildenden Bereich um die Ansaugöffnung sammelt. Besonders vorteilhaft ist es, weitere Heizeinrichtungen mit teilvolumenbildenden Bereichen an den Tankseitenwänden beabstandet vom Tankboden anzuordnen.
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Die teilvolumenbildenden Bereiche sind bevorzugt durch Trennwände geschaffen, innerhalb derer sich ein eigener Sammelraum für das aufgetaute Fluid ausbilden kann. Da das Fluid damit nicht abfließt, sondern den Bereich zwischen Heizeinrichtung und verbleibendem gefrorenen Fluid auffüllt, wird ein Luftspalt verhindert und weiteres gefrorenes Fluid kann, unterstützt von Schwappbewegungen während der Fahrt, aufgetaut werden.
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Durch das Freigeben einer zunächst noch verschlossenen Öffnung im unteren, bevorzugt untersten, Bereich des Sammelraumes kann das aufgetaute Fluid letztendlich nach unten abfließen und dort einen weiteren entstandenen Luftspalt, z.B. im Bereich der Ansaugleitung, auffüllen.
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Die Freigabe der Öffnung kann dabei durch unterschiedliche Methoden erreicht werden. So kann die Öffnung von selbst durch das schon aufgetaute, erwärmte Fluid oder aber durch eine eigene Freitauheizung, zum Beispiel in Form eines Heizdrahtes, freigeschmolzen werden. Denkbar wäre auch die Freigabe durch ein gesteuertes Ventil.
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Die elektrischen Anschlussleitungen der Heizeinrichtungen in Bereich der Tankseitenwände sind bevorzugt direkt durch die Tankseitenwände aus dem Tank herausgeführt. Vorteilhaft sind die Anschlussleitungen dabei getrennt von den Anschlussleitungen der ersten Heizeinrichtung durch eigene Durchbrüche in der Tankwand geführt.
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In einer bevorzugten Weiterbildung kann eine oder beide Anschlussleitungen als Heizdraht so in oder an der Tankwand geführt sein, dass bei Betrieb der Heizeinrichtung ein Verbindungskanal zwischen der Fluidoberfläche und der Ansaugleitung oder Öffnung freigeschmolzen wird.
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Die Heizeinrichtung weist bevorzugt mindestens ein PTC-Element auf, das in oder an einem metallischen Wärmeleitkörper angeordnet ist. Denkbar wäre aber beispielsweise auch ein Stanzgitter. Zum Schutz vor aggressivem oder korrosivem Fluid wie demineralisiertem Wasser ist die Heizeinrichtung von einem Kunststoffmantel umgeben.
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Die Anschlussleitungen für die Heizeinrichtung sind vorteilhaft durch den Kunststoffmantel und einen Durchbruch in der Tankwand herausgeführt, wobei der Kunststoffmantel um die Anschlussleitungen dicht mit der Tankwand rings um den Durchbruch verbunden, insbesondere verschweißt ist.
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Äußerst vorteilhaft bildet der Kunststoffmantel teilweise, vorteilhaft vollständig die Trennwand, die das Teilvolumen vom übrigen Tankvolumen abgrenzt.
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Weiterhin vorteilhaft ist der der Kunststoffmantel zweiteilig ausgeführt, wobei die beiden Teile dicht verbunden, bevorzugt verschweißt sind. Bei einer äußerst vorteilhaften Ausbildung bildet der eine Teil des Kunststoffmantels eine Aufnahmevertiefung für den Wärmeleitkörper, während der andere Teil als Deckel die Vertiefung verschließt und darüber hinaus noch die Trennwände ausbildet.
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Bei einem hohen Tank ist es vorteilhaft, wenn mehrere Teilvolumen in Schwerkraftrichtung übereinander angeordnet sind. Dadurch entleert sich das obere Teilvolumen zunächst in das darunterliegende Teilvolumen und kann so zusätzlich Fluid zum Auffüllen eines Luftspaltes bereitstellen. Vorteilhaft kann auch das freigeschmolzene Fluid entlang der Trennwandunterseite das darunterliegende Teilvolumen auffüllen.
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Zur Optimierung der Auftauleistung können die Heizeinrichtungen getrennt oder zeitlich versetzt betrieben. Aber auch das Freigeben der Öffnungen in Bezug auf die zugeordnete Heizeinrichtung oder aber in Bezug auf andere Teilvolumen kann zeitlich versetzt erfolgen.
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In einer besonders vorteilhaften Ausführung kann zumindest ein Teilvolumen, äußerst bevorzugt das oberste Teilvolumen, durch zusätzliches, von oben eingebrachtes Fluid, z.B. in Form von aus dem Anfangsvolumen rückgeführtes Fluid, aufgefüllt werden.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile werden an einem Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung erläutert, wobei die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Es zeigt:
- 1 einen Schnitt durch einen schematisch dargestellten Tank mit Heizeinrichtungen in durch Trennwände abgeteilte Teilvolumen
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In 1 ist rein schematisch ein Tank 1 für demineralisiertes Wasser dargestellt, das in den Verbrennungstrakt eines Kraftfahrzeuges eingespritzt werden soll. Andere zu beheizende Flüssigkeiten in einem Kraftfahrzeug sind aber ebenso denkbar. Im Inneren am Boden 3 des Tanks 1 ist eine erste Heizeinrichtung 2 vorhanden. Im angrenzenden Bereich ist eine Ansaugleitung 4 vorhanden, durch die Wasser aus dem Tank 1 entnommen werden kann. Außerhalb des Tanks 1 ist eine Verzweigung 5 gezeigt, sodass es möglich ist, das entnommene, durch die Heizeinrichtung 2 angewärmte Wasser von oben durch eine Zuführöffnung 6 wieder zuzuführen, wobei die Zuführöffnung 6 oberhalb eines teilvolumenbildenden Bereiches 7.1 angeordnet ist. Bevorzugt ist es, die Ansaugleitung 4 mit Rückführabzweig 5 und die Heizeinrichtung 2 zusammen mit einer Pumpe und einem Filter auf einem gemeinsamen Bodenmodul anzuordnen (nicht gezeigt).
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In der beispielhaften Ausgestaltung ist die Höhe des Tanks 1 größer als dessen Breite. Daher ist es schwierig, mit einer einzigen, am Boden 3 angeordneten Heizeinrichtung 2 das Fluid im gesamten Tank 1 aufzutauen. Der Tank 1 zeigt daher beispielhaft 4 weitere Heizeinrichtungen 8.1 - 8.4 , die sich mit Abstand vom Boden 3 jeweils in einem durch eine Trennwand 9.1 - 9.4 abgeteilten Teilvolumen 7.1 - 7.4 befinden. Die Heizeinrichtungen 8.1 - 8.4 weisen dabei einen äußeren, zweigeteilten Kunststoffmantel auf. Der eine Teil des Kunststoffmantels 10.1 - 10.4 bildet eine Aufnahmevertiefung für den Wärmeleitkörper mit Heizelement (nicht gezeigt), während der andere Teil als Deckel 11.1 - 11.4 die Vertiefung verschließt und darüber hinaus noch die gesamte Trennwand 9.1 - 9.4 zur Abgrenzung des Teilvolumens ausbildet. In diesem Fall sind also Trennwand 9.1 - 9.4 und Deckel 11.1 - 11.4 einstückig ausgeführt. Denkbar ist aber auch, dass der Deckel 11.1 - 11.4 separat ausgeführt ist oder nur einen Teil der Trennwand 9.1 - 9.4 ausbildet. Die Trennwand 9.1 - 9.4 kann auch erst zusammen mit Tankwand 12 einen teilvolumenbildenden Bereich 7.1 - 7.4 ausbilden. In der beispielhaften Ausführung ist die Trennwand 9.1 - 9.4 mit Deckel 11.1 - 11.4 an der Tankseitenwand 12 angebracht, insbesondere mit ihr verschweißt. Die Anschlussleitungen 14 der Heizeinrichtungen 8.1 - 8.4 sind durch den Deckel 11.1 - 11.4 des Kunststoffmantel und einen Durchbruch (nicht gezeigt) in der Tankwand 12 aus dem Tank 1 herausgeführt. Dabei sind sie innerhalb einer um den Durchbruch umlaufend dichten Verbindung 13, bevorzugt Schweißnaht, zwischen Tankwand 12 und Deckel 11.1 - 11.4 nach außen geführt. Bei den beiden Heizeinrichtungen 8.3 und 8.4 auf der rechten Tankseite sind die Anschlussleitungen in einem Kanal 15 in oder an der Tankwand 12 bis in den Bodenbereich 3 geführt. Alternativ, bevorzugt aber zusätzlich ist zumindest eine Anschlussleitung als Heizdraht ausgeführt. Bei wärmeleitender Verbindung zur Tankwand ist es so ermöglicht, einen Kanal von der Fluidoberfläche bis zum Bodenbereich 3 freizuschmelzen, wodurch vorteilhaft auch bei großteils noch gefrorenem Tankinhalt eine Gas- und Fluidverbindung geschaffen ist.
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Nach Aktivierung von Heizeinrichtungen in einem zugefrorenen Tank entstehen durch abfließendes Fluid im Allgemeinen immer rasch Luftspalte zwischen den Heizeinrichtungen und dem Eis, was die weitere Wärmeübertragung auf das Eis erheblich erschwert. Nach Aktivierung der Heizeinrichtungen 8.1, 8.3 ist zunächst ein Bereich um die Heizeinrichtungen 8.1, 8.3 freigeschmolzen. Das geschmolzene Fluid fließt jedoch nicht ab, sondern sammelt sich im Teilvolumen 7.1, 7.3. Dadurch ist ein Entstehen eines Luftspalt 10 im Bereich der Heizeinrichtungen 8.1, 8.3 verhindert und weiteres Eis kann durch die Heizeinrichtungen 8.1, 8.3 aufgeschmolzen werden, wozu auch Schwappbewegungen im Tank 1 beitragen, die das Fluid mit dem verbliebenen Eis in Kontakt bringen.
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An der tiefsten Stelle des abgetrennten Teilvolumens 7.1, 7.3 ist eine Öffnung 16.1, 16.3 vorhanden, die in der beispielhaften Ausführung nach einiger Zeit von selbst durch die Heizeinrichtung 8.1, 8.3 und das angewärmte Wasser aufgeschmolzen wird und dann das im Teilvolumen 7.1, 7.3 befindliche Wasser nach unten abfließen lässt. Sind nun im darunterliegenden Teilvolumen 7.2, 7.4 die Heizeinrichtungen 8.2, 8.4 bevorzugt zeitlich versetzt zu den oberen Heizeinrichtungen 8.1, 8.3 ebenfalls eingeschaltet, so kann durch das von oben zufließende Fluid ein Luftspalt um die Heizeinrichtungen 8.2, 8.4 verhindert werden. Nach dem Freischmelzen der Öffnung 16.2, 16.4 kann das Fluid dann zum Boden 3 hin abfließen und einen eventuellen Luftspalt um das erste Heizelement 2 und die Ansaugleitung 4 auffüllen. Dadurch ist sichergestellt, dass immer Fluid zum Entnehmen aus dem Tank 1 zur Verfügung steht und nach und nach das gesamte Eis im Tank 1 aufgeschmolzen wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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