DE102019209730A1

DE102019209730A1 - Dosiermodul zum Eindosieren eines Betriebs-/Hilfsstoffs

Info

Publication number: DE102019209730A1
Application number: DE102019209730.8A
Authority: DE
Inventors: Juergen Hanneke
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2019-07-03
Filing date: 2019-07-03
Publication date: 2021-01-07
Also published as: CN112177718A

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Dosiermodul (10) zum Eindosieren eines Betriebs-/Hilfsstoffs in einen Abgasstrom (46), der einen Abgastrakt (42) einer Verbrennungskraftmaschine durchströmt. Das Dosiermodul (10) ist mittels eines Kühlmediums gekühlt. Zwischen einem von dem Kühlmedium von einer Eintrittsseite (52) zu einer Austrittsseite (54) durchströmten Wärmetauscher (50, 110) und einem Dosierventil (18) verläuft mindestens ein Wärmerohr (56, 96), welches einen Wärmefluss (68) vom Dosierventil (18) zum Wärmetauscher (50, 110) bewirkt.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf ein Dosiermodul zum Eindosieren eines Betriebs-/Hilfsstoffs in einen Abgasstrom, welcher einen Abgastrakt einer Verbrennungskraftmaschine durchströmt, wobei das Dosiermodul mittels eines Kühlmediums gekühlt wird. Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auf die Verwendung des Dosiermoduls im Abgastrakt einer Verbrennungskraftmaschine zum Eindosieren eines Betriebs-/Hilfsstoffs, insbesondere einer Harnstoff-Wasser-Lösung in einen Abgasstrom einer Verbrennungskraftmaschine eines Personenkraftwagens oder eines Nutzfahrzeugs.
Stand der Technik
US 2016/0326925 A1 bezieht sich auf ein Dosiermodul mit einem integrierten Wärmerohr. Ein Dosiermodul für ein Abgasnachbehandlungssystem umfasst einen Befestigungsflansch zur Kopplung an ein Abgassystem. Der Befestigungsflansch umfasst ein Wärmerohrsystem mit einem Hohlraum, in dem ein Fluid bevorratet ist. Der Hohlraum ist mit einem Wärmequellenabschnitt thermisch gekoppelt über einen Abschnitt des Befestigungsflansches; ferner ist eine Wärmesenke thermisch mit einem Kühlsystem gekoppelt. Das Fluid überträgt Wärme von der Wärmequelle in Richtung zur Wärmesenke.
Bei heutzutage eingesetzten Abgasnachbehandlungssystemen kommen Dosiermodule zum Einsatz, die in der Regel ein elektrisches Dosierventil sowie ein Dosierventilgehäuse sowie Leitbleche zur Kühlmittelführung umfassen. Derartige Dosiermodule werden direkt mit dem Abgastrakt verbunden, in der Regel wird ein verschraubbarer Flansch eingesetzt. Eine derartige Verbindung lässt aufgrund einzuhaltender Standardisierungsmaßnahmen nur bestimmte Abmessungen hinsichtlich der verschraubbaren Flansche zu. Dies wiederrum hat einen nicht unerheblichen Einfluss auf das Innenleben eines Dosierventilgehäuses, was wiederum die Lage und die Position bisher eingesetzter Leitbleche für ein externes Kühlmedium beeinflussen kann.
Darstellung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird ein Dosiermodul zum Eindosieren eines Betriebs-/Hilfsstoffs in einen Abgasstrom vorgeschlagen, der einen Abgastrakt einer Verbrennungskraftmaschine durchströmt und das Dosiermodul mittels eines Kühlmediums kühlt. Zwischen einem von dem Kühlmedium von einer Eintrittsseite zu einer Austrittsseite durchströmten Wärmetauscher und einem Dosierventil verläuft mindestens ein Wärmerohr, welches einen Wärmefluss vom Dosierventil in Richtung zum Wärmetauscher bewirkt.
In Ausgestaltungsvarianten des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Dosiermoduls kann das mindestens eine Wärmerohr in Topfform mit oder ohne Wabenstruktur oder in Form einzelner in Umfangsrichtung verteilt angeordneter Rohre ausgebildet werden.
In Weiterbildung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung sind ein Verdampfungsbereich des mindestens einen Wärmrohrs an einem dem Abgastrakt zuweisenden Ende des Dosierventils und ein Kondensationsbereich des mindestens einen Wärmerohrs innerhalb des Wärmetauschers angeordnetBei dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Dosiermodul kann das mindestens eine Wärmerohr in Zylinderform ausgeführt sein und/oder einen abgewinkelten Endbereich umfassen und/oder es besteht die Möglichkeit, das mindestens eine Wärmerohr so auszubilden, dass dieses eine vergrößerte Übertragungsfläche aufweist.
Bei dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Dosiermodul erstreckt sich das mindestens eine Wärmerohr durch einen Hohlraum des Dosiermodulgehäuses, in dem lediglich Luft enthalten ist. Das mindestens eine Wärmerohr verläuft in vorteilhafter Weise in einem Abschirmabstand entlang des Dosierventils.
Beim erfindungsgemäß vorgeschlagenen Dosiermodul kann innerhalb des Wärmetauschers eine Anzahl von Wärmerohren aufgenommen sein, die eine Zylinderform aufweisen und die in Bezug aufeinander einen Achsversatz aufweisen und senkrecht zur Strömungsrichtung des den Wärmetauscher durchströmenden Kühlmediums orientiert sind.
In einer Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Dosiermoduls ist eine Anzahl von Wärmerohren in einem Kühlkörper gehalten, der mehrteilig ausgeführt sein kann. Der Kühlkörper umfasst ein erstes Kühlkörperteil und ein zweites Kühlkörperteil, die entlang einer Trennfuge gegeneinander verspannt sind. Der Kühlkörper kann darüber hinaus an einer oder beiden Stirnseiten eine oder mehrere Erweiterungen aufweisen. Diese dienen insbesondere der Vergrößerung der wärmeabgebenden Fläche, um eine verbesserte Wärmeübertragung zu erreichen.
Der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung weiter folgend kann am Kühlkörper eine Anzahl von Wärmerohren aufgenommen sein, wobei die einzelnen Wärmerohre zueinander um einen Anstellwinkel α verdreht angeordnet sind. Dadurch kann eine signifikante Vergrößerung der wärmetauschenden Oberfläche und damit ein verbesserter Wärmefluss erreicht werden.
Der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung weiter folgend kann der Anstellwinkel α in einem Bereich zwischen 20° und 80° in Bezug auf die Orientierung der Strömungsrichtung des Kühlmediums orientiert sein.
Der Kühlkörper, der mehrteilig ausgebildet sein kann und insbesondere ein erstes Kühlkörperteil und ein zweites Kühlkörperteil aufweist, bietet im Bereich der Trennfuge der beiden Kühlkörperteile die Möglichkeit, mindestens ein Wärmerohr, sei es in Zylinderform, sei es mit einem abgewinkelten Endbereich ausgebildet, festzuklemmen.
In einer alternativen Ausführungsmöglichkeit des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Dosiermoduls kann dieses einen in das Dosiermodulgehäuse integrierten Wärmetauscher umfassen, was eine sehr kompakte Baumöglichkeit unter Beanspruchung eines minimalen Bauraums bietet.
Schließlich bezieht sich die Erfindung auf die Verwendung des Dosiermoduls in einem Abgastrakt einer Verbrennungskraftmaschine zum Eindosieren eines Betriebs-/Hilfsstoffs, insbesondere eine Harnstoff-Wasser-Lösung, in einen Abgasstrom einer Verbrennungskraftmaschine, sei es eines Personenkraftwagens oder sei es eines Nutzfahrzeugs.
Vorteile der Erfindung
Bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung kann durch die direkte Anbindung der Wärmerohre an das im Dosiermodulgehäuse aufgenommene elektrisch betätigte Dosiermodul und eine Verpressung mit zwei hinsichtlich ihrer Oberfläche gleichmäßig großen und massemäßig identischen Kühlkörperelemente erreicht werden, dass über das mindestens eine Wärmerohr Wärme mit vergleichsweise geringerer Temperaturdifferenz übertragen werden kann. Dies bedeutet, dass ein schnelles Ableiten der Wärme von der am Abgastrakt liegenden temperaturmäßig hoch beanspruchten Dosiermodulspitze in Richtung Wärmetauscher möglich ist. Die entstehende Wärme kann mithin unmittelbar abtransportiert werden, ohne dass es zu einer übermäßig starken Aufheizung des innerhalb des Dosiermodulgehäuses aufgenommenen elektrisch betätigten Dosierventils kommt.
Des Weiteren sind relativ große Kühlmediumquerschnitte möglich, sodass eine große Wärmeaufnahmemöglichkeit bietende Wärmekapazität zur Verfügung steht. Darüber hinaus ist ein schneller Wärmeabtransport erreichbar, möglich durch das Kühlmedium und dessen hohen Volumenstrom. Des Weiteren können in Bezug auf den dem Dosiermodul zugeordneten Wärmetauscher geometrisch relativ robuste Kühlmediumanschlüsse realisiert werden. Ein bei den Lösungen gemäß dem Stand der Technik erfolgendes stoffschlüssiges Verbinden durch Löten bei dünnen Wandstärken, welches sehr fehleranfällig ist und Dichtigkeitsprobleme mit sich bringen kann, kann vollständig entfallen.
Darüber hinaus besteht bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung die Möglichkeit, die Anschlussbereiche flexibel auszuwählen, d. h. entweder eine Klemmkontaktierung zu realisieren oder eine Verbindung durch Quick-Konnektoren und dergleichen herzustellen.
Des Weiteren bietet die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung die Möglichkeit, einen Wärmetauschbereich durch geometrische Auswahl der entsprechenden Kontaktflächen flexibel auszuwählen. Dadurch wiederrum kann die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung sowohl bei Personenkraftwagen wie auch bei Nutzfahrzeugen eingesetzt werden; es besteht die Möglichkeit deutlich unterschiedliche Durchflussmengen hinsichtlich des Kühlmediums und damit erzielbarer Wärmeeinträge zu realisieren. Im Vergleich zu bisher bekannten Lösungen gemäß dem Stand der Technik kann das erfindungsgemäß vorgeschlagene Dosiermodul auch unter hohen Schüttelbeschleunigungen eingesetzt werden.
Des Weiteren kann in vorteilhafter Weise hinsichtlich der Betriebsdauer und Dichtigkeit eine robuste Anbindung an Leitungen, in denen das Kühlmedium strömt, gewährleistet werden. Da die eingesetzten Wärmerohre als Hohlkörper ausgebildet sind, wird das Gewicht des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Dosiermoduls in vorteilhafter Weise sehr günstig beeinflusst. Hinsichtlich der Materialwahl der zum Einsatz kommenden Wärmerohre ist anzuführen, dass diese je nach Einsatzgebiet zum Beispiel aus Edelstahl, Kupfer, Messing, Kunststoff oder Kombinationen dieser Materialien gefertigt werden können. Es ergibt sich eine vereinfachte Herstellung bei der Integration von Kühlfunktionen in das Gehäuse des Dosiermoduls im Vergleich zu den bisher eingesetzten Leitblechen.
Der gegenüber Lösungen gemäß dem Stand der Technik vergrößerte Abstand zwischen dem Wärmeeintrag, im vorliegenden Fall der Spitze des Dosiermoduls, sowie der Wärmeabfuhr, im vorliegenden Fall gegeben durch die Oberseite des Dosiermoduls, hat den Vorteil, dass der Kühlmediumkontakt nur innerhalb des Wärmeaustauschers stattfindet. Bei Lösungen gemäß dem Stand der Technik hingegen wird das Kühlmedium auf dem Weg zur Spitze des Dosierventils bereits erwärmt, sodass die abzuleitende Wärmemenge reduziert wird aufgrund des Temperaturunterschieds zwischen dem Kühlmedium, da die Temperatur des Kühlmediums an der Kühlmediumspitze geringer ist als die Temperaturdifferenz im Wärmetauscher. Dadurch kann bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung die Kühlleistung erhöht werden. In vorteilhafter Weise kann für den Fall, dass nicht genügend Bauraum für einen Wärmetauscher außerhalb des Gehäuses zur Verfügung steht, der Wärmetauscher in das Gehäuse verlegt werden.
Figurenliste
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.
Es zeigen:

1 ein bisher eingesetztes Dosiermodul mit in das Dosiermodulgehäuse eingelassenen Leitblechen,
2 eine Anbindung des Dosiermoduls gemäß der Darstellung in 1 an eine schematisch angedeutete Abgasanlage,
3 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Dosiermodul mit mindestens einem Wärmerohr und einem Wärmetauscher,
4.1 bis 4.4 verschiedene Geometrien von Wärmerohren,
5 eine Anordnungsmöglichkeit von Wärmerohren innerhalb eines Wärmetauschers,
6 eine Aufnahme von Wärmerohren unterschiedlicher Bauart in einem mehrteilig ausgebildeten Kühlkörper,
7 eine Draufsicht auf den in 6 schematisch dargestellten mehrteiligen Kühlkörper mit darin aufgenommenen Wärmerohren,
8 eine Darstellung eines Wärmetauschers, in dem ein Wärmerohr mit vergrößerter Übertragungsfläche angeordnet ist,
9 eine Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Dosierventils mit integriertem Wärmetauscher,
10 und 10.1 als diskrete Rohre in Umfangsrichtung verteilt angeordnete Wärmerohre, das Dosierventil umgebend,
11, 11.1 eine Anordnung, bei der ein Dosierventil von zwei dieses umschließende Wärmerohren umgeben ist,
12 eine Wabenstruktur im Inneren eines Wärmerohrs in Topfform und
13 ein Wärmerohr in Topfform mit einer innenliegenden Wabenstruktur gemäß 12 und einem zylindrisch dieses in Topfform ausgebildete Wärmerohr umgebenden Wärmetauschbereichs.

In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung werden gleiche oder ähnliche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente in Einzelfällen verzichtet wird. Die Figuren stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar.
1 zeigt ein Dosiermodul 10, in dessen Dosiermodulgehäuse 12 ein Hohlraum 14 ausgeführt ist. Im Hohlraum 14, der durch eine Gehäusewand 16 des Dosiermodulgehäuses 12 begrenzt ist, befindet sich ein Dosierventil 18. Dieses wird über eine elektrische Schnittstelle 20 elektrisch betätigt. Das Dosiermodulgehäuse 12 weist einen Eintritt 22 für ein Kühlmedium und einen Austritt 24 für das Kühlmedium auf. Des Weiteren ist am Dosiermodulgehäuse 12 ein Eintritt 26 für einen Betriebs-/Hilfsstoff, bei dem es sich in der Regel um eine gefrierfähige Harnstoff-Wasser-Lösung handelt, vorgesehen. Innerhalb des Hohlraums 14 des Dosiermoduls 10 gemäß der Darstellung in 1 befindet sich ein erstes Leitblech 28 sowie ein zweites Leitblech 30.
Das Dosiermodulgehäuse 12 des Dosiermoduls 10 gemäß 1 wird über einen in 1 schematisch dargestellten Befestigungsflansch 32 mit einem in 1 nicht dargestellten Abgastrakt einer Verbrennungskraftmaschine verbunden.
2 zeigt, dass das Dosiermodulgehäuse 12 des Dosiermoduls 10 gemäß 1 über den Befestigungsflansch 32 mit einem seitlich abzweigenden Stutzen eines Abgastrakts 42 verbunden ist. Der Abgastrakt 42 wird von einem Abgasstrom 46, der von einer Verbrennungskraftmaschine eines Personenkraftwagens oder eines Nutzfahrzeugs produziert wird, durchströmt. Das Dosiermodulgehäuse 12 umfasst einen Zulauf 34 für den Betriebs-/Hilfsstoff, ferner einen Schlauch 36 auf einer Vorlaufseite sowie einen Schlauch 38 auf der Rücklaufseite eines Kühlmediums. Darüber hinaus befindet sich am Dosiermodulgehäuse 12 des Dosiermoduls 10 gemäß der Darstellung in 2 ein elektrischer Anschluss 40.
In der Regel ist das Dosiermodulgehäuse 12 des Dosiermoduls 10 über den Befestigungsflansch 32 mit dem Abgastrakt 42 beispielsweise verschraubt.
Ausführungsvarianten der Erfindung
3 zeigt einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäß vorgeschlagenes Dosiermodul 10, das einen Wärmetauscher 50 umfasst, welcher von einem Kühlmedium von einer Eintrittsseite 52 in Richtung auf eine Austrittsseite 54 durchströmt wird. Innerhalb des Wärmetauschers 50 auf der Oberseite des Dosiermoduls 10 befinden sich Kondensationsbereiche 66 mindestens eines Wärmerohrs 56. In der Darstellung gemäß dem Längsschnitt in 3 ist das dort dargestellte mindestens eine Wärmerohr 56 in Topfform 58 ausgeführt.
Innerhalb eines Luftvolumens 78, das durch die Gehäusewand 16 des Dosiermodulgehäuses 12 begrenzt ist, befindet sich das Dosierventil 18. Innerhalb des in der Darstellung gemäß 3 in Topfform 58 beschaffenen Wärmerohrs 56 stellt sich ein Wärmefluss 68 ein, der vom Verdampfungsbereich 64 am „heißen“ Ende des Dosierventils 18 in Richtung auf die Kondensationsbereiche 66, die innerhalb des Wärmetauschers 50 liegen, gerichtet ist. Wie des Weiteren aus 3 hervorgeht sind die Kondensationsbereiche 66 des mindestens einen Wärmerohrs 56 über Dichtungselemente 70 in einer Wand 72 des Wärmetauschers 50 abgedichtet.
Aus dem Längsschnitt gemäß 3 ergibt sich des Weiteren, dass der erste Wärmerohrschenkel 60 sowie der zweite Wärmerohrschenkel 62 unter Einhaltung eines Abschirmabstands 74 in Bezug auf das Dosierventil 18 durch das Luftvolumen 78 des Dosiermodulgehäuses 12 verlaufen. Durch den Abschirmabstand 74, der durch die Luftschichten zwischen dem Dosiermodulgehäuse 12 und dem mindestens einen Wärmerohr 56 einerseits sowie zwischen dem mindestens einen Wärmerohr 56 und dem Dosierventil 18 andererseits gegeben ist, ergeben sich Vorteile bezüglich eines nicht gewünschten Wärmeeintrags in das Dosierventil 18. Dieses ist durch die den Abschirmabstand 74 darstellenden Luftschichten gegen den Wärmeeintrag isoliert. Das elektrisch betätigte Dosierventil 18 ist somit nur partiell, d. h. im Verbindungsbereich an einer Kontaktstelle 76 direkt der hohe Temperaturen aufweisenden Umgebung beziehungsweise dem erwärmten Kühlmedium ausgesetzt, sodass der Wärmeeintrag aufgrund von Wärmeleitung in das im Luftvolumen 78 des Dosiermoduls 10 aufgenommene elektrisch betätigte Dosierventil 18 minimiert ist.
Den 4.1, 4.2, 4.3 und 4.4 sind Ausführungsvarianten von Wärmerohren 56 zu entnehmen, die in Bezug auf 4.1 beispielsweise Bohrungen 80 umfassen oder - wie in 4.2 und 4.3 dargestellt - Verzahnungen 82 aufweisen können. Dadurch wird eine Kühlmediumumströmung möglichst störungsfrei gehalten, um einen effektiven Wärmeabtransport von diesen Bereichen des Wärmerohrs 56 zu ermöglichen.
4.4 zeigt in schematischer Weise eine Ausführungsvariante eines Wärmerohrs 56 in einem nur partiell dargestellten Wärmetauscher 50. Bei der Darstellung gemäß 4.4 umfasst das Wärmerohr 56 einen abgewinkelten Endbereich 84, der eine vergrößerte Wärmeübertragungsfläche 88 (vergleiche gestrichelte Darstellung in 4.4) bietet. Das Kühlmedium durchströmt den Wärmetauscher 50 in Strömungsrichtung 86 und strömt damit entlang des parallel zur Strömungsrichtung 86 verlaufenden Bereichs des abgewinkelten Endbereichs 84. Der abgewinkelte Endbereich 84 jedoch verläuft senkrecht zur Strömungsrichtung 86 des Kühlmediums, weswegen dieser intensiv dem in Strömungsrichtung 86 strömenden Kühlmedium ausgesetzt ist und sich ein signifikanter Wärmetransport einstellt.
5 zeigt einen Wärmetauscher 50, in dem eine Anzahl zylindrisch ausgebildeter Wärmerohre 56 aufgenommen ist.
Wie 5 zeigt, wird der dort dargestellte Wärmetauscher 50 ausgehend von einer Eintrittsseite 52 in Richtung zu einer Austrittsseite 54 von einem Kühlmedium durchströmt. Innerhalb des durch den Wärmetauscher 50 begrenzten Hohlraums befindet sich eine Anzahl von Wärmerohren 56, die in Zylinderform 90 ausgeführt sind. Die einzelnen in Zylinderform 90 ausgebildeten Wärmerohre 56 sind in Bezug aufeinander in einem Achsversatz 92 dargestellt und verlaufen im Wesentlichen senkrecht zur Strömungsrichtung 86, die dem Kühlmedium von der Eintrittsseite 52 in Richtung auf die Austrittsseite 54 aufgeprägt ist.
6 zeigt eine schematische Draufsicht auf einen mehrteilig ausgebildeten Kühlkörper 94. Der in 6 schematisch dargestellte mehrteilige Kühlkörper 94 umfasst einen ersten Kühlkörperteil 102 sowie einen zweiten Kühlkörperteil 104. In einem jeden der Kühlkörperteile 102 beziehungsweise 104 sind Wärmerohre 56, 96 aufgenommen. Darüber hinaus kann der mehrteilige Kühlkörper 94 gemäß der Darstellung in 6 beispielsweise in Bezug auf das erste Kühlkörperteil 102 gemäß 6 an einer oder beiden Stirnseiten jeweils Erweiterungen 112 aufweisen.
Durch die beispielsweise stabförmig ausgebildeten Erweiterungen 112 wird erreicht, dass die wärmeabgebende Oberfläche des ersten Kühlkörperteils 102 vergrößert wird. Die Erweiterungen 112, die der Vergrößerung der wärmeabgebenden Oberfläche dienen, können in jeder beliebigen Geometrie ausgeführt sein; Sinn und Zweck ist die Vergrößerung der wärmeabgebenden Oberfläche am ersten Kühlkörperteil 102.
Wie 6 zeigt können in dem Kühlkörperteil 102 beziehungsweise 104 des mehrteilig ausgebildeten Kühlkörpers 94 sowohl Wärmerohre 56 verlaufen als auch Wärmerohre 96 mit Abwinklung aufgenommen sein.
Der Darstellung gemäß 7 ist ein mehrteiliger Kühlkörper 94 zu entnehmen. Die in 7 dargestellte Draufsicht auf den mehrteiligen Kühlkörper 94 zeigt, dass entlang einer hier senkrecht verlaufenden Trennfuge 100 das erste Kühlkörperteil 102 mit dem zweiten Kühlkörperteil 104 verbunden ist. Die Verbindung der beiden Kühlkörperteile 102, 104 des mehrteiligen Kühlkörpers 94 erfolgt an einer Einleitungsstelle 106 an der beispielsweise mittels einer Verschraubung eine Anpresskraft eingeleitet werden kann, sodass bei entsprechend konfigurierten Öffnungen im Bereich der Trennfuge 100 beispielsweise Wärmerohre 96 mit Abwinklung im Bereich der Trennfuge 100 geklemmt werden können. Darüber hinaus sind mit Bezugszeichen 112 Erweiterungen bezeichnet, die senkrecht in der Zeichenebene dargestellt sind. Durch die einzelnen Erweiterungen 112, die in beliebiger Verteilung auf dem ersten Kühlkörperteil 102, jedoch auch auf dem zweiten Kühlkörperteil 104 angeordnet sein können, wird eine vergrößerte Übertragungsfläche 108 erreicht, sodass ein größerer Wärmebetrag von den Kühlkörperteilen 102 beziehungsweise 104 aufgenommen werden kann.
Während im Bereich der Trennfuge 100 zwischen dem ersten Kühlkörperteil 102 und dem zweiten Kühlkörperteil 104 in komplementär zur Wärmerohrform ausgebildeten Öffnungen Wärmerohre 96 mit Abwinklung geklemmt sind, können - wie weiter aus der Draufsicht gemäß 7 hervorgeht - beispielsweise am zweiten Kühlkörperteil 104 Wärmerohre mit Abwinklung 96 in verschiedenen Anstellwinkeln 98 in Bezug aufeinander angeordnet werden. Durch die Orientierung der einzelnen Wärmerohre 96 mit Abwinklung kann eine Wärmetauschoberfläche signifikant vergrößert werden, da die der Strömungsrichtung 86 ausgesetzte Oberfläche eines jeweiligen Wärmerohrs 96 mit Abwinklung je nach Grad des Anstellwinkels 98 größer oder kleiner wird. Der in 7 beispielhaft dargestellte Anstellwinkel 98 kann im Bereich zwischen 20° und 80° liegen bezogen auf die Strömungsrichtung 86 des Kühlmediums, wie in 6 angedeutet.
Eine Anpresskraft kann im Bereich der Einleitungsstellen 106 beispielsweise durch eine Verschraubung der beiden Kühlkörperteile 102 und 104 miteinander erfolgen. Bei der Verschraubung beider Kühlkörperteile 102 und 104 erfolgt ein Kontakt entlang der Trennfuge 100, sodass zwischen den beiden Kühlkörperteilen 102 beziehungsweise 104 des mehrteiligen Kühlkörpers 94 eingeklemmte Wärmerohre 96 mit Abwinklung gehalten und fixiert sind.
8 zeigt in schematischer Weise einen Wärmetauscher 50 mit einem Wärmerohr 56, 96 mit vergrößerter Übertragungsfläche 108. Der Wärmetauscher 50 wird analog zu den vorstehend beschriebenen Figuren von einem Kühlmedium ausgehend von der Eintrittsseite 52 in Richtung auf die Austrittsseite 54 des Wärmetauschers 50 durchströmt. Das in Strömungsrichtung 86 strömende Kühlmedium passiert das mindestens eine im Hohlraum des Wärmetauschers 50 angeordnete Wärmerohr 56, 96, welches eine vergrößerte Übertragungsfläche 108, beispielsweise dargestellt durch eine Verrippung, an seinem Umfang im Bereich des Kondensationsbereichs 66 aufweisen kann. An den an der Eintrittsseite 52 beziehungsweise der Austrittsseite 54 liegenden Enden des Wärmetauschers 50 können Anschlüsse für Schläuche des Kühlmediums angeordnet sein, die flexibel wählbar sind, beispielsweise Klemmkontakte oder Verschraubungen oder auch ein Anschlussgewinde sind denkbar.
9 zeigt eine Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Dosiermoduls 10 mit einem integrierten Wärmetauscher 110. Wie aus dem Längsschnitt hervorgeht, der in 9 dargestellt ist, ist der integrierte Wärmetauscher 110 in das Dosiermodulgehäuse 12 beziehungsweise dessen Gehäusewand 16 integriert. Dies bedeutet eine besonders niedrigbauende Ausführungsmöglichkeit des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Dosiermoduls 10. Der integrierte Wärmetauscher 110, der sich an der Oberseite des Dosiermodulgehäuses 12 befindet, wird analog zum Wärmetauscher 50 gemäß der Darstellung in 3 von seiner Eintrittsseite 52 her vom Kühlmedium in Richtung auf die Austrittsseite 54 durchströmt. Dabei passiert das Kühlmedium die Kondensationsbereiche 66 des in 9 in Topfform 58 ausgebildeten mindestens einen Wärmerohrs 56.Es besteht die Möglichkeit, anstelle eines Wärmerohrs 56 in Topfform 58 eine Anzahl diskreter Rohre 59, 60, 61, 62 in Umfangsrichtung um das Dosierventil 18 herum anzuordnen (vgl. 10.1). Anstelle des in 9 dargestellten, in Topfform 58 ausgebildeten Wärmerohrs 56 können auch Wärmerohrteile 114, 116 in Bezug auf das Dosierventil 18 einander gegenüberliegend angeordnet werden.
Analog zur Darstellung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Dosiermoduls 10 gemäß 3 ist der Verdampfungsbereich 64 des Wärmerohrs 56 am „heißen“ Ende des elektrisch betätigten Dosierventils 18 angeordnet. Auch in der Ausführungsvariante des Dosiermoduls 10 gemäß 9 mit integriertem Wärmetauscher 110 erstreckt sich das Wärmerohr 56 durch den Hohlraum 78 des Dosiermodulgehäuses 12 unter Einhaltung eines Abschirmabstands 74 in Bezug auf das Dosierventil 18. Die im Luftvolumen 78 des Dosiermodulgehäuses 12 enthaltene Luft bildet isolierende Luftschichten, sodass der Wärmeeintrag, insbesondere von der Unterseite, d. h. dem „heißen“ Ende des Dosiermoduls 10, in das in diesem aufgenommene Dosierventil 18 minimiert wird.
Bezugszeichen 76 bezeichnet die Kontaktstelle, an der das Dosierventil 18 mit seinem „heißen“ Ende am Dosiermodul 10 verbunden ist.
Die anhand der vorstehend beschriebenen 3 bis 9 dargestellten Wärmerohre 56 beziehungsweise 96 können zylindrisch, flach, oszillierend oder ultraflach ausgebildet sein und weisen einen extrem niedrigen Wärmewiderstand auf, verglichen mit einem Festkörper gleicher Abmessung oder einer strömenden Flüssigkeit. In Abstimmung einer geeigneten Befestigungskraft, die beispielsweise durch eine Verpressung oder durch eine stoffschlüssige Verbindung in Gestalt einer Verschweißung aufgebracht werden kann, kann zwischen dem vor Wärme zu schützenden Objekt, d. h. dem im Hohlraum 78 angeordneten elektrisch betätigten Dosierventil 18 und den Wärmerohren 56, 96 der Wärmefluss 68 erheblich gesteigert werden.
Durch den Einsatz von Kühlkörpern, die gegen die Kondensationsbereiche 66 der Wärmerohre 56, 96 gepresst werden, kann die Wärmeabfuhr in den Wärmetauscher 50 beziehungsweise in den integrierten Wärmetauscher 110 nochmals beträchtlich gesteigert werden.
Die 10 und 10.1 zeigen eine Ausführungsvariante, bei welcher eine Anzahl diskreter Wärmerohre 59, 60, 61, 62 innerhalb der Gehäusewand 16 aufgenommen ist. Die 10 zeigt, dass am Mantel des Dosierventils 18 an Kontaktstellen 76 jeweils ein erstes diskretes Rohr 59, ein zweites diskretes Rohr 60 sowie ein drittes diskretes Rohr 61 anliegen. In der Darstellung gemäß 10 sind lediglich die untenliegenden Verdampfungsbereiche 64 der diskreten Rohre 59, 60, 61 dargestellt. In 10.1 ist ein Schnittverlauf X.1 - X.1 wiedergegeben, aus dem hervorgeht, dass am Umfang des Dosierventils 18 innerhalb der Gehäusewand 16 insgesamt vier diskrete Rohre 59, 60, 61, 62 in einer 90°-Verteilung entlang des Umfangs des Dosierventils 18 angeordnet sind. Entsprechend der Platzverhältnisse um das Dosierventil 18 können auch eine größere oder eine geringere Anzahl in Umfangsrichtung um das Dosierventil 18 angeordnet sein. An den jeweiligen Kontaktstellen 76, d.h. am „heißen“ Ende des Dosierventils 18 liegen die jeweiligen Verdampfungsbereiche 64 der diskreten Rohre 59, 60, 61, 62.
Den 11 und 11.1 ist eine weitere Ausführungsvariante von Wärmerohren zu entnehmen. Aus den 11 beziehungsweise 11.1 geht hervor, dass innerhalb der Gehäusewand 16 des Dosiermoduls 10 in Bezug auf das mittig angeordnete Dosierventil 18 ein erstes Wärmerohrteil 114 und ein zweites Wärmerohrteil 116 einander gegenüberliegend angeordnet sind und im Wesentlichen das Dosierventil 18 umschließen. 11.1 zeigt, dass die einander gegenüberliegenden Wärmerohrteile 114 beziehungsweise 116 mit ihren Verdampfungsbereichen 64 an den Kontaktstellen 76 am „heißen“ Ende des Dosierventils 18 liegen.
Der Darstellung gemäß den 12 und 13 ist eine Ausführungsvariante des Wärmerohrs 56 in Topfform 58 zu entnehmen, in welche eine Wabenstruktur 118 integriert ist. Die Wabenstruktur 118 zeichnet sich im Wesentlichen durch eine Anzahl von in Umfangsrichtung verteilt angeordneter Kammern 120 aus. Die einzelnen Kammern 120, die in einer Anzahl von 1 bis n in der Wabenstruktur 118 ausgebildet sind, sind durch einzelne Wandabschnitte voneinander getrennt. Ein Innendurchmesser der Gehäusewand 16 ist mit Bezugszeichen 122 bezeichnet, deren Außendurchmesser durch Bezugszeichen 124 identifiziert wird. Eine in 12 vergrößert dargestellte Wabenstruktur 118 ist beispielsweise in das Wärmerohr 56 in Topfform 58, wie es in 13 verbaut ist, integriert. Hier ist das Wärmerohr 56 so angeordnet, dass dessen Verdampfungsbereiche 64 am unteren Ende, d. h. am „heißen“ Ende, das Dosiermodul 10 kontaktieren und das Wärmemedium die Wärme in die Kondensationsbereiche 66 transportiert. Innerhalb eines zylindrischen Wärmetauscherbereichs 128 wird die transportierte Wärme an ein Kühlmedium abgegeben. Der zylindrische Wärmetauscherbereich 128 wird über einen Eintritt 22 mit Kühlmedium versorgt, welches am Austritt 24 den zylindrischen Wärmetauscherbereich 128 mit erhöhter Temperatur wieder verlässt. Bezugszeichen 68 ist der sich einstellende Wärmefluss 68, ausgehend von den Kontaktstellen 76 hin zu den Kondensationsbereichen 66 im zylindrischen Wärmetauscherbereich 128 dargestellt. Gekühltes Wärmetransportmedium strömt zu den Verdampfungsbereichen 64 im unteren Bereich des Wärmerohrs 56 zurück.
Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2016/0326925 A1 [0002]

Claims

Dosiermodul (10) zum Eindosieren eines Betriebs-/Hilfsstoffs in einen Abgasstrom (46), der einen Abgastrakt (42) einer Verbrennungskraftmaschine durchströmt, wobei das Dosiermodul (10) mittels eines Kühlmediums gekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einem von dem Kühlmedium von einer Eintrittsseite (52) zu einer Austrittsseite (54) durchströmten Wärmetauscher (50, 110) und einem Dosierventil (18) mindestens ein Wärmerohr (56, 96) verläuft, das einen Wärmefluss (68) vom Dosierventil (18) zum Wärmetauscher (50, 110) bewirkt.
Dosiermodul (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Wärmerohr (56, 96) in Topfform (58) ausgebildet ist oder eine Anzahl diskreter Rohre (59, 60, 61, 62) umfasst oder aus einem ersten Wärmerohrteil (114) und einem zweiten Wärmerohrteil (116) gebildet ist.
Dosiermodul (10) gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verdampfungsbereich (64) des mindestens einen Wärmerohrs (56, 96) oder der Anzahl der diskreten Rohre (59, 60, 61, 62) oder der Wärmerohrteile (114, 116) an einem dem Abgastrakt (42) zuweisenden Ende des Dosierventils (18) und ein Kondensationsbereich (66) des mindestens einen Wärmerohrs (56, 96) innerhalb des Wärmetauschers (50, 110) liegt.
Dosiermodul (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Wärmerohr (56, 96) in Zylinderform (90) ausgeführt ist und/oder einen abgewinkelten Endbereich (84) umfasst und/oder das mindestens eine Wärmerohr (56, 96) eine vergrößerte Übertragungsfläche (108) aufweist.
Dosiermodul (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich das mindestens eine Wärmerohr (56, 96) durch einen Hohlraum (78) des Dosiermodulgehäuses (12) erstreckt.
Dosiermodul (10) gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Wärmerohr (56, 96) in einem Abschirmabstand (74) vom Dosiermodul (10) verläuft.
Dosiermodul (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Wärmetauschers (50, 110) eine Anzahl von Wärmerohren (56, 96) in Zylinderform (90) aufgenommen ist, die einen Achsversatz (92) in Bezug aufeinander aufweisen und senkrecht zur Strömungsrichtung (86) des Kühlmediums orientiert sind.
Dosiermodul (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzahl von Wärmerohren (56, 96) in einem mehrteiligen Kühlkörper (94) gehalten ist.
Dosiermodul (10) gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der mehrteilige Kühlkörper (94) ein erstes Kühlkörperteil (102) und ein zweites Kühlkörperteil (104) aufweist, die entlang einer Trennfuge (100) gegeneinander verspannt sind.
Dosiermodul (10) gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der mehrteilige Kühlkörper (94) mindestens eine Erweiterung (112) zur Vergrößerung einer Übertragungsfläche (108) aufweist.
Dosiermodul (10) gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass am mehrteiligen Kühlkörper (94) eine Anzahl von Wärmerohren (56, 96) aufgenommen ist, die in Bezug zueinander um einen Anstellwinkel α (98) verdreht sind, zur Vergrößerung der wärmetauschenden Oberfläche.
Dosiermodul (10) gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Anstellwinkel α (98) im Bereich zwischen 20° und 80° zur Strömungsrichtung (86) des Kühlmediums orientiert ist.
Dosiermodul (10) gemäß den Ansprüchen 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass im mehrteiligen Kühlkörper (94) im Bereich der Trennfuge (100) mindestens ein Wärmerohr (56, 96) geklemmt ist.
Dosiermodul (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dieses einen in das Dosiermodulgehäuse (12) integrierten Wärmetauscher (110) umfasst.
Dosiermodul (10) gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die diskreten Rohre (59, 60, 61, 62) in Umfangsrichtung des Dosierventils (18) voneinander beabstandet angeordnet sind.
Dosiermodul (10) gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmerohrteile (114, 116) am Dosierventil (18) einander gegenüberliegend angeordnet sind.
Dosiermodul (10) gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Wärmerohr (56) in Topfform (58) eine Wabenstruktur (118) ausgeführt ist, die in Umfangsrichtung gesehen, eine Anzahl 1 ... bis n voneinander getrennter Kammern (120) umfasst.
Dosiermodul (10) gemäß Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmerohr (56) in Topfform (58) mit Wabenstruktur (118) im Kondensationsbereich (66) von einem zylindrischen Wärmetauscherbereich (128) umgeben ist.
Verwendung des Dosiermoduls (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 18 im Abgastrakt (42) einer Verbrennungskraftmaschine zum Eindosieren eines Betriebs-/Hilfsstoffs, insbesondere einer Harnstoff-Wasser-Lösung in einen Abgasstrom (46) einer Verbrennungskraftmaschine eines Personenkraftwagens oder eines Nutzfahrzeugs.