DE102020115329A1

DE102020115329A1 - Wassereinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine und Dekontaminationssystem für ein Wassereinspritzsystem

Info

Publication number: DE102020115329A1
Application number: DE102020115329.5A
Authority: DE
Inventors: Jochen Krauss; Simon Leininger
Original assignee: Mann and Hummel GmbH
Current assignee: Mann and Hummel GmbH
Priority date: 2020-06-09
Filing date: 2020-06-09
Publication date: 2021-12-09

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Wassereinspritzsystem (100) für eine Brennkraftmaschine, insbesondere für eine Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs, mit wenigstens einer Wasserquelle (110) und einer Einspritzdüsenanordnung (120), welche strömungsmäßig miteinander verbunden sind, wobei zwischen der wenigstens einen Wasserquelle (110) und der Einspritzdüsenanordnung (120) wenigstens ein Dekontaminationssystem (130) angeordnet ist, welches wenigstens ein Heizelement (200) und wenigstens einen Partikelfilter (150, 160) und/oder wenigstens einen lonentauscher (170) umfasst, wobei das wenigstens eine Heizelement (200) eine wässrige Lösung, welches durch das Dekontaminationssystem (130) strömt, auf eine Temperatur von mindestens 60°C erhitzt.Ferner betrifft die Erfindung ein Dekontaminationssystem (130) für ein solches Wassereinspritzsystem (100).

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Wassereinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine und ein Dekontaminationssystem für ein Wassereinspritzsystem.
Stand der Technik
Wassereinspritzsysteme mit wenigstens einer Wasserquelle und einer Einspritzdüsenanordnung, welche strömungsmäßig miteinander verbunden sind, sind bekannt. Zudem ist bekannt, der Einspritzdüsenanordnung wenigstens ein Dekontaminationssystem vorzuschalten. Korrespondierende Dekontaminationssysteme mit wenigstens einem Filterelement und wenigstens einem lonentauscher sind ebenfalls bekannt. Des Weiteren ist bekannt, eine wässrige Lösung im Wassereinspritzsystem durch ein Heizelement zu erhitzen, um das Einfrieren der wässrigen Lösung zu verhindern oder um die Geschwindigkeit der Verdampfung der durch die Einspritzdüsenanordnung in eine Druckluft injizierten wässrigen Lösung zu beschleunigen.
Ein solches Wassereinspritzsystem ist beispielsweise aus US2006266307A bekannt.
Als Wasserquellen können fahrzeugexterne Wasserquellen oder fahrzeuginterne Wasserquellen, wie beispielsweise Kondenswasser erzeugende Baugruppen oder Regenwasser auffangende Baugruppen, genutzt werden. Bei einer fahrzeuginternen Wasserquelle kann kontinuierlich Wasser oder eine wässrige Lösung erzeugt und an die Einspritzdüsenanordnung weitergeleitet werden. Bei einer fahrzeugexternen Wasserquelle füllt ein Fahrzeugnutzer einen Wasservorrat des Fahrzeugs manuell auf. In Abhängigkeit der Wasserquelle kann das korrespondierende Wasser oder die wässrige Lösung stärker oder schwächer mit Partikeln und/oder mit Ionen und/oder mit Keimen kontaminiert sein. Da sich im reinen Wasser Stoffe aus einer Leitung oder aus anderen Wasserquellen im Wasser lösen können oder vom Wasser aufgenommen und transportiert werden können, wird im Folgenden unter einer wässrigen Lösung reines Wasser oder reines Wasser, in welchem sich Stoffe gelöst oder in welchen ungelöste Stoffe transportiert werden, verstanden.
Offenbarung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Wassereinspritzsystem bereitzustellen, welches eine verbesserte Wasseraufbereitung aufweist.
Eine weitere Aufgabe ist die Bereitstellung eines Dekontaminationssystems, welches eine Wasseraufbereitung verbessert.
Die vorgenannte Aufgabe wird nach einem Aspekt der Erfindung bei einem Wassereinspritzsystem dadurch gelöst, dass zwischen wenigstens einer Wasserquelle und einer Einspritzdüsenanordnung wenigstens ein Dekontaminationssystem angeordnet ist, welches wenigstens ein Heizelement umfasst, wobei das wenigstens eine Heizelement eine wässrige Lösung, welche durch das Dekontaminationssystem strömt, auf eine Temperatur von mindestens 60° C erhitzt.
Die weitere Aufgabe wird gelöst von einem Dekontaminationssystem, welches wenigstens ein Heizelement umfasst, wobei das wenigstens eine Heizelement eine wässrige Lösung, welche durch das Dekontaminationssystem strömt, auf eine Temperatur von mindestens 60°C erhitzt.
Günstige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.
Es wird ein Wassereinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine, insbesondere für eine Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs vorgeschlagen, mit wenigstens einer Wasserquelle und einer Einspritzdüsenanordnung, welche strömungsmäßig miteinander verbunden sind, wobei zwischen der wenigstens einen Wasserquelle und der Einspritzdüsenanordnung wenigstens ein Dekontaminationssystem angeordnet ist. Eine geeignete Verbindung transportiert eine wässrige Lösung von der Wasserquelle zur Einspritzdüsenanordnung. Das wenigstens eine Heizelement des Dekontaminationssystems erhitzt die wässrige Lösung, welche durch das Dekontaminationssystem strömt, auf eine Temperatur von mindestens 60°C, bevorzugt von mindestens 80 °C.
Unter einer Kontamination wird im Folgenden eine Verunreinigung von der wässrigen Lösung und von Bauteilen des Wassereinspritzsystems durch unerwünschte Partikel oder Ionen oder Mikroorganismen oder durch eine Kombination aus unerwünschten Partikeln, Ionen und Mikroorganismen verstanden. Unter Mikroorganismen können im Folgenden Bakterien, Pilze, mikroskopische Algen, Protozoen, Viren und Keime verstanden werden.
Unter einem Dekontaminationssystem wird im Folgenden eine Baugruppe verstanden, welche insbesondere wässrige Lösungen, so aufbereitet, dass eine vorgegebene Wasserqualität für die Einspritzdüsenanordnung erzielt werden kann. Das Dekontaminationssystem kann zu diesem Zweck das wenigstens eine Heizelement und wenigstens einen Partikelfilter, oder das wenigstens eine Heizelement und wenigstens einen Ionentauscher, oder das wenigstens eine Heizelement, wenigstens einen Partikelfilter und wenigstens einen lonentauscher umfassen. Das Heizelement, der wenigstens eine Partikelfilter und/oder der wenigstens eine lonentauscher können hierbei, beispielsweise in Strömungsrichtung, hintereinander angeordnet werden. Durch das Dekontaminationssystem kann auf vorhandene Wasserquellen zurückgegriffen werden, welche wässrige Lösungen mit einer an sich geringeren Qualität zur Verfügung stellen. Dadurch kann die Beschaffung einer für die Einspritzdüsenanordnung geeigneten wässrigen Lösung vereinfacht und Beschaffungskosten für die wässrige Lösung wie auch hierfür notwendiger Bauraum reduziert werden.
Unter einem Heizelement wird im Folgenden ein Bauteil oder eine Baugruppe verstanden, welche geeignet ist, die wässrige Lösung auf eine vorgegebene Temperatur zu erhitzen. In einer bevorzugten Ausführung des Heizelements erhitzt das Heizelement die wässrige Lösung zumindest kurzzeitig auf Temperaturen über 65 °C, beispielsweise auf 80°C. Die meisten Mikroorganismen, insbesondere Keime, sterben bei Temperaturen über 60 °C. Durch die Erhitzung der wässrigen Lösung auf über 60°C kann eine mikrobielle Wachstumsrate in der wässrigen Lösung in vorteilhafter Weise zumindest reduziert werden. Optional können einige der Mikroorganismen bei diesen Temperaturen auch abgetötet werden. Durch das Abtöten der Mikroorganismen oder durch die Reduzierung der mikrobiellen Wachstumsrate in der wässrigen Lösung kann die Wasserqualität in vorteilhafter Weise verbessert werden. Die Leistung des wenigstens einen Heizelements kann an einen Fluidvolumenstrom, ein Heizerkonzept, eine Einbaulage des Heizelements und damit verbundenen an Leistungsverluste an die Umwelt angepasst werden. Die wässrige Lösung kann im weiteren Verlauf bis zum Erreichen der Einspritzdüsenanordnung abkühlen. Das erfindungsgemäße Wassereinspritzsystem kann weitere Heizelemente aufweisen, welche nicht dem Dekontaminationssystem zugeordnet sind.
Unter einem Partikelfilter wird im Folgenden eine Baugruppe verstandenen, welche wenigstens ein Filtermedium aufweist. Das wenigstens eine Filtermedium filtert Partikel mit einer vorgegebenen Größe aus der wässrigen Lösung, welche das wenigstens eine Filtermedium durchströmt. Das Filtermedium kann hierbei so ausgerüstet werden, dass eine langfristige Verschmutzung des Partikelfilters verhindert werden kann. Der Partikelfilter kann zusätzlich einen Mantel, ein Gehäuse oder andere geeignete Elemente oder Bauteile aufweisen. Das erfindungsgemäße Wassereinspritzsystem kann Partikelfilter aufweisen, welche nicht dem Dekontaminationssystem zugeordnet sind.
Unter einem Ionentauscher wird im Folgenden eine Baugruppe verstandenen, welche wenigstens ein ionentauschendes Material umfasst, welches Ionen durch andere Ionen gleichnamiger Ladung ersetzt. Die wässrige Lösung kann hierbei das ionentauschende Material durchströmen. Der lonentauscher kann weitere Elemente beispielsweise zum Stützen des ionentauschenden Materials aufweisen. Hierbei kann das ionentauschende Material in eine Säule eingefüllt werden. Die auszutauschenden Ionen können am ionentauschenden Material gebunden werden, welches seinerseits dafür eine äquivalente Ladungsmenge von vorher gebundenen Ionen in die wässrige Lösung abgeben kann. Hierbei kann der lonentauscher unerwünschter Inhaltstoffe abscheiden, welche zu Ablagerungen in der Leitung bzw. zur Verblockung der Leitung oder zu einer Beeinflussung einer Lambdasonde führen könnten. Außerdem kann der lonentauscher zur Regulierung des pH-Werts der wässrigen Lösung beitragen. Der lonentauscher kann zusätzlich, ein Gehäuse oder andere geeignete Elemente oder Bauteile aufweisen. Das erfindungsgemäße Wassereinspritzsystem kann lonentauscher aufweisen, welche nicht dem Dekontaminationssystem zugeordnet sind.
Da eine mikrobielle Wachstumsrate in der wässrigen Lösung, welche den wenigstens einen Partikelfilter und/oder den wenigstens einen lonentauscher durchströmen kann, reduziert ist, kann eine Ausbreitung von Mikroorganismen im wenigstens einen Partikelfilter und/oder im wenigstens einen lonentauscher in vorteilhafter Weise erschwert oder verhindert werden. Zudem kann die auf über 60°C erhitzte, wässrige Lösung Mikroorganismen, welche bereits im wenigstens einen Partikelfilter und/oder im wenigstens einen lonentauscher angesiedelt sind, abtöten oder deren Wachstumsrate reduzieren. Des Weiteren kann durch die erhitzte, wässrige Lösung verhindert werden, dass der wenigstens eine Partikelfilter und/oder der wenigstens eine lonentauscher einfrieren. Durch das Verhindern einer Ausbreitung der Mikroorganismen und/oder durch das Abtöten der Mikroorganismen und/oder durch das Reduzieren der Wachstumsrate der Mikroorganismen und/oder durch das Erschweren des Einfrierens kann eine Betriebsdauer des wenigstens einen Partikelfilters und des wenigstens einen lonentauschers verlängert werden. Zudem kann erschwert oder vollständig verhindert werden, dass die erhitzte wässrige Lösung, welche den wenigstens einen Partikelfilter und/oder den wenigstens einen Ionenaustauscher durchströmt von Mikroorganismen, welche im wenigstens einen Partikelfilter und/oder im wenigstens einen Ionentauscher angesiedelt sind, kontaminiert wird.
Die im Einzelnen zu erreichende Beheizungstemperatur wird ferner durch die Einwirkdauer der Hitzeeinwirkung bestimmt. Sofern eine ausreichend lange Einwirkdauer gegeben ist, ist eine Beheizung auf 80 °C zur Abtötung der meisten hier relevanten Mikroorganismen ausreichend. Wenn die Einwirkdauer klein ist (z. B. bei einem großen Volumenstrom) können Beheizungstemperaturen über 100 °C sinnvoll sein.
Während zur Abtötung von Streptokokken, Listerien und Polioviren eine thermische Einwirkung vom 61,5 °C über 30 Minuten ausreichend ist, sind für Hefen, Schimmelpilze, andere Viren sowie die meisten vegetativen Bakterien 80 °C bei einer Einwirkdauer von 30 min nötig, wobei diese zweite Gruppe im vorliegenden Kontext besonders relevant ist.
Unter einer Wasserquelle kann im Folgenden ein Bauteil oder eine Baugruppe verstanden werden, welche der Einspritzdüsenanordnung die wässrige Lösung zur Verfügung stellt. Hierbei können mehrere Wasserquellen miteinander kombiniert werden. Die Wasserquelle kann eine fahrzeuginterne Wasserquelle sein, wobei Wasser aus Prozessen innerhalb des Fahrzeugs erzeugt werden kann. Optional oder zusätzlich kann die Wasserquelle eine fahrzeugexterne Wasserquelle sein, wobei ein Fahrzeugnutzer die fahrzeugexterne Wasserquelle manuell mit dem Fahrzeug koppeln kann.
Nach einer günstigen Ausgestaltung des Wassereinspritzsystems können wenigstens zwei der Komponenten von Partikelfilter, lonentauscher und Heizelement in einem Bauteil integriert ausgebildet sein. Hierbei kann in vorteilhafter Weise Bauraum, welchen das Dekontaminationssystem im Fahrzeug einnimmt, reduziert werden. Zudem können Wege, welche die wässrige Lösung während der Dekontamination zurücklegt, reduziert werden, und somit eine Wirkung des mindestens einen Heizelements verbessert werden. Des Weiteren können durch ein gemeinsames Bauteil Elemente, wie beispielsweise Gehäuse, Einlassventile, Auslassventile oder ähnliches, eingespart werden.
Das wenigstens eine Heizelement ist in Strömungsrichtung vor dem wenigstens einen Partikelfilter und/oder vor dem wenigstens einen lonentauscher angeordnet. In vorteilhafter Weise können Mikroorganismen in der wässrigen Lösung abgetötet oder zumindest reduziert werden, bevor die wässrige Lösung in den dem wenigstens einen Partikelfilter und/oder in den wenigstens einen lonentauscher und/oder in das Bauteil einströmen. Dadurch kann eine Wahrscheinlichkeit reduziert werden, dass der wenigstens eine Partikelfilter und der wenigstens eine lonentauscher und/oder das Bauteil mit Mikroorganismen kontaminiert werden. Dadurch kann die Nutzungsdauer des wenigstens einen Partikelfilter und/oder des wenigstens einen lonentauschers erhöht werden. Des Weiteren kann die Bildung von unangenehmen, durch Mikroorganismen erzeugten Gerüchen reduziert oder vermieden werden.
Vorteilhafter Weise kann das Dekontaminationssystem der Wasserquelle in Strömungsrichtung vorgelagert sein und sich insbesondere in einem Strömungspfad zum Befüllen der Wasserquelle befinden. Hierdurch kann das Wasser bereits bevor es zur Wasserquelle gelangt entsprechend dekontaminiert werden, wodurch ein Keimwachstum in der Wasserquelle vermieden werden kann.
Nach einer günstigen Ausgestaltung des Wassereinspritzsystems kann das wenigstens eine Heizelement in den wenigstens einen Partikelfilter und/oder in den wenigstens einen Ionenaustauscher und/oder in das Bauteil integriert sein. Hierbei kann das wenigstens eine Heizelement als beheizte Leitung, als umströmter oder durchströmter Heizer und als beheiztes Gehäuse ausgebildet werden. Zudem kann das wenigstens eine Heizelement lösbar am wenigstens einen Partikelfilter und/oder am wenigstens einen Ionenaustauscher und/oder am Bauteil angeordnet werden. Optional kann das wenigstens eine Heizelement fest mit dem wenigstens einen Partikelfilter und/oder dem wenigstens einen Ionenaustauscher und/oder dem Bauteil verbunden werden.
Nach einer günstigen Ausgestaltung des Wassereinspritzsystems kann der wenigstens eine lonentauscher in Strömungsrichtung vor dem wenigstens einen Partikelfilter angeordnet sein. Der wenigstens eine Partikelfilter kann ionentauschendes Material, welches von der wässrigen Lösung herausgelöst wird, aus der wässrigen Lösung herausfiltern. Dadurch kann verhindert werden, dass die wässrige Lösung mit ionentauschenden Material kontaminiert ist, wenn diese die Einspritzdüsenanordnung erreicht. Das ionentauschende Material kann einer Harzschüttung entsprechen, aus welcher sich Harzabrieb oder ganze Harzpartikel herauslösen können. Der wenigstens eine in Strömungsrichtung nach dem wenigstens einen lonentauscher angeordnete Partikelfilter ist geeignet, den Harzabrieb und die Harzpartikel zurückzuhalten.
Nach einer günstigen Ausgestaltung des Wassereinspritzsystems kann der wenigstens eine lonentauscher zwischen zwei Partikelfiltern angeordnet sein. Hierbei kann der in Strömungsrichtung vor dem wenigstens einen lonentauscher angeordnete Partikelfilter Partikel aus der wässrigen Lösung filtern, welche die Wirkung des wenigstens einen lonentauschers reduzieren können. Der in Strömungsrichtung hinter dem wenigstens einen lonentauscher angeordnete Partikelfilter kann das ionentauschende Material, welches von der wässrigen Lösung herausgelöst wird, aus der wässrigen Lösung herausfiltern.
Nach einer günstigen Ausgestaltung des Wassereinspritzsystems kann wenigstens ein Partikelfilter einen Mantel umfassen, welcher ein korrespondierendes Filtermedium umschließt. Der Mantel kann als Spritzteil, als Gitter und/oder als Stützlage ausgeführt werden. Hierbei kann das Heizelement das Filtermedium als Mantel zumindest bereichsweise umgeben. Dadurch kann das Heizelement das Filtermedium und die das Filtermedium durchströmende, wässrige Lösung effektiv erhitzen.
Nach einer günstigen Ausgestaltung des Wassereinspritzsystems kann das wenigstens eine Heizelement als Flächenheizung oder Stabheizung ausgeführt sein. Insbesondere kann das wenigstens eine Heizelement als elektrische Heizung ausgeführt werden. Die Flächenheizung kann einer Kaltleiterplatte oder einem Stanzgitter entsprechen. Die Flächenheizung kann von der wässrigen Lösung umströmt oder, je nach Ausführung, von der wässrigen Lösung durchströmt werden. Hierbei ergibt sich eine Vielzahl von möglichen Umsetzungen und Einbauorten des mindestens einen Heizelements. Zusätzlich oder optional zu einer elektrischen Heizung kann das mindestens eine Heizelement auch eine Prozesswärme im Fahrzeug nutzen, um die wässrige Lösung zu erhitzen. Beispielsweise kann Energie des Kühlwassers über einen geeigneten Wärmeübertrager auf die wässrige Lösung übertragen werden.
Nach einer günstigen Ausgestaltung des Wassereinspritzsystems kann das wenigstens eine Heizelement wenigstens eine Leitung beheizen, welche mit einem Einlass des wenigstens einen Partikelfilters und/oder einem Einlass des wenigstens einen lonentauschers und/oder mit dem Einlass des Bauteils gekoppelt ist. Hierbei kann das wenigstens eine Heizelement in der Leitung angeordnet werden. Optional oder zusätzlich kann das wenigstens eine Heizelement die Leitung zumindest teilweise umgeben. Optional oder zusätzlich kann das wenigstens eine Heizelement die Leitung zumindest teilweise ausbilden. Durch das Beheizen der Leitung kann verhindert oder zumindest erschwert werden, dass die Leitung bei niedrigen Umgebungstemperaturen einfriert.
Nach einer günstigen Ausgestaltung des Wassereinspritzsystems kann die Wasserquelle eine Klimaanlage umfassen. Optional oder zusätzlich kann die Wasserquelle einen Wassertank umfassen. Die Klimaanlage erzeugt in vorteilhafter Weise in einem aktiven Zustand Kondenswasser, welches durch einem Kondensatablauf abgeleitet werden kann. Das Kondenswasser kann als wässrige Lösung zur Versorgung der Einspritzdüsenanordnung verwendet werden. Zudem kann der Wasservorrat im Fahrzeug durch das Kondenswasser automatisch aufgefüllt werden. Der Wassertank kann bei Bedarf von einem Fahrzeugnutzer mit einer geeigneten wässrigen Lösung aufgefüllt werden. Das Dekontaminationssystem kann in vorteilhafter Weise die von der Klimaanlage erzeugte wässrige Lösung und die vom Fahrzeugnutzer in den Wassertank eingefüllte wässrige Lösung aufbereiten.
Nach einer günstigen Ausgestaltung des Wassereinspritzsystems kann der Wassertank zwischen der Klimaanlage und der Einspritzdüsenanordnung angeordnet sein und zumindest wässrige Lösung aus der Klimaanlage speichern. Optional kann der Wassertank wässrige Lösungen von anderen geeigneten fahrzeuginternen Wasserquellen speichern. Beispielsweise kann der Wassertank ein Abgaskondensat einer Abgasanlage oder Regenwasser einer Auffanganlage speichern.
Nach einer günstigen Ausgestaltung des Wassereinspritzsystems kann das wenigstens eine Dekontaminationssystem in Strömungsrichtung vor dem Wassertank angeordnet sein, insbesondere zwischen der Klimaanlage und dem Wassertank. Da das Dekontaminationssystem die wässrige Lösung aus Klimaanlage, Abgasanlage und Auffanganlage dekontaminiert, bevor die wässrige Lösung den Wassertank erreicht, kann eine Ausbreitung von Mikroorganismen im Wassertank erschwert oder vollständig vermieden werden. Zudem kann die Bildung von Ablagerungen im Wassertank erschwert oder sogar vollständig vermieden werden. Dadurch kann der Wassertank der Einspritzdüsenanordnung wässrige Lösung mit einer vorgegebenen Qualität zur Verfügung stellen.
Nach einer günstigen Ausgestaltung des Wassereinspritzsystems kann eine wässrige Lösung aus dem Wassertank über das Dekontaminationssystem zu einem ersten Einlass des Wassertanks geleitet sein. Hierbei kann die wässrige Lösung aus anderen fahrzeuginternen Wasserquellen ebenfalls nach dem Durchlaufen des Dekontaminationssystems über den ersten Einlass in den Wassertank geleitet werden. Der Wassertank kann einen zweiten Einlass zum Befüllen des Wassertanks aus einer fahrzeugexternen Wasserquelle aufweisen. Die wässrige Lösung aus der fahrzeugexternen Wasserquelle kann beispielsweise Leitungswasser entsprechen, welches günstig und einfach angeschafft werden kann. Da Leitungswasser oder eine wässrige Lösung aus der fahrzeugexternen Wasserquelle nicht immer die Erfordernisse zur Nutzung in einer Einspritzdüsenanordnung erfüllen, kann dieses durch das Dekontaminationssystem aufbereitet werden. Hierbei kann die wässrige Lösung im Wassertank, welche aus unterschiedlichen Wasserquellen stammen kann, solange über das Dekontaminationssystem zurück in den Wassertank gepumpt werden, bis die wässrige Lösung im Wassertank den Anforderungen entspricht. Dadurch kann auf Wasserquellen zurückgegriffen werden, welche wässrige Lösungen mit einer geringeren Qualität als die für die Einspritzdüsenanordnung erforderliche Qualität zur Verfügung stellen.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Dekontaminationssystem für ein Wassereinspritzsystem vorgeschlagen, welches wenigstens ein Heizelement und wenigstens einen Partikelfilter und/oder wenigstens einen lonentauscher umfasst, wobei das wenigstens eine Heizelement eine wässrige Lösung, welches durch das Dekontaminationssystem strömt, auf eine Temperatur von mindestens 60°C erhitzt. Die meisten Mikroorganismen, insbesondere Keime sterben bei Temperaturen über 60 °C.
Durch die Erhitzung der wässrigen Lösung auf über 60°C kann eine mikrobielle Wachstumsrate in der wässrigen Lösung in vorteilhafter Weise zumindest reduziert werden. Optional können einige der Mikroorganismen bei diesen Temperaturen auch abgetötet werden. Durch das Abtöten der Mikroorganismen oder durch die Reduzierung der mikrobiellen Wachstumsrate in der wässrigen Lösung kann die Wasserqualität der wässrigen Lösung in vorteilhafter Weise verbessert werden. Durch das Dekontaminationssystem kann auf Wasserquellen zurückgegriffen werden, welche wässrige Lösungen mit einer geringeren Qualität zur Verfügung stellen. Dadurch kann die Beschaffung einer geeigneten wässrigen Lösung vereinfacht werden.
Nach einer günstigen Ausgestaltung des Dekontaminationssystems können wenigstens zwei der Komponenten von Partikelfilter, lonentauscher und Heizelement in einem Bauteil integriert ausgebildet sein. Dadurch kann ein Bauraum und Bauteile einsparendes Dekontaminationssystem umgesetzt werden.
Nach einer günstigen Ausgestaltung des Dekontaminationssystems können wenigstens zwei der Komponenten von Partikelfilter, lonentauscher und Heizelement konzentrisch angeordnet sein. Die wässrige Lösung kann das Bauteil radial durchströmen. Hierbei kann das Bauteil als Hohlzylinder ausgeführt werden, dessen Komponenten von innen nach außen oder von außen nach innen durchströmt werden können.
Nach einer optionalen, günstigen Ausgestaltung des Dekontaminationssystems können wenigstens zwei der Komponenten von Partikelfilter, lonentauscher und Heizelement schichtartig angeordnet sein, und die wässrige Lösung kann das Bauteil axial durchströmen.
Nach einer günstigen Ausgestaltung des Dekontaminationssystems kann das Heizelement in das Bauteil und/oder in den wenigstens einen Partikelfilter und/oder in den wenigstens einen Ionentauscher integriert sein. Optional oder zusätzlich kann das Heizelement in Strömungsrichtung vor dem Bauteil und/oder vor dem wenigstens einen Partikelfilter und/oder vor dem wenigstens einen lonentauscher angeordnet werden.
Figurenliste
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. Dabei zeigen:

1 einen schematischen Schaltplan nach einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Wassereinspritzsystems, mit einem ersten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Dekontaminationssystems;
2 eine schematische, teilweise geschnittene, perspektivische Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Dekontaminationssystems;
3 eine schematische, teilweise geschnittene, perspektivische Ansicht eines dritten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Dekontaminationssystems;
4 eine schematische Schnittdarstellung eines vierten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Dekontaminationssystems;
5 eine schematische Schnittdarstellung eines fünften Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Dekontaminationssystems;
6 eine schematische Schnittdarstellung eines Filtermediums eines Partikelfilters.

Ausführungsformen der Erfindung
In den Figuren sind gleiche oder ähnliche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen beziffert.
1 zeigt einen schematischen Schaltplan nach einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Wassereinspritzsystems 100 für eine Brennkraftmaschine, insbesondere für eine Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs, mit einem ersten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Dekontaminationssystems 130. Das Wassereinspritzsystem 100 umfasst wenigstens eine Wasserquelle 110 und eine Einspritzdüsenanordnung 120, welche strömungsmäßig miteinander verbunden sind. Die Wasserquelle 110 stellt der Einspritzdüsenanordnung 120 eine wässrige Lösung zur Verfügung. Die wässrige Lösung wird über geeignete Leitungen 102, wie beispielsweise Rohre oder Schläuche, von der Wasserquelle 110 zur Einspritzdüsenanordnung 120 geleitet. Zwischen der Wasserquelle 110 und der Einspritzdüsenanordnung 120 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Wassereinspritzsystems 100 ein erfindungsgemä-ßes Dekontaminationssystem 130 angeordnet. In einem optionalen, nicht dargestellten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Wassereinspritzsystems 100 können mehrere Dekontaminationssysteme 130 zwischen der Wasserquelle 110 und der Einspritzdüsenanordnung 120 angeordnet sein. Das erfindungsgemäße Dekontaminationssystem 130 umfasst in dem in 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel ein Heizelement 200, einen Partikelfilter 150 und einen lonentauscher 170. Das Heizelement 200 erhitzt die wässrige Lösung, welche durch das Dekontaminationssystem 130 strömt, auf eine Temperatur von mindestens 60°C.
In den in 1 bis 5 dargestellten Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Dekontaminationssystems 130 erhitzt das Heizelement 200 die wässrige Lösung auf eine Temperatur von 80°C, es sind aber auch andere Temperaturen über 60° umsetzbar. Durch die Erhitzung der wässrigen Lösung auf über 60°C kann eine mikrobielle Wachstumsrate in der wässrigen Lösung und in den Komponenten des Dekontaminationssystems 130, welche die wässrige Lösung durchströmt, reduziert werden. Zudem können einige der Mikroorganismen bei diesen Temperaturen abgetötet werden. Der Partikelfilter 150 filtert Partikel mit einer vorgegebenen Größe aus der wässrigen Lösung. Der lonentauscher 170 ersetzt Ionen durch andere Ionen gleichnamiger Ladung. Die Komponenten des erfindungsgemäßen Dekontaminationssystems 130 können in Strömungsrichtung 300 hintereinander angeordnet werden. Dadurch kann ein Austauschen einer der Komponenten zur Wartung oder zur Reparatur erleichtert werden. Zusätzlich können wenigstens zwei der Komponenten von Partikelfilter 150, lonentauscher 170 und Heizelement 200, wie in 2 bis 5 dargestellt wird, in einem Bauteil 140 integriert ausgebildet werden. Beispielsweise können die Komponenten in einem gemeinsamen Gehäuse 146 angeordnet werden. Zusätzlich können mehrere solcher Bauteile 140 hintereinander angeordnet werden. Zudem können solche Bauteile 140 in Strömungsrichtung 300 vor oder hinter einer einzelnen Komponente angeordnet werden.
In einem optionalen, nicht dargestellten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Wassereinspritzsystems 100 kann das Dekontaminationssystem 130 mehr als ein Heizelement 200, mehr als einen Partikelfilter 150, 160 und mehr als einen lonentauscher 170 aufweisen.
In einem weiteren optionalen, nicht dargestellten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Wassereinspritzsystems 100 kann das Dekontaminationssystem 130 lediglich einen oder mehrere Partikelfilter 150 und ein oder mehrere Heizelemente 200 umfassen. In einem weiteren optionalen Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Wassereinspritzsystems 100 kann das Dekontaminationssystem 130 lediglich einen oder mehrere lonentauscher 170 und ein oder mehrere Heizelemente 200 umfassen. Zusätzlich kann das Dekontaminationssystem 130 weitere nicht dargestellte Bauteile oder Elemente aufweisen, welche zur Wasseraufbereitung geeignet sind.
Wie aus 1 weiter ersichtlich ist, umfasst die Wasserquelle 110 im dargestellten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Wassereinspritzsystems 100 eine Klimaanlage 112, und einen Wassertank 116. Der Wassertank 116 ist zwischen der Klimaanlage 112 und der Einspritzdüsenanordnung 120 angeordnet und speichert wässrige Lösung aus der Klimaanlage 112. Eine Pumpe 104 pumpt die wässrige Lösung aus einem Kondensatablauf 114 der Klimaanlage 112 in den Wassertank 116. Zwischen der Klimaanlage 112 und der Pumpe 104 ist ein Rückschlagventil 106 angeordnet. Es sind auch andere geeignete Ventile vorstellbar.
In einem optionalen, nicht dargestellten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Wassereinspritzsystems 100 kann die Klimaanlage 112 direkt mit der Einspritzdüsenanordnung 120 gekoppelt werden. Hierbei kann der Wassertank 116 umgangen oder auf den Wassertank 116 verzichtet werden.
In einem weiteren optionalen, nicht dargestellten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Wassereinspritzsystems 100 kann die Wasserquelle 110 lediglich den Wassertank 116 aufweisen, wobei das Dekontaminationssystem 130 zwischen dem Wassertank 116 und der Einspritzdüsenanordnung 120 angeordnet werden kann.
In einem weiteren optionalen, nicht dargestellten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Wassereinspritzsystems 100 kann die Wasserquelle 110 weitere Komponenten, wie beispielsweise eine Regenwasserauffanganlage oder einer Abgasanlage aufweisen.
Wie aus 1 weiter ersichtlich ist, ist das Dekontaminationssystem 130 in Strömungsrichtung 300 vor dem Wassertank 116 angeordnet. Hierbei wird die wässrige Lösung aus der Klimaanlage 112 dekontaminiert bevor die wässrige Lösung im Wassertank 116 gespeichert wird. Die wässrige Lösung gelangt über einen ersten Einlass 117 in den Wassertank 116. Im Wassertank 116 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel eine Pumpe 104 angeordnet, welche die wässrige Lösung aus dem Wassertank 116 pumpt. Der Pumpe 104 kann optional ein Partikelfilter 150 vorgeschaltet sein.
In einem optionalen, nicht dargestellten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Wassereinspritzsystems 100 kann zusätzlich oder optional ein erfindungsgemäßes Dekontaminationssystem 130 zwischen dem Wassertank 116 und der Einspritzdüsenanordnung 120 angeordnet werden. Hierbei kann wässrige Lösung aus dem Wassertank dekontaminiert werden bevor diese zur Einspritzdüsenanordnung 120 gelangt. In einer weiteren optionalen Ausführung des erfindungsgemäßen Wassereinspritzsystems 100 können zwischen dem Wassertank 116 und der Einspritzdüsenanordnung 120 zwei Leitungen 102 verkaufen, wobei eine der beiden Leitungen 102 mit einem erfindungsgemäßen Dekontaminationssystem 130 gekoppelt ist und die andere Leitung 102 nicht. Hierbei kann in Abhängigkeit der Wasserqualität der wässrigen Lösung, die wässrige Lösung durch die Leitung 102 mit dem erfindungsgemäßen Dekontaminationssystem 130 oder durch die Leitung ohne das erfindungsgemäße Dekontaminationssystem 130 geleitet werden.
Wie aus 1 weiter ersichtlich ist, wird im dargestellten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Wassereinspritzsystems 100 die wässrige Lösung aus dem Wassertank 116 über einen Partikelfilter 160 zur Einspritzdüsenanordnung 120 gepumpt. Die Einspritzdüsenanordnung 120 umfasst einen Verteiler 122 und mehrere Spritzdüsen 124. Zusätzlich kann im dargestellten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Wassereinspritzsystems 100 die wässrige Lösung aus dem Wassertank 116 über das Dekontaminationssystem 130 zum ersten Einlass 117 des Wassertanks 116 geleitet werden. Zwischen einem Auslass des Wassertanks 116 und dem Dekontaminationssystem 130 ist ein geeignetes Ventil 108 angeordnet. In einem ersten Modus ist die Einspritzdüsenanordnung 120 aktiv und die Spritzdüsen 124 werden mit wässriger Lösung aus dem Wassertank 116 versorgt. In einem zweiten Modus ist die Einspritzdüsenanordnung 120 inaktiv und die Spritzdüsen 124 sind geschlossen. In diesem Zustand kann die wässrige Lösung aus dem Wassertank 116 zum Dekontaminationssystem 130 geleitet und umgewälzt werden. Optional kann in Strömungsrichtung 300 vor der Einspritzdüsenanordnung 120 ein weiteres geeignetes Ventil angeordnet werden. Eine nicht dargestellte Sensoreinheit kann einen Parameter der wässrigen Lösung im Wassertank 116 überwachen. Hierbei kann die wässrige Lösung solange umgewälzt werden bis ein Schwellwert für den Parameter unterschritten oder ein Schwellwert für den Parameter überschritten wird. Der Parameter kann beispielsweise einer Leitfähigkeit der wässrigen Lösung entsprechen.
Wie aus 1 weiter ersichtlich ist, umfasst der Wassertank 116 im dargestellten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Wassereinspritzsystems 100 einen zweiten Einlass 118, über welchen ein Fahrzeugnutzer wässrige Lösung aus einer fahrzeugexternen Wasserquelle in den Wassertank 116 füllen kann. Der zweite Einlass 118 wird durch ein geeignetes Verschlusselement 119 bei nicht Benutzung verschlossen. Die durch den Fahrzeugnutzer einfüllbare, wässrige Lösung, kann einer speziellen, käuflichen, wässrigen Lösung entsprechen. Optional oder zusätzlich kann die wässrige Lösung aus einem Wasserhahn entnommen werden. Ein Grobfilterelement 180 ist im zweiten Einlass 118 angeordnet. Das Umwälzen der wässrigen Lösung im Wassertank 116 ist insbesondere dann von Vorteil, wenn der Fahrzeugnutzer eine, für die Einspritzdüsenanordnung 120 weniger geeignete oder ungeeignete, wässrige Lösung eingefüllt hat. Die Qualität der im Wassertank 116 gespeicherten, wässrigen Lösung, kann durch das erfindungsgemäße Dekontaminationssystem 130 verbessert werden.
Wie auf 1 weiter ersichtlich ist, umfasst das dargestellte Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Wassereinspritzsystems 100 mehrere unterschiedliche Partikelfilter 150, 160, 180. Der Grobfilter 180 filtert Partikel aus der vom Fahrzeugnutzer eingefüllten wässrigen Lösung. Der Vorfilter 150 kann als Filtermedium 152 einfache Vlieslagen zur Rückhaltung von ionentauschenden Material aus dem lonentauscher 170 oder zur Partikelabscheidung aufweisen. Zudem kann das Filtermedium 152, wie in 2 und 3 dargestellt ist, sowohl von einer Anströmseite als auch von der Abströmseite von einer Stützlage oder einem Stützgitter oder von einem Mantel 154 umschlossen sein. Es ist ebenfalls denkbar, das Filtermedium 152 optional oder zusätzlich zu umspritzten. Bei der Partikelabscheidung hat die Vlieslage die Aufgabe 30 µm große Partikel oder größere Partikel zumindest teilweise zurückzuhalten. Der Hauptfilter 180 filtert einen Feingutanteil an Partikeln zumindest teilweise aus der wässrigen Lösungen heraus. Die Partikel des Feingutanteils weisen eine Größe kleiner 30 µm auf.
6 stellt eine schematische Schnittdarstellung eines Filtermediums 162 des Hauptfilters 160 dar. Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist das Filtermedium 162 drei Lagen auf. Zwei äu-ßere Filtermedienlagen 164, 168 stützen das Filtermedium 162 ab und bilden eine Drainage aus.
Hierbei ist eine äußere Filtermedienlage 164 aus Polybutylenterephthalat ausgebildet. Eine weitere äußere Filtermedienlage 168 ist als Spinnfließ aus thermokalandrierten Polyester ausgebildet. Eine zwischen den äußeren Filtermedienlagen 164, 168 angeordnete Filtermedienlage 166, ist in einem sogenannten Meltblown Verfahren hergestellt. Meltblown ist ein Prozess, in dem nichtgewebte Stoffe direkt aus Granulat hergestellt werden. Ein spezielles Spinnverfahren in Kombination mit Hochgeschwindigkeits-Heißluft wird genutzt, um feinfaserige Stoffe mit unterschiedlichen Strukturen zu produzieren. Hierbei wird in einem Extruder aufgeschmolzenes Granulat über eine Spinnpumpe direkt in einen Düsenblock gefördert. Nach dem Austritt durch die Düsenspitze wird das Polymer durch komprimierte Prozess-Heißluft verstreckt. Das entstehende Mikrofaservlies wird auf einem luftdurchlässigen Siebband abgelegt. Das Filtermedium 162 kann auch andere geeignete Filtermedienlagen 164, 166, 168 aufweisen. Zudem können andere Herstellungsverfahren oder abgewandelte Herstellungsverfahren genutzt werden, um die Filtermedienlagen 164, 166, 168 herzustellen.
Das Heizelement 200 kann an unterschiedlichen Bereichen des erfindungsgemäßen Dekontaminationssystems 130 angeordnet werden. Beispielsweise kann das Heizelement 200 in Strömungsrichtung 300 vor dem wenigstens einen Partikelfilter 150, 160 angeordnet werden. Optional oder zusätzlich kann das Heizelement 200 vor dem wenigstens einen lonentauscher 170 angeordnet werden. Optional oder zusätzlich kann das Heizelement 200 vor dem Bauteil 140 angeordnet werden. Hierbei kann das wenigstens eine Heizelement 200 wenigstens eine Leitung 102 beheizen, welche mit einem Einlass 156 des wenigstens einen Partikelfilters 150 bzw. einem Einlass 174 des wenigstens einen lonentauschers 170 bzw. einem Einlass 142 des Bauteils 140 gekoppelt ist. Optional oder zusätzlich kann das Heizelement 200 in den wenigstens einen Partikelfilter 150, 160 integriert werden. Optional oder zusätzlich kann das Heizelement 200 in den wenigstens einen Ionenaustauscher 170 integriert werden. Optional oder zusätzlich kann das Heizelement 200, wie aus 2 bis 5 ersichtlich ist, in das Bauteil 140 integriert werden. In Abhängigkeit des Anordnungsbereichs kann das Heizelement 200 als Flächenheizung oder Stabheizung ausgeführt werden. Eine Flächenheizung kann eine Wand, Decke, Boden, Leitung, Trennelement oder ein Stützgitter ausbilden. Das wenigstens eine Heizelement 200 kann als elektrische Heizung ausgeführt werden. Die elektrische Heizung kann als Widerstandsheizdraht, Widerstandheizbahn, Widerstandheizfolie und als Widerstandheizgewebe ausgeführt werden. Des Weiteren kann das Heizelement 200 als selbstregelndes Heizelement, beispielsweise PTC-Heizelement (Positive Temperature Coefficient) aus Keramik oder Kunststoff ausgeführt werden. Unter einem PTC Heizelement werden im Folgenden Heizpatronen und Konvektionsheizgeräte und Kontaktheizer versanden. Der Spannungsbereich der elektrischen Heizelemente 200 kann 12V, 24V, aber auch 48V oder mehr Leistung umfassen. Die Leistung des elektrischen Heizelements 200 kann in Abhängigkeit des Volumenstroms, der Einbauposition, des Heizprinzips gewählt werden. Eine weitere Möglichkeit der Beheizung bietet die Nutzung von Prozesswärme im Fahrzeug. Hier kann, beispielsweise die Energie des Kühlwassers über einen Wärmeübertrager auf die wässrige Lösung übertragen werden. Das Heizelement 200 bzw. die Heizelemente können lösbar oder nicht lösbar an ihrem vorgesehen Bereich angeordnet werden. Eine lösbare Ausführung des Heizelements 200, kann einem entnehmbaren Heizstab entsprechen. Eine nicht lösbare Ausführung des Heizelements 200, kann einem festverbauten Trennelement aus Widerstandsheizdraht entsprechen.
Bevorzugte Beispiele für vorteilhafte Ausführungen des Heizelements 200 sind, eine beheizte Leitung 102, ein beheiztes Gehäuse und ein umströmter bzw. durchströmter Heizer im inneren einer Komponente des erfindungsgemäßen Dekontaminationssystems 130. Zusätzlich oder Optional kann Heizelement 200 das Filtermedium 152 oder das ionentauschende Material als Mantel 154 zumindest bereichsweise umgeben.
Wie aus 1 weiter ersichtlich ist, ist der lonentauscher im ersten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Dekontaminationssystems 130 in Strömungsrichtung 300 hinter dem wenigstens einen Partikelfilter 150 angeordnet. Der Partikelfilter 150 kann optional oder zusätzlich in Strömungsrichtung 300 hinter dem lonentauscher 170 angeordnet werden.
2 stellt eine schematische, teilweise geschnittene, perspektivische Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Dekontaminationssystems dar.
3 stellt eine schematische, teilweise geschnittene, perspektivische Ansicht eines dritten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Dekontaminationssystems dar.
4 stellt eine schematische Schnittdarstellung eines vierten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Dekontaminationssystems dar.
5 stellt eine schematische Schnittdarstellung eines fünften Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Dekontaminationssystems dar.
Wie aus 2 bis 5 weiter ersichtlich ist, umfassen die dargestellten Ausführungsbeispiele des Dekontaminationssystems 130 für ein erfindungsgemäßes Wassereinspritzsystem 100 ein Heizelement 200, wenigstens einen Partikelfilter 150, 160 und einen lonentauscher 170. Das Heizelement 200 erhitzt die wässrige Lösung, welche durch das erfindungsgemäße Dekontaminationssystem 130 strömt, auf eine Temperatur von mindestens 60°C. Hierbei sind Partikelfilter 150, 160, lonentauscher 170 und Heizelement 200 in einem Bauteil 140 integriert ausgebildet. Der lonentauscher 170 ist in Strömungsrichtung 300 vor wenigstens einen Partikelfilter 150, 160 angeordnet. Der in Strömungsrichtung 300 hinter dem lonentauscher 170 angeordnete Partikelfilter 150, 160 verhindert oder erschwert einen Austrag von ionentauschenden Material.
Wie aus 2 bis 4 weiter ersichtlich ist, sind in den dargestellten Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Dekontaminationssystems 130 die Komponenten von Partikelfilter 150, 160, lonentauscher 170 und Heizelement 200 konzentrisch angeordnet und die wässrige Lösung durchströmt das Bauteil 140 radial. Das Bauteil 140 ist als Hohlzylinder ausgeführt. In einem optionalen Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Dekontaminationssystems 130 kann das Bauteil 140 auch andere Abmessungen und Geometrien aufweisen.
Die in 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Dekontaminationssystems 130 umfassen das zylinderförmige Bauteil 140, welches eine Schüttung 172 aus Harz umfasst, welche das ionentauschende Material des lonentauschers 170 ausbildet. Das Harz ist in einen von einem Mantel 176 umschlossenen Hohlraum eingefüllt. Ein Filtermedium 152 mit einer Filtermedienlage 158 umschließt die Schüttung 172. Ein Mantel 154 umschließt das Filtermedium 152 an einer Außenseite. Es ist ebenfalls denkbar, das Filtermedium 152 optional oder zusätzlich zu umspritzen. Ein Einlass 142 des Bauteils 140 leitet die wässrige Lösung in die Schüttung 172. Die wässrige Lösung strömt von dort nach außen durch das Filtermedium 152 zu einen an der Außenseite des Bauteils 140 angeordneten Auslass. Das Heizelement 200 ist in den dargestellten Ausführungsbeispielen als gitterförmige Flächenheizung 202 aus Widerstandsheizdraht ausgeführt.
Das in 2 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Dekontaminationssystems 130 unterscheidet sich von dem in 3 dargestellten dritten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Dekontaminationssystems 130 durch die Anordnung des Heizelements 200.
Wie aus 2 weiter ersichtlich ist, ist das Heizelement 200 an einer Außenseite des Mantels 154 angeordnet, welcher das Filtermedium 152 umgibt. Hierbei umgibt das Heizelement 200 das Filtermedium 152 von außen. In einem optionalen Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Dekontaminationssystems 130 kann das Heizelement 200 auch an einer Innenseite des Mantels 154 angeordnet werden. In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann das Heizelement 200 den Mantel 154 ausbilden.
Wie aus 3 weiter ersichtlich ist, ist das Heizelement 200 im dritten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Dekontaminationssystems 130 an einer Außenseite des Mantels 176 der Schüttung 172 angeordnet und umgibt das ionentauschende Material von außen. Zudem ist das Heizelement 200 an einer Innenseite des Filtermediums 152 angeordnet. In einem optionalen Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Dekontaminationssystems 130 kann das Heizelement 200 auch an einer Innenseite des Mantels 172 angeordnet werden. In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann das Heizelement 200 den Mantel 172 ausbilden.
In einem optionalen, nicht dargestellten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Dekontaminationssystems 130 können die in 2 und 3 dargestellten Komponenten auch von außen nach innen von der wässrigen Lösung durchflossen werden. Zudem sind andere Geometiren und Abmessungen der Komponenten als die dargestellten umsetzbar. Zudem kann das Filtermedium 152 innen im Hohlzylinder und die Schüttung 172 außen im Hohlzylinder angeordnet werden. Optional oder zusätzlich kann ein beispielsweise als Heizstab, ausgeführtes Heizelement 200 in der Schüttung 174 angeordnet werden.
Das in 4 dargestellte vierte Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Dekontaminationssystems 130 unterscheidet sich von den in 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispielen dadurch, dass im Holzylinder zwei verschiedene Partikelfilter 150, 160 und ein innenliegender Hohlraum 149 angeordnet sind.
Wie aus 4 weiter ersichtlich ist, umfasst das Bauteil 140 ein Gehäuse 142 mit einem außen angeordneten Einlass 142 und einen innen angeordneten Auslass 144. Die beiden Partikelfilter 150, 160 und der lonentauscher 170 sind zwischen zwei Endscheiben 148 angeordnet. Mittig im Bauteil 140 ist der Hohlraum 149 angeordnet, welcher von einem durchlässigen und durchströmbaren Heizelement 204 umgeben ist. Ein Filtermedium 162 des Partikelfilters 160 mit mehreren Filtermedienlagen 164, 166, 168 umschließt das Heizelement 204. Die Schüttung 172 des Ionentauschers 170 umgibt den Partikelfilter 160. Ein Filtermedium 152 des Partikelfilters 150 mit einer Filtermedienlage 158 umschließt die Schüttung 172. Dadurch ist der lonentauscher 170 zwischen zwei Partikelfiltern 150, 160 angeordnet. Das Bauteil 140 wird im dargestellten dritten Ausführungsbeispiel von der wässrigen Lösung von außen nach innen durchströmt.
In einem alternativen nicht dargestellten Ausführungsbeispiel kann der Einlass 142 ein Heizelement 200 aufweisen. Optional oder zusätzlich kann ein als Stabheizung ausgeführtes Heizelement 200 im Hohlraum 149 angeordnet werden. Optional oder zusätzlich kann das Bauteil 140 auch von innen nach außen durchströmt werden. In einem optionalen Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Dekontaminationssystems 130 kann das Bauteil 140 auch andere Abmessungen und Geometrien aufweisen.
Das in 5 dargestellte fünfte Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Dekontaminationssystems 130 unterscheidet sich von den, in 2 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispielen dadurch, dass die wässrige Lösung das Bauteil 140 axial durchströmt. Bevorzugt durchströmt die wässrige Lösung unter Nutzung der Schwerkraft das Bauteil 140 von oben nach unten. Das Bauteil 140 umfasst ein Gehäuse 146 mit einem Einlass und einen gegenüberliegenden Auslass 144. An einem einlassseitigen Bereich ist ein Partikelfilter 150 mit einem Filtermedium 152 mit einer Filtermedienlage 158 angeordnet. Der Partikelfilter 150 bildet eine erste Schicht aus. Darunter ist der lonentauscher 170 mit der Schüttung 172 angeordnet, welcher eine zweite Schicht ausbildet. Darunter ist der Partikelfilter 160 mit dem Filtermedium 162 mit mehreren Filtermedienlagen 164, 166, 168 angeordnet, welcher eine dritte Schicht ausbildet. Das Heizelement 200 ist als durchströmbare Heizung 204 ausgeführt, welche einen Bereich der Leitung 102 ausbildet, welche mit dem Einlass 142 des Bauteils 140 gekoppelt ist. Optional kann ein Mantel die Schichten umschließen. Dieser Mantel kann von einem Heizelement 200 ausgebildet werden. Optional kann das Heizelement 200 an dem Mantel anliegen. In einem optionalen Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Dekontaminationssystems 130 kann das Bauteil 140 auch andere Abmessungen und Geometrien aufweisen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2006266307 A [0003]

Claims

Wassereinspritzsystem (100) für eine Brennkraftmaschine, insbesondere für eine Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs, mit wenigstens einer Wasserquelle (110) und einer Einspritzdüsenanordnung (120), welche strömungsmäßig miteinander verbunden sind, wobei zwischen der wenigstens einen Wasserquelle (110) und der Einspritzdüsenanordnung (120) wenigstens ein Dekontaminationssystem (130) angeordnet ist, welches wenigstens ein Heizelement (200) und wenigstens einen Partikelfilter (150, 160) und/oder wenigstens einen lonentauscher (170) umfasst, wobei das wenigstens eine Heizelement (200) dazu ausgebildet ist, eine wässrige Lösung, welche durch das Dekontaminationssystem (130) strömt, auf eine Temperatur von mindestens 60°C zu erhitzen, wobei das wenigstens eine Heizelement (200) in Strömungsrichtung (300) vor dem wenigstens einen Partikelfilter (150, 160) und/oder vor dem wenigstens einen lonentauscher (170) angeordnet ist.
Wassereinspritzsystem nach Anspruch 1, wobei wenigstens zwei der Komponenten von Partikelfilter (150, 160), lonentauscher (170) und Heizelement (200) in einem Bauteil (140) integriert ausgebildet sind.
Wassereinspritzsystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Dekontaminationssystem (130) der Wasserquelle (110) in Strömungsrichtung (300) vorgelagert ist und sich insbesondere in einem Strömungspfad zum Befüllen der Wasserquelle (110) befindet.
Wassereinspritzsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das wenigstens eine Heizelement (200) in den wenigstens einen Partikelfilter (150, 160) und/ oder in den wenigstens einen Ionenaustauscher (170) und/oder in das Bauteil (140) integriert ist.
Wassereinspritzsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der wenigstens eine lonentauscher (170) in Strömungsrichtung (300) vor dem wenigstens einen Partikelfilter (160) angeordnet ist.
Wassereinspritzsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der wenigstens eine lonentauscher (170) zwischen zwei Partikelfiltern (150, 160) angeordnet ist.
Wassereinspritzsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens ein Partikelfilter (150) einen Mantel (154, 164) umfasst, welcher ein korrespondierendes Filtermedium (152, 162) umschließt.
Wassereinspritzsystem nach Anspruch 7, wobei das Heizelement (200) das Filtermedium (152) als Mantel (154) zumindest bereichsweise umgibt.
Wassereinspritzsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das wenigstens eine Heizelement (200) als Flächenheizung oder Stabheizung ausgeführt ist, insbesondere wobei das wenigstens eine Heizelement (200) als elektrische Heizung ausgeführt ist.
Wassereinspritzsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das wenigstens eine Heizelement (200) wenigstens eine Leitung (102) beheizt, welche mit einem Einlass (156) des wenigstens einen Partikelfilters (150) und/oder einem Einlass (174) des wenigstens einen lonentauschers (170) und/oder mit dem Einlass (142) des Bauteils (140) gekoppelt ist.
Wassereinspritzsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Wasserquelle (110) eine Klimaanlage (112) umfasst, und/oder wobei die Wasserquelle (110) einen Wassertank (116) umfasst.
Wassereinspritzsystem nach Anspruch 11, wobei der Wassertank (116) zwischen der Klimaanlage (112) und der Einspritzdüsenanordnung (120) angeordnet ist und zumindest die wässrige Lösung aus der Klimaanlage (112) speichert.
Wassereinspritzsystem nach Anspruch 11 oder 12, wobei das wenigstens eine Dekontaminationssystem (130) in Strömungsrichtung (300) vor dem Wassertank (116) angeordnet ist, bevorzugt zwischen der Klimaanlage (112) und dem Wassertank (116).
Wassereinspritzsystem nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei die wässrige Lösung aus dem Wassertank (116) über das Dekontaminationssystem (130) zu einem ersten Einlass (117) des Wassertanks (116) leitbar ist.
Dekontaminationssystem (130) für ein Wassereinspritzsystem (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend wenigstens ein Heizelement (200) und wenigstens einen Partikelfilter (150, 160) und/oder wenigstens einen lonentauscher (170), wobei das wenigstens eine Heizelement (200) dazu ausgebildet ist, eine wässrige Lösung, welche durch das Dekontaminationssystem (130) strömt, auf eine Temperatur von mindestens 60°C zu erhitzen, wobei das Heizelement (200) in Strömungsrichtung (300) vor dem wenigstens einen Partikelfilter (150, 160) und/oder vor dem wenigstens einen lonentauscher (170) angeordnet ist.
Dekontaminationssystem nach Anspruch 15, wobei wenigstens zwei der Komponenten von Partikelfilter (150, 160), lonentauscher (170) und Heizelement (200) in einem Bauteil (140) integriert ausgebildet sind.
Dekontaminationssystem nach Anspruch 16, wobei wenigstens zwei der Komponenten von Partikelfilter (150, 160), lonentauscher (170) und Heizelement (200) konzentrisch angeordnet sind und die wässrige Lösung das Bauteil (140) radial durchströmt.
Dekontaminationssystem nach Anspruch 16, wobei wenigstens zwei der Komponenten von Partikelfilter (150, 160), lonentauscher (170) und Heizelement (200) schichtartig angeordnet sind und die wässrige Lösung das Bauteil (140) axial durchströmt.
Dekontaminationssystem nach einem der Ansprüche 15 bis 18, wobei das Heizelement (200) in das Bauteil (140) und/oder in den wenigstens einen Partikelfilter (150, 160) und/oder in den wenigstens einen lonentauscher (170) integriert ist.