DE102021205718A1

DE102021205718A1 - Beheizbarer Behälter zur Speicherung eines Fluids

Info

Publication number: DE102021205718A1
Application number: DE102021205718.7A
Authority: DE
Inventors: Juergen Hanneke; Guido Bernd Finnah; Jan Ruigrok van de Werve
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2021-06-07
Filing date: 2021-06-07
Publication date: 2022-12-08
Also published as: WO2022258316A1

Abstract

Ein beheizbarer Behälter (2) zur Speicherung eines Fluids (4), insbesondere eines fluiden Reduktionsmittels (4), umfasst ein Gehäuse (3), in dem ein Speichervolumen (5) zur Aufnahme und Speicherung des Fluids (4) ausgebildet ist, und ein Heizsystem, das zum Erwärmen des in dem Speichervolumen (5) gespeicherten Fluids (4) ausgebildet ist. Das Heizsystem umfasst eine Wärmequelle (25) und Wärmeleitelemente (30), die sich zwischen der Wärmequelle (25) und an dem Speichervolumen (5) ausgebildeten Wärmeabnahmestellen (24) erstrecken und die dazu ausgebildet sind, Wärme von der Wärmequelle (25) an die Wärmeabnahmestellen (24) zu übertragen. Die Wärmeleitelemente (30) sind in das Gehäuse (3) integriert und/oder jedes der Wärmeleitelemente (30) weist einen starren Bereich (32) und einen flexiblen Bereich (34) auf. Der starre Bereich (32) ist an einem der Wärmequelle (25) zugewandten Ende des Wärmeleitelements (30) ausgebildet und der flexible Bereich (34) ist an einem von der Wärmeabnahmestelle (24) abgewandten Ende des jeweiligen Wärmeleitelements (30) ausgebildet.

Description

Die Erfindung betrifft einen beheizbaren Behälter bzw. Tank zur Speicherung eines Fluids, insbesondere zur Speicherung eines fluiden Reduktionsmittels. Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Abgasreduktionssystem, einen Abgasstrang und ein Kraftfahrzeug, die jeweils mit einem beheizbaren Behälter zur Speicherung eines fluiden Reduktionsmittels ausgestattet sind.
Stand der Technik
Zum Entsticken der Abgase von Verbrennungsmotoren, insbesondere Dieselmotoren, hat sich die SCR-Technik („selective catalytic reduction“) mit einem harnstoffhaltigen Reduktionsmittel bewährt. Dazu wurden Systeme entwickelt, welche die Einhaltung der geforderten Abgasgrenzwerte mit Hilfe einer definierten Zugabe einer wässrigen Harnstofflösung („dBlue‟e) in den Abgasstrang ermöglichen. Diese Systeme umfassen einen Tank zur Speicherung des Reduktionsmittels, ein Fördermodul mit einer Filter- und Pumpeneinheit, ein am Abgasstrang montiertes Dosiermodul, um das Reduktionsmittel in den Abgasstrang einzubringen, und ein elektronisches Steuergerät.
Da wässrige Harnstofflösung einen relativ hohen Gefrierpunkt hat, der durch Zusatz von Frostschutzmitteln nicht beliebig abgesenkt werden kann, ohne die Funktionsfähigkeit als Reduktionsmittel zu beeinträchtigen, ist es bei niedrigen Außentemperaturen notwendig, den Reduktionsmittelvorrat zu beheizen, um ein Einfrieren des Reduktionsmittels zu verhindern oder um gefrorenes Reduktionsmittel aufzutauen.
Auch Sensoren, z.B. Füllstandsensoren , die sich an verschiedenen Positionen im Tank befinden, müssen am Einfrieren gehindert oder nach dem Einfrieren möglichst schnell wieder aufgetaut werden, um funktionstüchtig sein. Aus diesem Grund kommt häufig ein beheizbarer Tank zum Einsatz, bei dem an mehreren Stellen, insbesondere in der Nähe von Sensoren, Heizelemente vorgesehen sind, die das Einfrieren verhindern bzw. das Auftauen ermöglichen sollen. Eine Vielzahl von Heizelementen erfordert einen hohen Steuerungs- und Überwachungsaufwand, der mit der Anzahl der verwendeten Sensoren und Heizelemente zunimmt.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten beheizbaren Behälter zur Speicherung eines Fluids, insbesondere eines fluiden Reduktionsmittels zur Abgasreduktion, bereitzustellen, der bei reduziertem Steuerungs- und Überwachungsaufwand ein gleichmäßiges und schnelles Erwärmen und Auftauen von in dem Behälter gespeichertem Fluid und in dem Behälter angebrachten Sensoren ermöglicht.
JP S61 232 569 A offenbart ein Brennstoffzellen-Energieerzeugungssystem mit mehreren Einheiten, die jeweils einen Dampf-Wasser-Separator umfassen. Das Brennstoffzellen-Energieerzeugungssystem umfasst auch eine Heizvorrichtung, die in einer der Einheiten ausgebildet und durch eine Dampfleitung mit den Dampf-Wasser-Separatoren aller Einheiten verbunden ist.
Offenbarung der Erfindung:
Ein erfindungsgemäßer beheizbarer Behälter zur Speicherung eines Fluids, insbesondere eines fluiden Reduktionsmittels, umfasst ein Gehäuse, in dem ein Speichervolumen zur Aufnahme und Speicherung des Fluids ausgebildet ist, und ein Heizsystem, das zum Erwärmen des in dem Speichervolumen gespeicherten Fluids ausgebildet ist. Das Heizsystem umfasst: eine Wärmequelle zum Bereitstellen von Wärme, um in dem Behälter gespeichertes Fluid zu erwärmen; und Wärmeleitelemente, die sich zwischen der wenigstens einen Wärmequelle und Wärmeabnahmestellen erstrecken, die an dem Speichervolumen ausgebildeten sind. Die Wärmeleitelemente sind dazu ausgebildet, Wärme von der Wärmequelle an die Wärmeabnahmestellen zu übertragen. Die Wärmeleitelemente können in das Gehäuse integriert sein. Zusätzlich oder alternativ weist jedes der Wärmeleitelemente einen starren Bereich und einen flexiblen Bereich auf. Der starre Bereich ist an einem der Wärmequelle zugewandten Ende jedes Wärmeleitelements ausgebildet. Der flexible Bereich ist an einem von der Wärmeabnahmestelle abgewandten Ende des Wärmeleitelements ausgebildet.
Die Erfindung umfasst auch ein Abgasreduktionssystem mit einem erfindungsgemäß ausgebildeten beheizbaren Behälter und mit einer Einspritzvorrichtung, die dazu ausgebildet ist, Fluid aus dem beheizbaren Behälter in einen Abgasstrang eines Verbrennungsmotors einzuspritzen.
Die Erfindung umfasst darüber hinaus einen Abgasstrang eines Verbrennungsmotors mit einem erfindungsgemäßen Abgasreduktionssystem und ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor, insbesondere mit einem Dieselmotor, und einem solchen Abgasstrang.
Ein erfindungsgemäßer beheizbarer Behälter ermöglicht es, in dem Speichervolumen des Behälters gespeichertes Fluid mit einer einzigen Wärmequelle an mehreren Stellen, die über das Speichervolumen verteilt sind, zu erwärmen. Dadurch kann das Fluid gleichmäßig erwärmt und gegebenenfalls aufgetaut werden. Da ein erfindungsgemäßer beheizbarer Behälter nur eine einzige Wärmequelle aufweist, kann der Steuerungs- und Überwachungsaufwand gegenüber Ausführungen, die mehrere Wärmequellen aufweisen, erheblich reduziert werden. Dadurch können auch die Herstellungs- und Betriebskosten des Behälters reduziert werden. Aufgrund des vereinfachtes Aufbaus mit nur einer einzigen Wärmequelle werden darüber hinaus die möglichen Fehlerquellen reduziert. Ein erfindungsgemäß ausgebildeter Behälter kann daher mit einer hohen Zuverlässigkeit und Betriebssicherheit betrieben werden.
In das Gehäuse integrierte Wärmeleitelemente sind gut vor schädlichen äußeren Einflüssen geschützt. In das Gehäuse integrierte Wärmeleitelemente sind besonders einfach, z.B. durch in dem Gehäuse ausgebildete Bohrungen, herstellbar.
In einer Ausführungsform sind in dem Gehäuse Hohlräume ausgebildet und die Wärmeleitelemente sind wenigstens teilweise in den Hohlräumen angeordnet. In solchen Hohlräumen angeordnete Wärmeleitelemente sind gut vor schädlichen äußeren Einflüssen geschützt und darüber hinaus wird das Gehäuse durch die Hohlräume thermisch isoliert. Dadurch können unerwünschte Wärmeverluste reduziert werden.
In einer Ausführungsform sind die flexiblen Bereiche der Wärmeleitelemente so ausgebildet, das sie sich ausdehnen, wenn die Wärmeleitelemente von der Wärmequelle erwärmt werde. Beim Ausdehnen schmiegen sich die flexiblen Bereiche der Wärmeleitelemente an die Begrenzung der Hohlräume an. Dadurch, dass sich die flexiblen Bereiche der Wärmeleitelemente an die Begrenzung der Hohlräume anschmiegen, wird eine besonders gute Wärmeübertragung zwischen den Wärmeleitelementen und der Begrenzung der Hohlräume ermöglicht. Die Wärmeleitelemente können daher besonders effizient zur Wärmeübertragung eingesetzt werden.
In einer Ausführungsform sind die starren Bereiche der Wärmeleitelemente wenigstens teilweise in den Hohlräumen angeordnet. Dabei können die starren Bereiche und die Hohlräume insbesondere so dimensioniert sein, dass zwischen dem äußeren Umfang der starren Bereiche und der Begrenzung der Hohlräume jeweils eine Lücke bzw. ein Spalt ausgebildet ist. Eine solche Lücke bzw. ein solcher Spalt ermöglichen es, dass Kondensat, das sich im Betrieb in den Hohlräumen ausbildet, die Hohlräume durch die Lücke bzw. den Spalt verlässt. Eine unerwünschte dauerhafte Ansammlung von Kondensat in den Hohlräumen kann auf diese Weise zuverlässig verhindert werden.
In einer Ausführungsform sind die Wärmeleitelemente als Wärmerohre oder als sogenannte „Heatpipes“ ausgebildet und enthalten ein fluides Wärmeübertragungsmedium. Wärmerohre und „Heatpipes“, die ein fluides Wärmeübertragungsmedium enthalten, ermöglichen es, Wärme besonders effizient von der Wärmequelle an die Wärmeabnahmestellen zu übertragen.
In einer Ausführungsform ist das Innere der Wärmeleitelemente so ausgebildet, dass es innerhalb der Wärmeleitelemente einen Kapillareffekt erzeugt oder verstärkt. Durch Ausbilden, Verstärken und Nutzen eines Kapillareffektes in den Wärmeleitelementen kann die Effizienz der Wärmeübertragung durch die Wärmeleitelemente noch weiter verbessert werden.
In einer Ausführungsform enthalten die Wärmeleitelemente Einsätze, die zur Erzeugung und/oder Verstärkung des Kapillareffektes ausgebildet sind. Solche Einsätze sind ein effektives und kostengünstiges Mittel, um in den Wärmeleitelementen einen Kapillareffekt zu erzeugen und/oder zu verstärken. Einen Kapillareffekt erzeugende und/oder verstärkende Einsätze können außerhalb der Wärmeleitelemente einfach und kostengünstig hergestellt und dann in die Wärmeleitelemente eingebracht werden.
In einer Ausführungsform sind wenigsten zwei Wärmeleitelemente so in Reihe angeordnet, dass Wärme von einem ersten Wärmeleitelement an ein zweites Wärmeleitelement übertragen wird. Die beiden Wärmeleitelemente können insbesondere durch Verschrauben, Verkleben miteinander verbunden und thermisch gekoppelt sein.
Um verschiedene Temperaturbereiche optimal abzudecken, können die Wärmeleitelemente mit unterschiedlichen Wärmeübertragungsmedien gefüllt sein und/oder unterschiedliche Kapillareinsätze enthalten.
In einer Ausführungsform umfasst die Wärmequelle wenigstens einen elektrisch betriebenen PTC-Wärmegenerator, einen elektrischen Widerstandswärmegenerator, einen Fluid-Wärmetauscher und/oder einen Abgas-Wärmetauscher. Ein Fluid-Wärmetauscher und ein Abgas-Wärmetauscher ermöglichen es, die Abwärme von Kühlwasser oder von Verbrennungsabgasen zum Beheizen der Wärmeleitelemente und des in dem Behälter gespeicherten Fluids zu nutzen. Durch einen PTC- Wärmegenerator und einen elektrischen Widerstandswärmegenerator können die Wärmeleitelemente elektrisch beheizt werden. Dies ist insbesondere in der Startphase und vor dem Starten eines Verbrennungsmotors vorteilhaft, wenn weder erwärmtes Kühlwasser, noch heiße Abgase als Wärmequelle zur Verfügung stehen.
In einer Ausführungsform sind die Wärmeleitelemente zusammen mit wenigstens einem Wärmegenerator und/oder wenigstens einem Wärmetauscher zwischen zwei Wärmeübertragungselementen angeordnet, insbesondere eingeklemmt. Auf diese Weise kann Wärme besonders effizient an die Wärmeleitelemente übertragen werden.
In einer Ausführungsform umfasst der Behälter wenigstens einen Temperatursensor, der zum Detektieren einer Temperatur des in dem Behälter gespeicherten Fluids ausgebildet ist, und eine Steuerung, die zum Steuern der wenigstens einen Wärmequelle ausgebildet ist. Eine solche Konfiguration ermöglicht es, die Wärmequelle so anzusteuern, dass das in dem Behälter gespeicherte Fluid auf eine vorgegebene Temperatur erwärmt wird, ohne die vorgegebene Temperatur merklich zu überschreiten. Insbesondere kann die Wärmequelle deaktiviert werden, wenn die Temperatur des in dem Behälter gespeicherten Fluid einen vorgegeben Wert erreicht hat. Auf diese Weise kann ein Überhitzen des in dem Behälter gespeicherten Fluids verhindert werden. Darüber hinaus kann Energie eingespart werden, indem ein unnötiges Erwärmen des Fluids über die vorgegebene Temperatur hinaus vermieden wird.
Figurenliste

1 zeigt eine schematische Ansicht eines Abgasreduktionssystems mit einer Vorrichtung zum Einspritzen eines in einem Behälter bzw. Tank gespeicherten Reduktionsmittels in einen Abgasstrang eines Verbrennungsmotors und einem SCR-Katalysator.
2 zeigt eine schematische Querschnittansicht eines Behälters bzw. Tanks, der als beheizbarer Behälter gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung ausgebildet ist.
3A zeigt ein Wärmeübertragungselement gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel in einem Zustand, in dem die Wärmequelle nicht im Betrieb ist.
3B zeigt das Wärmeübertragungselement gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in einem Zustand, in dem die Wärmequelle im Betrieb ist.
3C zeigt einen vergrößerten Ausschnitt aus 3B.
4 zeigt eine schematische Querschnittansicht eines Behälters, der als beheizbarer Behälter gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung ausgebildet ist.
5 zeigt eine Querschnittansicht durch einen Behälter, in dem zwei verschiedene Ausführungsbeispiele von Wärmeleitelementen ausgebildet sind.
6A zeigt eine Draufsicht auf eine Wärmequelle, die gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ausgebildet ist.
6B zeigt eine Querschnittansicht der in der 6A gezeigten Wärmequelle.
7A zeigt eine Draufsicht auf eine Wärmequelle, die gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ausgebildet ist.
7B zeigt eine Querschnittansicht der in der 7A gezeigten Wärmequelle.
7C zeigt eine Querschnittansicht einer weiteren Ausführung der in der 7A gezeigten Wärmequelle.
Die 8A bis 8D zeigen schematisch ein Ausführungsbeispiel eines Behälters, der in einem Stranggussverfahren hergestellt worden ist.
Die 9A und 9B zeigen schematisch ein Ausführungsbeispiel eines Behälters, der in einem Druckgussverfahren hergestellt worden ist.
Die 10A, 10B und 10C zeigen in einer schematischen Darstellung eines Behälters, bei dem die Begrenzung des Behälters aus mehreren Elementen zusammengesetzt ist.
Die Figur IOC zeigt ein Ausführungsbeispiel mit mehreren Heizelementen, die jeweils um die bodenseitigen Bereiche der einzelnen Wärmeleitelemente angeordnet sind.
11 zeigt ein Ausführungsbeispiel, in dem ein Heizelement in einen der Kanäle integriert ist.
12 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels, bei dem die äußere und die innere Begrenzung des Behälters jeweils als Metallschaum ausgebildet sind.
13 zeigt eine Querschnittansicht eines Ausführungsbeispiels, in dem der Behälter rund ausgebildet ist.

Figurenbeschreibung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben.
1 zeigt eine schematische Ansicht eines Kraftfahrzeugs 11 mit einem Verbrennungsmotor 8, insbesondere einem Dieselmotor 8, und mit einem Abgasreduktionssystem 1, 22. Das Abgasreduktionssystem 1, 22 umfasst eine Einspritzvorrichtung 1 zum Einspritzen eines in einem Tank 2 gespeicherten fluiden Reduktionsmittels 4, insbesondere wässriger Harnstofflösung, in einen Abgasstrang 6 des Verbrennungsmotors 8 und einen im Abgasstrang 6 angeordneten SCR-Katalysator 22.
Beim Betrieb der Einspritzvorrichtung 1 wird fluides Reduktionsmittel 4 aus dem Tank 2 entnommen und von einer Förderpumpe 10 unter erhöhtem Druck durch eine Druckleitung 12 einer an einem Dosierstutzen 14 des Abgasstrangs 6 angebrachten Einspritzvorrichtung 16 zugeführt. Die Einspritzvorrichtung 16 spritzt das Reduktionsmittel 4 als Spray 18 in den Abgasstrang 6 ein. Im Abgasstrang 6 vermischt sich das eingespritzte Reduktionsmittel 4 mit den durch den Abgasstrang 6 strömenden Abgasen 20 des Verbrennungsmotors 8 und reagiert in dem stromabwärts der Einspritzvorrichtung 16 im Abgasstrang 6 angeordneten SCR-Katalysator 22 mit den in den Abgasen 20 enthaltenen Stickoxiden zu Stickstoff und Wasser.
2 zeigt eine schematische Querschnittansicht eines Behälters bzw. Tanks 2, wie er in der in der 1 gezeigten Einspritzvorrichtung 1 zum Einsatz kommen kann. Der in der 2 gezeigte Behälter 2 ist als beheizbarer Behälter 2 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ausgebildet.
Der Behälter 2 umfasst eine Begrenzung 3 mit einem Boden 7 und wenigstens einer Wand 9, die ein Speichervolumen 5 begrenzt, das zur Aufnahme und Speicherung des fluiden Reduktionsmittels (Fluids) 4 ausgebildet.
In oder an der Begrenzung 3 sind mehrere Heizstellen 24 ausgebildet, die dazu vorgesehen sind, das in dem Speichervolumen 5 gespeicherte Fluid 4 zu erwärmen.
Darüber hinaus ist wenigstens eine Wärmequelle 25 vorgesehen, die dazu ausgebildet ist, Wärme zum Beheizen des in dem Speichervolumen 5 gespeicherten Fluids 4 bereitzustellen.
Die Wärmequelle 25 kann als Teil des Behälters 2, insbesondere innerhalb der Begrenzung 3, ausgebildet sein. Die Wärmequelle 25 kann auch separat von der Begrenzung 3, insbesondere in einem wärmeisolierenden Gehäuse 26, außerhalb des Behälters 2 ausgebildet sein.
Die Wärmequelle 25 kann wenigstens einen Wärmegenerator 46 umfassen, der dazu ausgebildet ist, selbst Wärme zu erzeugen. Die Wärmequelle 25 kann auch einen Wärmetauscher 46 umfassen, der es ermöglicht, Wärme aus anderen Quellen, beispielsweise aus den Abgasen 20 oder Kühlwasser des Verbrennungsmotors 8, zum Beheizen des in dem Speichervolumen 5 gespeicherten Fluids 4 zu verwenden.
Zusätzlich kann eine Steuervorrichtung 28 vorgesehen sein, um die Wärmequelle 25 so anzusteuern, dass sie eine gewünschte Wärmemenge an das im Speichervolumen 5 gespeicherte Fluid 4 abgibt.
An oder in dem Speichervolumen 5 können ein oder mehrere Temperatursensoren 27 vorgesehen sein, um die Temperatur des in dem Speichervolumen 5 gespeicherten Fluids 4 zu messen und der Steuervorrichtung 28 entsprechende Sensorsignale zur Verfügung zu stellen. Solche Sensorsignale ermöglichen es der Steuervorrichtung 28, die Wärmequelle 25 so anzusteuern, dass das im Speichervolumen 5 gespeicherte Fluid 4 eine vorgegebene Temperatur erreicht. Insbesondere ermöglichen es an oder in dem Speichervolumen 5 angeordnete Temperatursensoren 27, die Wärmequelle 25 zu deaktivieren, sobald das im Speichervolumen 5 gespeicherte Fluid 4 eine vorgegebene Temperatur erreicht hat. Dadurch kann Heizenergie eingespart werden. Darüber hinaus kann auch ein Überhitzen des in dem Speichervolumen 5 gespeicherten Fluids 4 verhindert werden.
Zur Wärmeübertragung ausgebildete Wärmeleitelemente 30 verbinden die Wärmequelle 25 mit den Heizstellen 24. Die Wärmeleitelemente 30 ermöglichen es, die von der Wärmequelle 25 zur Verfügung gestellte Wärme an die Heizstellen 24 zu übertragen, um das in dem Speichervolumen 5 gespeicherte Fluid 4 zu erwärmen.
Die Verwendung mehrerer Wärmeleitelemente 30, welche die Wärmequelle 25 mit mehreren Heizstellen 24, die an verschiedenen Positionen des Speichervolumens 5 angeordnet sind, verbinden, ermöglicht es, das Fluid 4 im gesamten Speichervolumen 5 mit einer einzigen Wärmequelle 25 zu erwärmen.
Dadurch, dass nur eine einzige Wärmequelle 25 benötigt wird, um das im Speichervolumen 5 gespeicherte Fluid an mehreren Stellen zu erwärmen, wird der Aufwand zum Herstellen eines beheizbaren Behälters 2 reduziert. Darüber hinaus können auch der Aufwand zum Überwachen und Ansteuern der Wärmequelle 25 und die Zahl möglicher Fehlerquellen reduziert werden.
Die Wärmeleitelemente 30 können innerhalb oder außerhalb der Begrenzung 3 angeordnet sein. Die Wärmeleitelemente 30 können auch teilweise innerhalb und teilweise außerhalb der Begrenzung 3 angeordnet sein.
Die 3A und 3B zeigen eine vergrößerte Querschnittansicht eines Ausführungsbeispiels eines Wärmeleitelements 30, das teilweise innerhalb und teilweise außerhalb der Begrenzung 3 angeordnet ist.
3A zeigt das Wärmeleitelement 30 in einem Zustand, in dem die Wärmequelle 25 nicht im Betrieb ist, so dass das Wärmeleitelement 30 eine erste Temperatur T₁ hat. 3B zeigt das Wärmeleitelement 30 in einem Zustand, in dem die Wärmequelle 25 im Betrieb ist, so dass das Wärmeleitelement 30 eine zweite Temperatur T₂ hat, die höher als die erste Temperatur T₁ ist (T₂ > T₁).
Das in den 3A und 3B gezeigte Wärmeleitelement 30 umfasst einen ersten Bereich 32 und einen zweiten Bereich 34.
Der erste Bereich 32 des Wärmeleitelements 30 ist starr, d.h. formstabil, ausgebildet und hat eine gewinkelte Form, insbesondere eine L-Form. Der erste, starre Bereich 32 des Wärmeleitelements 30 kann beispielsweise aus Kupfer, Aluminium, Edelstahl, einem anderen Metall oder aus einem Duroplast ausgebildet sein.
Der erste Bereich 32 umfasst einen ersten Abschnitt 32a, der außerhalb der Begrenzung 3, beispielsweise horizontal unter dem Boden 7 des Speichervolumens 5, in thermischem Kontakt mit der Wärmequelle 25 angeordnet ist, wie es in der 2 gezeigt ist.
Der erste Bereich 32 umfasst auch einen zweiten Abschnitt 32b. Der zweiten Abschnitt 32b grenzt auf der von der Wärmequelle 25 abgewandten Seite an den ersten Abschnitt 32a an und erstreckt sich in einem Winkel α zu dem ersten Abschnitt 32a in einen in Begrenzung 3 ausgebildeten Hohlraum 36. Der Winkel α zwischen dem ersten Abschnitt 32a und dem zweiten Abschnitt 32b des ersten Bereichs 32 kann ein im Wesentlichen rechter Winkel sein, wie es in den 3A und 3B gezeigt ist. Der Winkel α kann aber auch größer oder kleiner als 90° sein.
Die Abmessungen des zweiten Abschnitts 32b des ersten Bereichs 32 und des Hohlraums 36 sind so gewählt, dass der Außenumfang des zweiten Abschnitts 32b ein Abstand d, beispielsweise einen Abstand d zwischen 1 mm und 5 mm, von der Begrenzung (Wand) des Hohlraums 36 hat. Ein solcher Abstand d zwischen dem Außenumfang des zweiten Abschnitts 32b und dem Durchmesser des Hohlraums 36 ermöglicht es, beispielsweise Kondensat, das sich im Betrieb an dem Außenumfang des zweiten Abschnitts 32b und/oder an der Begrenzung (Wand) des Hohlraums 36 bildet, aus dem Hohlraum 36 abzufließen.
An den zweiten Abschnitt 32b des ersten Bereichs 32 schließt ein zweiter Bereich 34 an. Der Übergang zwischen dem ersten Bereich 32 und dem zweiten Bereich 34 ist insbesondere fluiddicht ausgebildet, und das Wärmeleitelement 30 ist mit einem Wärmeübertragungsmedium 38, insbesondere einem fluiden Wärmeübertragungsmedium 38, beispielsweise mit einer Flüssigkeit 38, gefüllt.
Das Wärmeleitelement 30 kann als mit einem Wärmeübertragungsmedium 38 gefülltes Wärmerohr, insbesondere als sogenannte „Heatpipe“ ausgebildet sein, um Wärme von der Wärmequelle 25 an eine der Heizstellen 24 zu übertragen.
Das Innere des Wärmeleitelements 30 kann dabei insbesondere so ausgebildet sein, dass es einen auf das Wärmeübertragungsmedium 38 wirkenden Kapillareffekt erzeugt oder verstärkt. Im Inneren des Wärmeleitelements 30 kann insbesondere ein Einsatz 31 vorgesehen sein, der so ausgebildet ist, dass er einen Kapillareffekt erzeugt oder verstärkt. Der Einsatz 31 kann beispielsweise eine Vielzahl von Kapillaren enthalten.
In dem in dem in den 3A und 3B gezeigten Ausführungsbeispiel ist der zweite Bereich 34 des Wärmeleitelements 30 vollständig innerhalb des in der Begrenzung 3 ausgebildeten Hohlraums 36 angeordnet.
Im Gegensatz zum starr ausgebildeten ersten Bereich 32 ist der zweite Bereich 34 des Wärmeleitelements 30 flexibel mit einem variablen Außendurchmesser D₁, D₂ ausgebildet.
Der zweite Bereich 34 des Wärmeleitelements 30 kann beispielsweise aus Wärme leitendem Silikon oder einem anderen Elastomer ausgebildet sein. Das Material, aus dem der zweite Bereich 34 ausgebildet ist, kann faserverstärkt sein, um seine mechanische Stabilität zu erhöhen.
Der zweite Bereich 34 hat in dem in der 3A gezeigten „kalten Zustand“, d.h. bei einer ersten, niedrigeren Temperatur T₁, wenn die Wärmequelle 25 nicht im Betrieb ist, einen Außendurchmesser D₁, der etwas kleiner als der Innendurchmesser D₀ des Hohlraums 36 ist (D₁ < D₀).
Der Betrieb der Wärmequelle 25 und die sich daraus ergebende Erhöhung der Temperatur des Wärmeübertragungsmediums 38 führt zu einer Ausdehnung des Wärmeübertragungsmediums 38 innerhalb des Wärmeleitelements 30. Die Ausdehnung des Wärmeübertragungsmediums 38 bewirkt eine Ausdehnung des zweiten Bereichs 34. Durch diese Ausdehnung schmiegt sich der zweite Bereich 34 des Wärmeleitelements 30 an den inneren Umfang des Hohlraums 36 an, wie es in der vergrößerte Darstellung in der 3C gezeigt ist, so dass der Außendurchmesser D₂ des zweiten Bereichs 34 des Wärmeleitelements 30 dem Innendurchmesser D₀ des Hohlraums 36 entspricht (D₂ = D₀).
Beim Ausdehnen des zweiten Bereichs 34 des Wärmeleitelements 30 wird Luft, die sich in dem in der 3A gezeigten Zustand bei niedriger Temperatur T₁ in einem Spalt 35 zwischen dem zweiten Bereich 34 des Wärmeleitelements 30 und der Begrenzung 3 befindet, aus dem Hohlraum 36 heraus gedrückt, so dass der zweite Bereich 34 des Wärmeleitelements 30 in direkten Kontakt mit der Begrenzung 3 kommt, wie es in der 3C gezeigt ist.
Der direkte Kontakt zwischen dem zweiten Bereich 34 des Wärmeleitelements 30 und der Begrenzung 3 ermöglicht eine besonders effiziente Wärmeübertragung von dem Wärmeleitelement 30 an die Begrenzung 3 und von dort an das in dem Speichervolumen 5 gespeicherte Fluid 4.
Da sich der zweite Bereichs 34 des Wärmeleitelements 30 beim Ausdehnen an die Form der inneren Begrenzung des Hohlraums 36 anpasst, kann eine gute Wärmeübertragung zwischen dem Wärmeleitelement 30 und der Begrenzung 3 erreicht werden, ohne dass die Abmessungen des Wärmeleitelements 30 und des Hohlraums 36 exakt aufeinander abgestimmt und mit besonders hoher Präzision gefertigt werden müssen. Auch Unebenheiten und Rauheiten der Oberfläche der Begrenzung (Wand) des Hohlraums 36 werden durch die Flexibilität und Ausdehnung des zweite Bereichs 34 des Wärmeleitelements 30 ausgeglichen (siehe 3C), so dass die Begrenzung des Hohlraums 36 nicht sehr glatt ausgebildet sein muss, um eine gute Wärmeübertrag zu ermöglichen.
Die auch im ausgedehnten Zustand des zweiten Bereichs 34 im Spalt 35 zwischen dem ersten Bereich 32 und der Begrenzung 3 verbleibende Luft (siehe 3B) wirkt als thermischer Isolator und reduziert ein unerwünschtes Abfließen von Wärme aus dem Hohlraum 36.
4 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß ausgebildeten beheizbaren Behälters 2, bei dem das Wärmeleitelement 30 integral innerhalb der Begrenzung 3 ausgebildet sind. Das Wärmeleitelement 30 ist insbesondere als Bohrung 30 in der Begrenzung 3 ausgebildet und mit einem fluiden oder festen Wärmeübertragungsmedium 38 gefüllt.
Auch in dem in der 4 gezeigten Ausführungsbeispiel können innerhalb der Wärmeleitelemente 30 (in der 4 nicht gezeigte) Einsätze 31 angeordnet sein, die zum Erzeugen und/oder Verstärken eines Kapillareffektes ausgebildet sind, um die Effizienz der Wärmeübertragung durch das Wärmeleitelement 30 zu erhöhen.
Eine Integration der Wärmeleitelemente 30 in die Begrenzung 3, wie sie in der 4 gezeigt ist, ermöglicht es, den Aufwand für die Herstellung und Montage eines erfindungsgemäß ausgebildeten Behälters 2 zu reduzieren. In die Begrenzung 3 integrierte Wärmeleitelemente 30 sind auch besonders gut vor Verschleiß und Beschädigung durch äußere mechanische Einflüsse geschützt.
Die Wärmeleitelemente 30 können auch in anderen Geometrien als der in der 4 gezeigten geradlinigen Geometrie ausgebildet sein. Die Geometrie der Wärmeleitelemente 30 kann insbesondere auch gebogene Bereiche, beispielsweise Kurven und S-Kurven, umfassen.
Die in der 4 gezeigte Heizstelle 24 ist als Bohrung 23 in der Begrenzung 3 ausgebildet. In der Bohrung 23 kann ein in der 4 nicht gezeigtes Bauteil, beispielsweise ein Temperatursensor 27, ein Füllmengensensor zum Messen des Niveaus des Fluids 4 im Speichervolumen 5, oder ein Sensor zum Messen des H₂-Gehalts im Speichervolumen 5 angeordnet sein. Zwischen dem Bauteil/Sensor und der Begrenzung 3 ist eine (in der 4 ebenfalls nicht gezeigte) Dichtung vorgesehen, welche die Bohrung 23 fluiddicht abdichtet.
Durch die Wärme, die beim Betrieb der Wärmequelle 25 der Heizstelle 24 über das Wärmeleitelement 30 zugeführt wird, werden das in der Bohrung angeordnete Bauteil und die Dichtung erwärmt. Auf diese Weise können Kondensationstropfen an dem Bauteil, die seine Funktion beeinträchtigen können, verhindert bzw. aufgelöst werden. Auch kann effizient verhindert werden, dass die Dichtung bei zu tiefen Temperaturen versprödet und dadurch ihre Dichtungswirkung verliert.
5 zeigt eine Querschnittansicht durch einen Behälter 2 mit zwei verschiedenen Ausführungsbeispielen von Wärmeleitelementen 30.
Ein erstes, auf der linken Seite der 4 gezeigtes Wärmeleitelement 30 ist ein Wärmeleitelement 30 gemäß dem ersten, in den 3A bis 3C gezeigten, Ausführungsbeispiel, mit einem in einem in der Begrenzung 3 ausgebildeten Hohlraum 36 angeordnet zweiten Bereich 34 und einem außerhalb des Hohlraums 36 angeordneten ersten Bereich 32.
Auf der rechten Seite der 4 sind zwei Wärmeleitelemente 30 gemäß dem zweiten, in der 3 gezeigten Ausführungsbeispiel, integral in der Begrenzung 3 ausgebildet.
Die beiden Wärmeleitelemente 30, die auf der rechten Seite der 4 gezeigt sind, sind als Reihenschaltung von Wärmeleitelementen 30 ausgebildet. Dabei ist der „Ausgang“ eines ersten Wärmeleitelements 30a an seinem von der Wärmequelle 25 abgewandten Ende thermisch mit einen „Eingang“ an dem der Wärmequelle 25 zugewandten Ende eines zweiten Wärmeleitelements 30b gekoppelt.
In weiteren Ausführungsbeispielen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt sind, können auch mehr als zwei Wärmeleitelemente 30a, 30b in Reihe miteinander gekoppelt sein.
Die Wärmeleitelemente 30a, 30b können durch Verschrauben, Verpressen, Verkleben, Verlöten, Verschweißen oder durch eine Kombinationen dieser Verbindungsmethoden mechanisch miteinander verbunden und thermisch gekoppelt sein.
Die verschiedenen Wärmeleitelemente 30a, 30b einer Reihenschaltung von Wärmeleitelementen 30a, 30b können unterschiedliche Wärmeübertragungsmedien 38, unterschiedliche Mengen von Wärmeübertragungsmedien 38 und/oder verschiedene Einsätze 31 enthalten. Auf diese Weise kann die Wärmeübertragungskapazität der Wärmeleitelemente 30a, 30b variiert werden, z.B. um unterschiedliche Temperaturbereich abzudecken.
In weiteren Ausführungsbeispielen können auch die „Eingänge“ von zwei oder mehr zweiten Wärmeleitelementen 30b mit einem einzigen Ausgang eines ersten Wärmeleitelements 30a thermisch gekoppelt sein, z.B. in einer „Y-Form“ oder in einer „T-Form“, um die von dem ersten Wärmeleitelement 30a transportierte Wärme auf zwei oder mehr zweite Wärmeleitelemente 30b zu verteilen.
6A zeigt eine Draufsicht auf eine Wärmequelle 25, die gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ausgebildet ist, und 6B zeigt eine Querschnittansicht der in der 6A gezeigten Wärmequelle 25.
Die in den 6A und 6B gezeigte Wärmequelle 25 umfasst zwei plattenförmige Wärmeübertragungselemente 26a, 26b, die durch geeignete Verbindungselemente 40, z.B. Schrauben, Nieten oder Federn, miteinander verbunden sind. In alternativen Ausführungsbeispielen können die beiden Wärmeübertragungselemente 26a, 26b auch materialschlüssig, z.B. durch Löten, Schweißen oder Magnetimpulsumformen, miteinander verbunden sein.
In den plattenförmigen Wärmeleitelementen 26a, 26b sind auf den im montierten Zustand einander zugewandten Seiten Ausnehmungen oder Vertiefungen 42, 44 ausgebildet, die zur Aufnahme von Wärmegeneratoren 46 und von Abschnitten der Wärmeleitelemente 30 vorgesehen sind.
Bei den Wärmegeneratoren 46 kann es sich beispielsweise um PTC-Elemente, aber auch um andere elektrische Heizelemente, z.B. Widerstandsheizelemente, handeln. Die Wärmegeneratoren 46 können auch als Teil eines Wärmetauschers ausgebildet sein und im Betrieb von einem erhitzten Medium, z.B. Abgasen oder Kühlwasser des Verbrennungsmotors 8, durchströmt werden.
Die plattenförmigen Wärmeübertragungselemente 26a, 26b sind aus einem gut wärmeleitenden Material ausgebildet, um von den Wärmegeneratoren 46 abgegebenen Wärme effizient an die Wärmeleitelemente 30 zu übertragen. Die Wärmeleitelemente 30 leiten die von den Wärmegeneratoren 46 erhaltene Wärme dann weiter an die Heizstellen 24 des Behälters 2, wie es zuvor beschrieben worden ist.
Die Wärmeübertragungselemente 26a, 26b sind durch die Verbindungselemente 40 so fest miteinander verbunden, dass eine gute Wärmeübertragung von den Wärmegeneratoren 46 an die Wärmeleitelemente 30 gewährleistet ist. Die Klemmkraft, mit der die beiden Wärmeübertragungselemente 26a, 26b gegeneinander gepresst werden, kann z.B. im Bereich von 400 N bis 700 N, insbesondere im Bereich von 450 N bis 500 N, liegen.
Die plattenförmigen Wärmeübertragungselemente 26a, 26b können in einem wärmeisolierenden Gehäuse 26 angeordnet sein, um eine unerwünschte Abgabe von Wärme an die unmittelbare Umgebung der Wärmequelle 25 zu reduzieren.
Die in den 6A und 6B gezeigte Konfiguration der Wärmequelle 25 mit zwei Wärmegeneratoren 46 und drei Wärmeleitelementen 30 ist nur beispielhaft.
Die Wärmequelle 25 kann leicht um zusätzliche Wärmegeneratoren 46 und/oder um zusätzliche Wärmeleitelemente 30 ergänzt werden. Auch das in den 6A und 6B gezeigte Verhältnis von drei Wärmeleitelementen 30 zu zwei Wärmegeneratoren 46 ist nur beispielhaft und kann in Abhängigkeit von der Leistungsfähigkeit der Wärmegeneratoren 46 und der benötigten Wärmemenge variiert werden.
In dem in den 6A und 6B gezeigten Ausführungsbeispiel der Wärmequelle 25 erstrecken sich die Wärmeleitelemente 30 parallel zueinander durch das wärmeisolierende Gehäuse 26 der Wärmequelle 25.
Die 7A bis 7B zeigen ein alternatives Ausführungsbeispiel einer Wärmequelle 25, in dem die Wärmeleitelemente 30 kreuzweise zueinander angeordnet sind.
Eine Wärmequelle 25, die, wie in der 2 gezeigt, in einem zentralen Bereich unterhalb des Speichervolumens 5 angeordnet ist, und bei der die Wärmeleitelemente 30 kreuzweise angeordnet sind, wie es in der 7A gezeigt ist, ermöglicht es, die Wärmeleitelemente 30 besonders effizient zu den vier Seiten eines im Wesentlichen quaderförmig ausgebildeten Speichervolumens 5 zu führen. Auch ein im Wesentlichen rund, beispielsweise kugel- oder zylinderförmig, ausgebildetes Speichervolumen 5 kann mit einer solchen Wärmequelle 25 sehr effizient und gleichmäßig beheizt werden.
Auch in den in den 7A bis 7C gezeigten Ausführungsbeispielen sind die Wärmeübertragungselemente 26a, 26b so fest miteinander verbunden, dass eine gute Wärmeübertragung von den Wärmegeneratoren 46 an die Wärmeleitelemente 30 gewährleistet ist.
Die innerhalb des Gehäuses 26 angeordneten Abschnitte der Wärmeleitelemente 30 können so wie andere Abschnitte der Wärmeleitelemente 30 mit einem runden Querschnitt ausgebildet sein, wie es in der 7B gezeigt ist. Wärmeleitelemente 30, die in allen Abschnitten einen runden, insbesondere einen konstanten, Querschnitt aufweisen, sind besonders einfach und kostengünstig herstellbar.
Um die Effizienz der Wärmeübertragung an die Wärmeleitelemente 30 noch weiter zu erhöhen, können Abschnitte der Wärmeleitelemente 30, die innerhalb des Gehäuses 26 angeordnet sind, insbesondere Abschnitte, die in thermischem Kontakt mit kreuzenden Wärmeleitelementen 30 sind, abgeflacht ausgebildet sein, wie es in der 7C gezeigt ist.
Die folgenden Figuren zeigen Querschnittansichten von Behälters 2, die gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen der Erfindung ausgebildet sind.
Dabei zeigen die 8A, 9A, 10A, 12 und 13 insbesondere horizontale Querschnittansichten, bei denen die Schnittebene horizontal, parallel zum Boden des Behälters 2 ausgerichtet ist; und die 8B, 9B, 10B und 10C zeigen vertikale Schnittansichten, bei denen die Schnittebene in vertikaler Richtung orthogonal zum Boden des Behälters 2 ausgerichtet ist.
Die 8A und 8B zeigen schematisch einen in einem Strangguss-Verfahren hergestellten Behälter 2, bei dem die Begrenzung 3 zweiteilig mit einer äußeren Begrenzung 3a und eine innerhalb der äußeren Begrenzung 3a angeordneten inneren Begrenzung 3b ausgebildet ist. Zur Verbesserung der thermischen Isolation sind zwischen der äußeren Begrenzung 3a und der inneren Begrenzung 3b Isolationsräume 48 ausgebildet, die mit einem thermisch isolierenden Material, beispielsweise mit Luft, gefüllt sind.
Im Speichervolumen 5 sind Schwappstege 50 ausgebildet, um Schwappbewegungen des im Speichervolumen 5 gespeicherten Fluids 4 zu dämpfen, wenn der Behälter 2 bewegt wird.
In der inneren Begrenzung 3b sind mehrere in vertikaler Richtung verlaufende Kanäle 52 ausgebildet, die zur Aufnahme von Wärmeleitelementen 30 vorgesehen sind. Die Kanäle 52 können auch selbst als Wärmeleitelemente 30 ausgebildet sein, z.B. indem sie mit einem geeigneten Wärmeübertragungsmedium 38 gefüllt sind. Wird ein fluides Wärmeübertragungsmedium 38 verwendet, können in den Kanälen 52 auch einen Kapillareffekt erzeugenden Einsätzen 31 vorgesehen sein, wie es im Zusammenhang mit den 3A und 3B beschrieben worden ist.
Am Boden des Behälters 2 ist eine wärmeisolierende Bodenplatte 56 vorgesehen. Die Oberseite des Behälters 2 wird durch eine wärmeisolierende Deckplatte (Deckel) 58 verschlossen (siehe 8B).
Zwischen der wärmeisolierenden Bodenplatte 56 und der Begrenzung 3 mit den darin zur Wärmeübertragung vorgesehenen Kanälen 52 befindet sich die Wärmequelle 25, die in diesem Ausführungsbeispiel als parallel zur Bodenplatte 56 angeordnete Heizplatte 25 ausgebildet ist.
Optional kann im Inneren des Speichervolumens 5 wenigstens eine Heizrippe 54 mit zusätzlichen Kanälen 52 vorgesehen sein, um die Wärmeübertragung von der Wärmequelle 25 an das in dem Speichervolumen 5 gespeicherte Fluid 4 noch weiter zu erhöhen.
In dem in den 8A und 8B gezeigten Ausführungsbeispiel ist in der Begrenzung 3, 3a, 3b eine Bohrung 23 ausgebildet, die zur Aufnahme eines in den Figuren nicht gezeigten Bauteils, beispielsweise eines Temperatursensors 27, eines Füllmengensensors zum Messen des Niveaus des Fluids 4 im Speichervolumen 5, oder eines Sensors zum Messen des H₂-Gehalts im Speichervolumen 5, vorgesehen ist.
Die Kanäle 52 und die Wärmeleitelemente 30 können so ausgebildet sein, dass eine verstärkte Wärmeübertragung insbesondere in Bereiche 58 um die Bohrung 23 stattfindet, um ein in der Bohrung 23 angeordnetes, in der 8A nicht gezeigtes, Bauteil und/oder eine Dichtung, welche die Bohrung 23 fluiddicht abdichtet, gezielt zu erwärmen, um die Funktionsfähigkeit des Bauteils und/oder der Dichtung auch bei tiefen Temperaturen aufrechtzuerhalten.
Die 8C und 8D zeigen ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Wärmequelle 25 und die Wärmeleitelemente 30 dazu ausgebildet sind, gezielt einen Bereich um eine Bohrung 23, die in der Begrenzung 3 ausgebildet ist zu erwärmen, ohne das andere Bereich der Begrenzung davon betroffen sind.
Die 9A und 9B zeigen schematisch ein Ausführungsbeispiel eines Behälters 2, der in einem Druckgussverfahren hergestellt worden ist.
Die Elemente und Merkmale des in den 9A und 9B gezeigten Behälters 2, die den Elementen und Merkmalen des in den 8A und 8B gezeigten Behälters 2 entsprechen, sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden nicht erneut im Detail beschrieben.
Das Druckgussverfahren ermöglicht im Vergleich zum Stranggussverfahren eine größere Flexibilität bei der Form des Bodens, die durch die Kontur des Druckgusswerkzeugs vorgegeben ist. Insbesondere weist der in den 9A und 9B gezeigte Behälter 2 oberhalb des Heizelements (der Heizebene) 25 eine integrierte Bodenebene 60 auf, die aus dem gleichem Material wie die Begrenzung 3 ausgebildet ist.
Die Bodenebene 60 kann so ausgebildet sein, dass sie dazu beiträgt, die von wenigstens einer Wärmequelle 25 erzeugte Wärme gleichmäßig über den Bodenbereich des Behälter 2 zu verteilen, insbesondere wenn die Wärmequelle 25 nicht als homogene Heizebene ausgebildet ist, sondern eine oder mehrere lokale Wärmequellen 25 umfasst, die entlang der Bodenebene 60 angeordnet sind.
Die 10A, 10B und 10C zeigen in einer schematischen Darstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Behälters 2, bei dem die Begrenzung 3 aus mehreren Elementen 3c, 3d, 3e zusammengesetzt ist. Die einzelnen Elemente 3c, 3d, 3e der Begrenzung 3 können insbesondere durch Schweißen, Löten oder Kleben miteinander verbunden sein. Die Verbindungsebenen (Schweißebenen) zwischen den einzelnen Elementen 3c, 3d, 3e verlaufen in der Darstellung der 10A entlang der Linien S-S orthogonal zur Zeichenebene.
In weiteren Ausführungsbeispielen, die nicht explizit in den Figuren gezeigt sind, können die einzelnen Elemente 3c, 3d, 3e ihrerseits jeweils aus mehreren Elementen zusammengesetzt sein, so dass die Begrenzung 3 aus einer Vielzahl von Elementen 3c, 3d, 3e zusammengesetzt ist.
Die 10C zeigt ein Ausführungsbeispiel mit mehreren Heizelementen 25, die jeweils um die bodenseitigen Bereiche der einzelnen Kanäle 52 bzw. Wärmeleitelemente 30 angeordnet sind, wobei die Heizelemente 25 sowohl in horizontaler Richtung parallel zur Bodenplatte 56 des Behälter 2, als auch in vertikaler Richtung parallel zur Umwandung der Kanäle 52 bzw. Wärmeleitelemente 30 ausgerichtet sind.
Durch eine Anordnung der Heizelemente 25, wie sie in der 10C gezeigt ist, in der die Heizelemente 25 bodenseitige Bereiche der Kanäle 52 wenigstens teilweise umschließen, kann die Effizienz der Wärmeübertragung von den Heizelementen 25 an die Kanäle 52 bzw. Wärmeleitelemente 30 noch weiter verbessert werden.
Die Heizelemente 25 können auch in die Kanäle 52 integriert sein, wie es schematisch in der 11 gezeigt ist. In dem in der 11 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Kanäle 52, die als Wärmeleitelemente 30 dienen, mit einem gut wärmeleitenden und elektrisch isolierenden Material 62, z.B. mit Magnesiumoxid, gefüllt. In einen Bereich des Kanals 52 ist eine Metallwendel 64 eingebracht, die durch Stromfluss erhitzt werden kann. Die von der Metallwendel 64 im Betrieb erzeugte Wärme wird durch das wärmeleitende Material 62 an die Heizstellen 24 übertragen.
12 zeigt eine schematische Darstellung eines weiteren möglichen Ausführungsbeispiels, bei dem die äußere und die innere Begrenzung 3a, 3b jeweils als Metallschaum ausgebildet sind.
Die äußere und die innere Begrenzung 3a, 3b sind durch Verbindungsstege 66 miteinander verbunden und, so wie in den in den 8A, 8B, 9A und 9B gezeigten Ausführungsbeispielen, durch luftgefüllte Isolationsräume 48 thermisch voneinander isoliert.
Die äußere Begrenzung 3a kann aus einem offenporigen Metallschaum oder aus einem geschlossenporigen Metallschaum gefertigt sein.
Die innere Begrenzung 3b ist aus einem offenporigen Metallschaum gefertigt, um einen Kapillareffekt zu ermöglichen. Die Poren der inneren Begrenzung 3b sind mit einem fluiden Wärmeübertragungsmedium gefüllt, um unter Ausnutzung des Kapillareffektes Wärme von einer, in der 12 nicht gezeigten, Wärmequelle 25, die am Boden des Behälters 2 angeordnet ist, entlang der Begrenzung des Speichervolumens 5 nach oben zu führen.
Die äußere Begrenzung 3a kann auch aus einem anderen Material als einem Metallschaum, insbesondere aus einem soliden Material, gefertigt sein.
Die äußere Begrenzung 3a ist optional und kann ggf. Weggelassen werden, um das äußere Volumen des Behälters 2 und seine Herstellungskosten zu reduzieren.
13 zeigt eine Querschnittansicht eines Ausführungsbeispiels, in dem der Behälter 2 rund ausgebildet ist. Der Behälter 2 kann beispielsweise kugelförmig oder zylinderförmig ausgebildet sein.
In dem in der 13 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Behälter 2 aus zwei als Halbschalen, z.B. Halbkugeln oder Halbzylinder, ausgebildeten Begrenzungselementen 3c, 3d zusammengesetzt, die entlang einer Verbindungsebene, z.B. einer Schweißebene, S-S miteinander verbunden sind. Die beiden Begrenzungselemente 3c, 3d können auch miteinander verlötet oder verklebt sein.
In den Begrenzungselementen 3c, 3d sind in vertikaler Richtung verlaufende Kanäle 52 ausgebildet, die zur Aufnahme von Wärmeleitelementen 30 vorgesehen sind. Wie zuvor für andere Ausführungsbeispiele beschrieben, können die Kanäle 52 auch selbst als Wärmeleitelemente 30 ausgebildet sein, insbesondere indem sie mit einem geeigneten fluide Wärmeübertragungsmedium 38 gefüllt werden.
Zusätzlich können in den Kanälen 52 auch einen Kapillareffekt erzeugende oder verstärkende Einsätze 31 angeordnet sein, wie es im Zusammenhang mit den 3A und 3B beschrieben worden ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP S61232569 A [0006]

Claims

Beheizbarer Behälter (2) zur Speicherung eines Fluids (4), insbesondere eines fluiden Reduktionsmittels (4), wobei der Behälter (2) aufweist: ein Gehäuse (3), in dem ein Speichervolumen (5) zur Aufnahme und Speicherung des Fluids (4) ausgebildet ist; und ein Heizsystem, das zum Erwärmen des in dem Speichervolumen (5) gespeicherten Fluids (4) ausgebildet ist, wobei das Heizsystem umfasst: eine Wärmequelle (25); und Wärmeleitelemente (30), die sich zwischen der Wärmequelle (25) und an dem Speichervolumen (5) ausgebildeten Wärmeabnahmestellen (24) erstrecken und die dazu ausgebildet sind, Wärme von der Wärmequelle (25) an die Wärmeabnahmestellen (24) zu übertragen; wobei die Wärmeleitelemente (30) in das Gehäuse (3) integriert sind; und/oder wobei jedes der Wärmeleitelemente (30) einen starren Bereich (32) und einen flexiblen Bereich (34) aufweist, wobei der starre Bereich (32) an einem der Wärmequelle (25) zugewandten Ende des Wärmeleitelements (30) ausgebildet ist und wobei der flexible Bereich (34) an einem von der Wärmeabnahmestelle (24) abgewandten Ende des jeweiligen Wärmeleitelements (30) ausgebildet ist.
Beheizbarer Behälter (2) nach Anspruch 1, wobei sich die flexiblen Bereiche (34) der Wärmeleitelemente (30) ausdehnen, wenn die Wärmequelle (25) die Wärmeleitelemente (30) erwärmt.
Beheizbarer Behälter (2) nach Anspruch 1 oder 2, wobei in dem Gehäuse (3) Hohlräume (36) ausgebildet sind und die Wärmeleitelemente (30) wenigstens teilweise in den Hohlräumen (36) angeordnet sind.
Beheizbarer Behälter (2) nach Anspruch 3, wobei die flexiblen Bereiche (34) der Wärmeleitelemente (30) in den Hohlräumen (36) angeordnet sind und wobei sich die flexiblen Bereiche (34) der Wärmeleitelemente (30) an die Begrenzung der Hohlräume (36) anschmiegen, wenn die Wärmequelle (25) die Wärmeleitelemente (30) erwärmt.
Beheizbarer Behälter (2) nach Anspruch 3 oder 4, wobei die starren Bereiche (32) der Wärmeleitelemente (30) wenigstens teilweise in den Hohlräumen (36) angeordnet sind und wobei die starren Bereiche (32) und die Hohlräume (36) so dimensioniert sind, dass zwischen dem äußeren Umfang der starren Bereiche (32) und der Begrenzung der Hohlräume (36) eine Lücke (35) ausgebildet ist.
Beheizbarer Behälter (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Wärmeleitelemente (30) als Wärmerohre oder als sogenannte Heatpipes ausgebildet und mit einem fluiden Wärmeübertragungsmedium gefüllt sind.
Beheizbarer Behälter (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Innere der Wärmeleitelemente (30) zur Erzeugung und/oder zur Verstärkung eines Kapillareffektes innerhalb der Wärmeleitelemente (30) ausgebildet ist; wobei die Wärmeleitelemente (30) insbesondere Einsätze (31) enthalten, die zur Erzeugung und/oder Verstärkung eines Kapillareffektes ausgebildet sind.
Beheizbarer Behälter (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei wenigsten zwei Wärmeleitelemente (30a, 30b) so in Reihe angeordnet sind, dass Wärme von einem ersten Wärmeleitelement (30a) an ein zweites Wärmeleitelement (30b) übertragen wird.
Beheizbarer Behälter (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Wärmequelle (25) wenigstens einen Wärmetauscher umfasst.
Beheizbarer Behälter (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Wärmequelle (25) wenigstens einen PTC-Wärmegenerator (46), einen elektrischen Widerstandswärmegenerator (46), einen Fluid-Wärmetauscher (46) und/oder einen Abgas-Wärmetauscher (46) umfasst.
Beheizbarer Behälter (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Wärmeleitelemente (30) und wenigstens ein Wärmegenerator (46) und/oder wenigstens ein Wärmetauscher (46) zwischen zwei Wärmeübertragungselementen (26a, 26b) angeordnet, insbesondere eingeklemmt, sind.
Beheizbarer Behälter (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit wenigstens einem Sensor (27) zum Detektieren der an das Fluid (4) übertragenen Wärme und einer Steuerungsvorrichtung (28), die zum Ansteuern der wenigstens einen Wärmequelle (25) ausgebildet ist.
Abgasreduktionssystem (1, 22) mit einem beheizbaren Behälter (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche und mit einer Einspritzvorrichtung (16), die dazu ausgebildet ist, Fluid (4) aus dem beheizbaren Behälter (2) in einen Abgasstrang (6) eines Verbrennungsmotors (8) einzuspritzen.
Abgasstrang (6) eines Verbrennungsmotors (8) mit einem Abgasreduktionssystem (1, 22) nach Anspruch 13.
Kraftfahrzeug (11) mit einem Verbrennungsmotor (8) und einem Abgasstrang (6) nach Anspruch 14.