EP2582938A1 - Vorrichtung zur bereitstellung eines reduktionsmittels mit systemheizung - Google Patents

Vorrichtung zur bereitstellung eines reduktionsmittels mit systemheizung

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EP2582938A1
EP2582938A1 EP11725420.1A EP11725420A EP2582938A1 EP 2582938 A1 EP2582938 A1 EP 2582938A1 EP 11725420 A EP11725420 A EP 11725420A EP 2582938 A1 EP2582938 A1 EP 2582938A1
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EP
European Patent Office
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heat
reducing agent
tank
heat pipe
valve
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP11725420.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Rolf BRÜCK
Jan Hodgson
Sven Schepers
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Continental Automotive GmbH
Original Assignee
Emitec Gesellschaft fuer Emissionstechnologie mbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Emitec Gesellschaft fuer Emissionstechnologie mbH filed Critical Emitec Gesellschaft fuer Emissionstechnologie mbH
Publication of EP2582938A1 publication Critical patent/EP2582938A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60—VEHICLES IN GENERAL
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    • B60K15/00—Arrangement in connection with fuel supply of combustion engines or other fuel consuming energy converters, e.g. fuel cells; Mounting or construction of fuel tanks
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    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention relates to a device for providing a reducing agent for an exhaust system, wherein a system heating is provided for heating the reducing agent.
  • the device is preferably used in exhaust systems of an internal combustion engine.
  • exhaust gas treatment devices are increasingly used, to which a liquid reducing agent is supplied.
  • One method of exhaust gas purification which is frequently used for this purpose is the selective catalytic reduction (SCR) process.
  • SCR selective catalytic reduction
  • a reducing agent preferably ammonia
  • NOx nitrogen oxide compounds
  • the selective catalytic reduction process is particularly used in lean-burn internal combustion engines, such as diesel engines. Such internal combustion engines typically have a particularly high output of nitrogen oxide compounds.
  • the reducing agent, z. As ammonia, especially in mobile applications not directly stored itself, but stored in the form of a precursor.
  • a precursor is, for example, urea or, in particular, a urea-water solution.
  • Particularly frequently used is a 32.5% urea-water solution, which is also available under the trade name AdBlue.
  • AdBlue AdBlue
  • the problem with the storage of such a solution is that it freezes at temperatures below -11 ° C. Such low temperatures can occur in particular during long downtimes of the motor vehicle.
  • a device for conveying or providing reducing agent must be designed in such a way that that it is quickly able to thaw at least a starting volume of reducing agent, so that the operation of the exhaust gas treatment device is directly possible, even if in the device still frozen reducing agent is present.
  • devices for conveying liquid reducing agent which are arranged directly on a tank for the liquid reducing agent and which are connected to a heatable line through which the reducing agent can be conveyed by the device via a feed element in an exhaust system.
  • a device for providing a reducing agent there are different points at which a freezing of the reducing agent during the downtime or during operation of the exhaust system is particularly likely.
  • the use of separate heating systems for each of these locations of the device is too complicated and expensive.
  • the device according to the invention for providing a reducing agent for an exhaust system provides a system heating for heating reducing agent and at least one heat pipe, which transfers heat from the system heating to at least one of the following components:
  • the device for providing a liquid or gaseous reducing agent comprises at least one tank, a withdrawal line, a pump, a filter, a valve, a sensor and a delivery line through which the reducing agent is transported from the tank to a delivery element outside the device , About the feed element, the reducing agent is supplied to the exhaust system.
  • system heating different heating systems can be used.
  • the reducing agent tank can be heated by a directly or indirectly heated from the exhaust heat fluid line, which is used here as a system heating.
  • electrical heating systems can be used, which are arranged in at least one of said components.
  • a heat pipe also known as heat pipe or two-phase thermosyphon.
  • a heat pipe allows a very large heat transfer even at low temperature differences over long distances.
  • a heat pipe is a hollow body, in which there is generally a fluid with a suitable boiling temperature for the intended application or vapor pressure curve. The fluid is therefore typically partially in the gaseous and partially in the liquid phase and can transport heat. Consequently, the liquid fluid is vaporized in the area of the system heating, flows to other areas of the heat pipe near the component to be heated, and transfers the heat there by condensation to the respective component.
  • the fluid can be returned to the evaporator with capillaries.
  • the condensed fluid therefore flows independently of position (ie, also against gravity) in the capillary back to the evaporator.
  • This arrangement is usually referred to as a heat pipe.
  • the fluid revolves in the so-called two-phase thermosyphon due to gravity.
  • a plurality of heat pipes may accordingly also be arranged in the device in order to conduct heat to the locations of the device at which freezing of the reducing agent is most likely.
  • the heat pipe with a tank heater which is understood here as a system heating, connected and arranged in heat-conducting connection at least with the components delivery line, valve, sensor and a connection element.
  • the tank heater can be formed, in particular, by a fluid line arranged inside and / or outside the tank, which is heated in particular directly or indirectly by the exhaust gas or the heat of the internal combustion engine.
  • a tank heater can also be arranged in the wall of the tank, in particular as an electric heater.
  • the heat pipe is arranged in particular with one end directly with or in the immediate vicinity of the system heating, so that the heat directly or via a thermal bridge, for example, a large heat absorption zone, passed to the heat pipe and is thus transferred to one of said components.
  • a thermal bridge for example, a large heat absorption zone
  • the heat-emitting end of the heat pipe is also connected to a thermal bridge, which continues the heat emitted by the heat pipe to various components.
  • the system heating is regulated and assigned to one of the components delivery line, filter or pump, wherein the heat pipe transmits heat at least to the valve and / or the tank.
  • the system heating can be provided here as a line heating for the delivery line or z. B. be arranged as a PTC element within the valve, the filter or the pump.
  • the device in addition to the system heating on no further active heating.
  • a low-cost device is ensured, which has a low complexity and can guarantee a correspondingly high technical availability at low production prices.
  • the heat from the system heating can also be targeted at specific low temperature differences and transferred to specific freezing points of the device, so that a rapid thawing of the reducing agent allows or freezing during operation of the motor vehicle is prevented.
  • the device forms a delivery module, which is arranged in a housing, and which comprises at least the components filter, pump, valve and delivery line and is suitable for removal of the reducing agent from the tank and for forwarding and delivery.
  • the system heating is integrated into the delivery module and in particular represents the only active heating, which directly or via a heat pipe at least with one of Components filter, pump, valve or delivery line is thermally conductively connected.
  • the system heating is arranged in particular in the filter or in the pump, in particular as a PTC element, and from there via at least one heat pipe with the other components filter, pump, valve or delivery line heat-conducting in combination.
  • the delivery module is arranged on a single support structure.
  • the delivery module is arranged with at least the components filter, pump, valve and delivery line on a common component, which is considered as a support structure and is modularly connectable to other components, in particular a tank.
  • the delivery module is arranged with the single support structure in the region of the sump of a tank.
  • the tank has a cavity in which the delivery module can be arranged outside the tank. It is also possible to arrange the delivery module in a cover area of the tank.
  • the delivery module can be completely manufactured in its own assembly and provided as a delivery module for installation with the tank or with the motor vehicle.
  • a heat pipe is used for heating at least one of the following components of a device for providing reducing agent: tank, delivery line, filter, pump, valve and sensor.
  • tank, delivery line, filter, pump, valve and sensor Such use of a heat pipe for heating certain components of a reducing agent device was not previously provided.
  • the special requirements in modern automotive engineering, which also relate in particular to the cold start behavior of diesel engines, are fulfilled for the first time by the use of a heat pipe in such a device.
  • a motor vehicle with an internal combustion engine, an exhaust system, an exhaust gas treatment device for cleaning the exhaust gases of the internal combustion engine and a device according to the invention is proposed, wherein the exhaust gas treatment device is supplied by the device with a reducing agent.
  • 1 shows a tank with a first embodiment of a device
  • 2 shows a second embodiment of a device
  • FIG. 3 shows a tank with a third embodiment of a device
  • Fig. 4 a heat pipe
  • Fig. 5 a motor vehicle having a device.
  • Fig. 1 shows a tank 3 for storing a reducing agent 2, in which a device 1 is installed.
  • the tank 3 in the region of its bottom 36 has a recess 10 in which the device 1 is arranged.
  • the device 1 is in this case designed as a delivery module 22, which has a support structure 8, on which the components pump 18, valve 19, filter 20 and sensor 21 and a for fluid communication of the components with each other suitable delivery line 6 are arranged.
  • the conveying elements 6 connecting the components filter 20, pump 18, valve 19 and connecting element 5 are designed here as channels 34 arranged in the support structure 8.
  • the reducing agent 2 is conveyed via a removal point 31 from the tank 3 into a delivery line 6 to the delivery module 22, where it flows through the individual components pump 18, valve 19 and filter 20.
  • the delivery line 6 can be connected via a connection element 5 and a connection plug 28 to a further delivery line 6, so that the reducing agent 2 can be supplied to a delivery element for delivery to the exhaust system.
  • a system heating 7 is also arranged, which is connected via heat pipes 11 with the component filter 20 and connecting element 5 thermally conductive. Further, the system heater 7 via thermal bridges 13 in heat-conducting connection with the sump 29 of the tank 3, so that in the vicinity of the removal point 31, a frozen reducing agent 2 can be thawed and thus the tank 3 can be removed.
  • the delivery module 22 has thermal bridges 13, through which the heat of the system heating 7 can be supplied to the individual components. Furthermore, the heat, which tube 11 to the filter 20 promotes to be routed to other components. Accordingly, the support structure 8 can be designed as a thermal bridge 13, so that, starting from the system heater 7 in a heat flow direction 9, heat via the support structure 8 can be transferred to other components.
  • a further system heating 7 is arranged as a tank heater outside of the tank 3 in the region of the bottom 36. This system heater 7 is via a further heat pipe 11 with the connection element 5 in heat-conducting connection.
  • FIG. 2 shows a second embodiment variant of a device 1, wherein a support structure 8 is arranged within a housing 12 of the device 1, on which a system heating 7 and a heat pipe 11 designed for the transfer of the heat are fastened.
  • the heat of the system heater 7 is fed through the heat pipe 11 in a heat flow direction 9 other components, which are arranged on the support structure 8, targeted.
  • the connection element 5 with heat of the system heating 7 through the heat pipe 11 is heated.
  • This also includes a connector 28, which realizes the connection of the device 1 with the delivery line 6 in connection with the connection element 5.
  • the heat pipe 11 is connected here via thermal bridges 13 with the system heating 7 or with the connection element 5 heat-conducting.
  • FIG. 3 shows a tank 3 with a third embodiment of a device 1.
  • the device 1 is arranged on the upper side 35 of the tank 3.
  • the device 1 has a removal tube 27, through which the reducing agent 2 can be removed from the region of the bottom 36 of the tank 3 via a removal point 31.
  • the device 1 has a support structure 8, on which the components pump 18, valve 19 and filter 20 are arranged.
  • a system heater 7 is provided, which heats the removal tube 27 and thus also allows thawing of the reducing agent 2 within the tank 3.
  • a heat pipe 11 is connected in heat-conducting connection with the system heater 7, so that heat from the system heater 7 can also be transferred to the other components which are arranged on the support structure 8.
  • the system heater 7 is here at least partially disposed within the filter 20.
  • the system heater 7 extends into the removal tube 27 and is thus able to melt a vent passage 37 through a blanket 38 of frozen reductant 14 in the tank 3, regardless of the height of the blanket 38 of frozen reductant 14 in the tank Tank 3 exists.
  • heat bridges 13 are provided on the support structure 8 between the system heater 7 and the housing 12.
  • the device 1 conveys the reducing agent via a connecting element 5 and a connecting plug 28 into a conveying line 6, through which the reducing agent 2 is forwarded to a feed element.
  • Fig. 4 illustrates the structure of a heat pipe 11.
  • a heat pipe 11 has a preferably metallic tube 24 as an outer shell. This tube 24 is sealed on both sides. Within the tube 24 wicks 23 are arranged. These wicks 23 extend from a heat receiving point 32 of the heat pipe 11 to a heat dissipation point 33 of the heat pipe 11. At the heat absorption point 32 is in the heat pipe 11 is normally liquid transport medium 25 before. During heat absorption, this liquid transport medium 25 evaporates and passes through its increasing pressure to the heat discharge point 33.
  • typically gaseous transport medium 26 is present, which condenses while releasing the heat stored in it. The condensed transport medium flows due to capillary forces along the wicks 23 back to the heat receiving point 32.
  • FIG. 5 shows a motor vehicle 15 with an internal combustion engine 16 and an exhaust system 30 that includes an exhaust gas treatment device 17.
  • a supply element 4 is provided, which is connected via a delivery line 6 and a device 1 to a tank 3 for storing a reducing agent 2.

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Abstract

Vorrichtung (1) zur Bereitstellung eines Reduktionsmittels (2) für eine Abgasanlage (30), wobei eine Systemheizung (7) zum Erwärmen von Reduktionsmittel (2) vorgesehen ist und die Vorrichtung (1) zumindest ein Wärmeleitungselement aufweist, das Wärme von der Systemheizung (7) zu wenigstens einer der folgenden Komponenten überträgt: Tank (3), Förderleitung (6), Filter (20), Pumpe (18), Ventil (19), Sensor (21).

Description

Vorrichtung zur Bereitstellung eines
Reduktionsmittels mit Systemheizung Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bereitstellung eines Reduktionsmittels für eine Abgasanlage, wobei eine Systemheizung zum Erwärmen des Reduktionsmittels vorgesehen ist. Die Vorrichtung wird bevorzugt in Abgasanlagen einer Verbrennungskraftmaschine eingesetzt.
In letzter Zeit finden zur Reinigung der Abgase von mobilen Verbrennungskraftmaschinen vermehrt Abgasbehandlungsvorrichtungen Verwendung, denen ein flüssiges Reduktionsmittel zugeführt wird. Ein hierfür häufig verwendetes Verfahren zur Abgasreinigung ist das Verfahren der selektiven katalytischen Reduktion (SCR: selective catalytic reduction). Bei diesem Verfahren wird ein Reduktionsmittel, vorzugsweise Ammoniak, zur Reduktion von Stickoxidverbindungen (NOx) im Abgas eingesetzt. Das Verfahren der selektiven katalytischen Reduktion findet insbesondere Verwendung in mager betriebenen Verbrennungskraftmaschinen, beispielsweise Diesel-Motoren. Derartige Verbrennungskraftmaschinen weisen typischerweise einen besonders hohen Ausstoß an Stickoxidverbindungen auf.
Das Reduktionsmittel, z. B. Ammoniak, wird insbesondere in mobilen Anwendungen nicht direkt selbst bevorratet, sondern in Form eines Vor- läufers gespeichert. Ein derartiger Vorläufer ist beispielsweise Harnstoff oder insbesondere eine Harnstoff-Wasser-Lösung. Besonders häufig eingesetzt wird eine 32,5 ige Harnstoff -Wasser-Lösung, die auch unter dem Handelsnamen AdBlue erhältlich ist. Problematisch bei der Bevorratung einer derartigen Lösung ist, dass diese bei Temperaturen von unter -11 °C einfriert. Derartig niedrige Temperaturen können insbesondere während langer Stillstandszeiten des Kraftfahrzeugs auftreten. Aus diesem Grund muss eine Vorrichtung zur Förderung bzw. zur Bereitstellung von Reduktionsmittel derart ausgebildet sein, dass diese schnell in der Lage ist, zumindest ein Startvolumen an Reduktionsmittel aufzutauen, damit der Betrieb der Abgasbehandlungsvorrichtung direkt möglich ist, auch wenn in der Vorrichtung noch gefrorenes Reduktionsmittel vorliegt.
Zudem sind Vorrichtungen zur Förderung von flüssigem Reduktionsmittel bekannt, die unmittelbar an einem Tank für das flüssige Reduktionsmittel angeordnet sind und welche an eine beheizbare Leitung angeschlossen sind, durch die das Reduktionsmittel von der Vorrichtung über ein Zuführelement in ein Abgassystem gefördert werden kann. Je nach Ausgestaltung einer solchen Vorrichtung zur Bereitstellung eines Reduktionsmittels gibt es unterschiedliche Stellen, an denen ein Einfrieren des Reduktionsmittels während der Stillstandszeiten oder während des Betriebs der Abgasanlage besonders wahrscheinlich ist. Ein Einsatz von se- paraten Heizsystemen für jede dieser Stellen der Vorrichtung ist jedoch zu aufwendig und kostenintensiv.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Bereitstellung eines Reduktions- mittels für eine Abgasanlage anzugeben, die die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise löst. Insbesondere soll eine Vorrichtung angegeben werden, die besonders schnell und zuverlässig in Betrieb genommen werden kann, wenn im Inneren der Vorrichtung ein gefrorenes Reduktionsmittel vorliegt oder ein Gefrieren des Reduktionsmittels wahrscheinlich ist. Gleichzeitig soll die vorgeschlagene Vorrichtung kostengünstig sein und eine geringe Komplexität aufweisen, z. B. indem auf verschiedene oder auch mehrere elektrische Heiz Systeme verzichtet werden kann. Diese Aufgaben werden gelöst mit einer Vorrichtung gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch die Verwendung eines Wärmerohrs gemäß Patentanspruch 7. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung sind in den abhängig formulierten Patentansprüchen angegeben. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den abhängig formulierten Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technologisch sinnvoller, Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren, erläutert die Erfindung und gibt zusätzliche Ausführungsbeispiele an.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bereitstellung eines Reduktionsmittels für eine Abgasanlage sieht eine Systemheizung zum Erwärmen von Reduktionsmittel vor und zumindest ein Wärmerohr, das Wärme von der Systemheizung zu wenigstens einer der folgenden Komponenten überträgt:
- Tank,
- Förderleitung,
- Filter,
- Pumpe,
- Ventil,
- Sensor.
Die Vorrichtung zur Bereitstellung eines flüssigen oder gasförmigen Re- duktionsmittels umfasst zumindest einen Tank, eine Entnahmeleitung, eine Pumpe, einen Filter, ein Ventil, einen Sensor sowie eine Förderleitung, durch die das Reduktionsmittel aus dem Tank hin zu einem Zuführelement außerhalb der Vorrichtung transportiert wird. Über das Zuführelement wird das Reduktionsmittel der Abgasanlage zugeführt. Als Systemheizung können verschiedene Heizsysteme zum Einsatz kommen. Z. B. kann der Reduktionsmitteltank durch eine von der Abgaswärme direkt oder indirekt beheizte Fluidleitung beheizt werden, die hier als Systemheizung verwendet wird. Weiterhin können elektrische Heiz Systeme eingesetzt werden, die in zumindest einer der genannten Komponenten eingeordnet sind. Als elektrische Heiz Systeme eignen sich insbesondere sogenannte PTC-Elemente (PTC = positive temperature coefficient), die elektrischen Strom in Wärme umwandeln, wobei die Heizleistung des PTC-Heizelementes bei steigender Temperatur automatisch abnimmt. Die Wärme wird von der Systemheizung zu einer der genannten Komponen- ten durch ein Wärmerohr übertragen (auch unter der Bezeichnung Heat- pipe oder Zwei-Phasen-Thermosiphon bekannt). Ein Wärmerohr ermöglicht eine sehr große Wärmeübertragung auch bei geringen Temperaturdifferenzen über längere Strecken. Ein Wärmerohr stellt einen Hohlkörper dar, in welchem sich im Allgemeinen ein Fluid mit einer für die vorgesehene Anwendung geeigneten Siedetemperatur bzw. Dampfdruckkurve befindet. Das Fluid liegt daher typischerweise teilweise in der gasförmigen und teilweise in der flüssigen Phase vor und kann Wärme transportieren. Folglich wird das flüssige Fluid im Bereich der Systemheizung ver- dampft, strömt zu anderen Bereichen des Wärmerohrs nahe der zu heizenden Komponente und gibt dort die Wärme durch Kondensation an die jeweilige Komponente ab. Innerhalb eines Wärmerohrs kann mit Kapillaren das Fluid zum Verdampfer zurückgeführt werden. Das kondensierte Fluid fließt daher lageunabhängig (d. h. auch entgegen der Schwerkraft) in der Kapillare zurück zum Verdampfer. Diese Anordnung wird meist als Heatpipe bezeichnet. Demgegenüber kreist das Fluid beim sogenannten Zwei-Phasen-Thermosiphon aufgrund der Schwerkraft. In der Vorrichtung können entsprechend auch mehrere Wärmerohre angeordnet sein, um Wärme an die Stellen der Vorrichtung zu leiten, an denen ein Einfrieren des Reduktionsmittels am wahrscheinlichsten ist.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Wärmerohr mit einer Tankheizung, die hier als Systemheizung verstanden wird, verbunden und in wärmeleitender Verbindung zumindest mit den Komponenten Förderleitung, Ventil, Sensor und einem Anschlusselement angeordnet. Dabei kann die Tankheizung insbesondere durch eine innerhalb und/oder außerhalb des Tanks angeordnete Fluidleitung gebildet werden, die insbesondere direkt bzw. indirekt durch das Abgas bzw. die Wärme des Verbrennungsmotors beheizt wird. Weiterhin kann eine Tankheizung auch in der Wandung des Tanks angeordnet sein, insbesondere als elektrische Heizung.
Das Wärmerohr ist insbesondere mit einem Ende direkt mit oder in unmittelbarer Umgebung der Systemheizung angeordnet, so dass die Wärme unmittelbar oder über eine Wärmebrücke, beispielsweise eine großflächige Wärmeaufnahmezone, auf das Wärmerohr geleitet und so zu einer der genannten Komponenten übertragen wird. Insbesondere ist das wärmeabgebende Ende des Wärmerohrs ebenfalls mit einer Wärmebrücke ver- bunden, die die von dem Wärmerohr abgegebene Wärme zu verschiedenen Komponenten weiterführt.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Systemheizung regelbar und einer der Komponenten Förderleitung, Filter oder Pumpe zugeordnet, wobei das Wärmerohr zumindest zu dem Ventil und/oder dem Tank Wärme überträgt. Die Systemheizung kann hier als Leitungsheizung für die Förderleitung vorgesehen sein oder auch z. B. als PTC- Element innerhalb des Ventils, des Filters oder der Pumpe angeordnet sein.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung weist die Vorrichtung neben der Systemheizung keine weitere aktive Heizung auf. Somit wird eine kostengünstige Vorrichtung gewährleistet, die eine geringe Komplexität aufweist und eine entsprechend hohe technische Verfügbarkeit bei günstigen Herstellungspreisen garantieren kann. Durch die Anordnung zumindest eines Wärmerohrs kann die Wärme von der Systemheizung auch bei vorliegenden geringen Temperaturunterschieden zielgerichtet und zu konkreten einfriergefährdeten Punkten der Vorrichtung überführt werden, so dass ein schnelles Auftauen des Reduktionsmittels ermöglicht oder auch ein Einfrieren während des Betriebs des Kraftfahrzeugs verhindert wird.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung bildet die Vorrichtung ein Fördermodul, das in einem Gehäuse angeordnet ist, und das zumin- dest die Komponenten Filter, Pumpe, Ventil und Förderleitung umfasst und zur Entnahme des Reduktionsmittels aus dem Tank und zur Weiterleitung und Abgabe geeignet ist. Dabei ist die Systemheizung in das Fördermodul integriert und stellt insbesondere die einzige aktive Heizung dar, die unmittelbar oder über ein Wärmerohr zumindest mit einer der Komponenten Filter, Pumpe, Ventil oder Förderleitung wärmeleitend verbunden ist. Demzufolge ist die Systemheizung insbesondere im Filter oder in der Pumpe angeordnet, insbesondere als PTC-Element, und von dort über zumindest ein Wärmerohr mit den weiteren Komponenten Fil- ter, Pumpe, Ventil oder Förderleitung wärmeleitend in Verbindung. Auch ein Anschlusselement, das die Förderleitung des Fördermoduls mit weiteren Förderleitungen verbindet, so dass das Reduktionsmittel zum Zufuhrelement geleitet wird, kann über ein Wärmerohr unmittelbar oder über eine mit dem Wärmerohr verbundene Wärmebrücke mittelbar be- heizt werden. Durch diese vorteilhafte Ausgestaltung kann bereits ein kleines Volumen des Reduktionsmittels innerhalb der Vorrichtung aufgetaut werden und dementsprechend in der Abgasanlage bereitgestellt werden. Ein größeres aufgetautes Volumen von Reduktionsmittel kann entsprechend durch ein generelles Aufheizen der Systeme eines Kraftfahr- zeugs oder aber auch durch weitere Heizungen insbesondere im Tank des Reduktionsmittels verfügbar gemacht werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist das Fördermodul auf einer einzigen Tragstruktur angeordnet. Das heißt insbesondere, dass das Fördermodul mit zumindest den Komponenten Filter, Pumpe, Ventil und Förderleitung auf einem gemeinsamen Bauteil angeordnet ist, das als Tragstruktur angesehen wird und modular mit anderen Bauteilen verbindbar ist, insbesondere einem Tank. In besonders vorteilhafter Weise wird das Fördermodul mit der einzigen Tragstruktur im Bereich des Sumpfes eines Tanks angeordnet. Insbesondere weist der Tank einen Hohlraum auf, in dem das Fördermodul außerhalb des Tanks anordenbar ist. Es ist auch möglich, das Fördermodul in einem Deckelbereich des Tanks anzuordnen. Durch die Bereitstellung des Fördermoduls auf einer einzigen Tragstruktur können ein oder mehrere Wärmerohre und/oder entsprechende Wärmeüberbrücken in einem eigenen Montage schritt zueinander feststehend angeordnet werden. Entsprechend kann das Fördermodul in einer eigenen Montage vollständig hergestellt werden und als Zuliefermodul zum Verbau mit dem Tank oder mit dem Kraftfahrzeug bereitgestellt werden. Durch eine derartige vorteilhafte Ausgestaltung ist eine besonders effiziente Übertragung der Wärme möglich, da die Wärmeübergänge zwischen Wärmerohr und den jeweiligen Komponenten keinen weiteren Bearbeitungsschritten unterworfen sind. Erfindungsgemäß wird ein Wärmerohr zum Aufheizen zumindest einer der folgenden Komponenten einer Vorrichtung zur Bereitstellung von Reduktionsmittel verwendet: Tank, Förderleitung, Filter, Pumpe, Ventil und Sensor. Ein solcher Einsatz eines Wärmerohrs zur Aufheizung bestimmter Komponenten einer Reduktionsmittelvorrichtung war bisher nicht vorgesehen. Die besonderen Anforderungen im modernen Automobilbau, die insbesondere auch das Kaltstartverhalten von Diesel-Motoren betreffen, werden durch den Einsatz eines Wärmerohrs in einer derartigen Vorrichtung erstmalig erfüllt. Somit können einfriergefährdete Stellen der Vorrichtung zielgerichtet und bereits beim Vorliegen geringer über- schüssiger Wärme zielgerichtet aufgetaut werden, so dass eine kontinuierliche Versorgung der Abgasanlage mit Reduktionsmittel ab einem möglichst frühen Punkt nach Inbetriebnahme der Verbrennungskraftmaschine erfolgen kann. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird ein Kraftfahrzeug mit einer Verbrennungskraftmaschine, einer Abgasanlage, einer Abgasbehandlungsvorrichtung zur Reinigung der Abgase der Verbrennungskraftmaschine und eine erfindungsgemäße Vorrichtung vorgeschlagen, wobei die Abgasbehandlungsvorrichtung durch die Vorrichtung mit einem Re- duktionsmittel versorgt wird.
Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind und die Erfindung nicht darauf begrenzt ist. Es zeigen:
Fig. 1: einen Tank mit einer ersten Ausführungsvariante einer Vorrichtung, Fig. 2: eine zweite Ausführungsvariante einer Vorrichtung,
Fig. 3: einen Tank mit einer dritten Ausführungsvariante einer Vorrichtung,
Fig. 4: ein Wärmerohr und
Fig. 5: ein Kraftfahrzeug, das eine Vorrichtung aufweist. Fig. 1 zeigt einen Tank 3 zur Bevorratung eines Reduktionsmittels 2, in dem eine Vorrichtung 1 verbaut ist. Dazu weist der Tank 3 im Bereich seines Bodens 36 eine Aussparung 10 auf, in dem die Vorrichtung 1 angeordnet ist. Die Vorrichtung 1 ist hierbei als Fördermodul 22 ausgebildet, das eine Tragstruktur 8 aufweist, auf der die Komponenten Pumpe 18, Ventil 19, Filter 20 und Sensor 21 sowie eine zur strömungstechnischen Verbindung der Komponenten miteinander geeignete Förderleitung 6 angeordnet sind. Die die Komponenten Filter 20, Pumpe 18, Ventil 19 und Anschlusselement 5 verbindenden Förderleitungen 6 sind hier als in der Tragstruktur 8 angeordnete Kanäle 34 ausgeführt. Das Reduktions- mittel 2 wird über eine Entnahmestelle 31 aus dem Tank 3 in eine Förderleitung 6 zum Fördermodul 22 gefördert, wo es die einzelnen Komponenten Pumpe 18, Ventil 19 und Filter 20 durchströmt. Die Förderleitung 6 ist über ein Anschlusselement 5 und einen Anschlussstecker 28 mit einer weiteren Förderleitung 6 verbindbar, so dass das Reduktionsmittel 2 ei- nem Zuführelement zur Abgabe an die Abgasanlage zugeführt werden kann. Auf dem Fördermodul 22 ist zudem eine Systemheizung 7 angeordnet, die über Wärmerohre 11 mit der Komponente Filter 20 und Anschlusselement 5 wärmeleitend verbunden ist. Weiter ist die Systemheizung 7 über Wärmebrücken 13 in wärmeleitender Verbindung mit dem Sumpf 29 des Tanks 3, so dass in der Nähe der Entnahme stelle 31 ein gefrorenes Reduktionsmittel 2 aufgetaut werden kann und damit dem Tank 3 entnehmbar ist. Auch das Fördermodul 22 weist Wärmebrücken 13 auf, durch die die Wärme der Systemheizung 7 den einzelnen Komponenten zugeführt werden kann. Weiterhin kann die Wärme, die das Wär- merohr 11 zu dem Filter 20 fördert, zu weiteren Komponenten geleitet werden. Dementsprechend kann auch die Tragstruktur 8 als Wärmebrücke 13 ausgeführt sein, so dass, ausgehend von der Systemheizung 7 in einer Wärmestromrichtung 9, Wärme über die Tragstruktur 8 zu weiteren Komponenten übertragbar ist. In Fig. 1 ist eine weitere Systemheizung 7 als Tankheizung außerhalb des Tanks 3 im Bereich des Bodens 36 angeordnet. Diese Systemheizung 7 ist über ein weiteres Wärmerohr 11 mit dem Anschlusselement 5 in wärmeleitender Verbindung.
Fig. 2 zeigt eine zweite Ausführungsvariante einer Vorrichtung 1, wobei innerhalb eines Gehäuses 12 der Vorrichtung 1 eine Tragstruktur 8 angeordnet ist, auf der eine Systemheizung 7 sowie ein zur Weiterleitung der Wärme ausgelegtes Wärmerohr 11 befestigt sind. Die Wärme der Systemheizung 7 wird durch das Wärmerohr 11 in einer Wärmestromrichtung 9 anderen Komponenten, die auf der Tragstruktur 8 angeordnet sind, zielgerichtet zugeführt. Hier wird z. B. das Anschlusselement 5 mit Wärme der Systemheizung 7 durch das Wärmerohr 11 erwärmt. Dazu gehört auch ein Anschlussstecker 28, der in Verbindung mit dem Anschlusselement 5 die Verbindung der Vorrichtung 1 mit der Förderleitung 6 realisiert. Das Wärmerohr 11 ist hier über Wärmebrücken 13 mit der Systemheizung 7 bzw. mit dem Anschlusselement 5 wärmleitend verbunden.
Fig. 3 zeigt einen Tank 3 mit einer dritten Ausführungsvariante einer Vorrichtung 1. Hier ist die Vorrichtung 1 an der Oberseite 35 des Tanks 3 angeordnet. Die Vorrichtung 1 weist ein Entnahmerohr 27 auf, durch das das Reduktionsmittel 2 aus dem Bereich des Bodens 36 des Tanks 3 über eine Entnahmestelle 31 entnehmbar ist. Die Vorrichtung 1 weist eine Tragstruktur 8 auf, auf der die Komponenten Pumpe 18, Ventil 19 und Filter 20 angeordnet sind. Weiterhin ist eine Systemheizung 7 vorgesehen, die das Entnahmerohr 27 beheizt und damit auch ein Auftauen des Reduktionsmittels 2 innerhalb des Tanks 3 ermöglicht. Ein Wärmerohr 11 ist in wärmeleitender Verbindung mit der Systemheizung 7 verbunden, so dass Wärme von der Systemheizung 7 auch zu den weiteren Komponenten, die auf der Tragstruktur 8 angeordnet sind, überführt werden kann. Die Systemheizung 7 ist hier zumindest teilweise innerhalb des Filters 20 angeordnet. Darüber hinaus erstreckt sich die Systemheizung 7 in das Entnahmerohr 27 hinein und ist so in der Lage, einen Entlüftungskanal 37 durch eine Decke 38 aus gefrorenem Reduktionsmittel 14 im Tank 3 zu schmelzen, unabhängig davon, in welcher Höhe die Decke 38 aus gefrorenem Reduktionsmittel 14 im Tank 3 existiert. Damit eine Decke 38 aus gefrorenem Reduktionsmittel 14 effizient aufgetaut werden kann, wenn diese auf Höhe des Gehäuses 12 der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 vorliegt, sind zwischen der Systemheizung 7 und dem Gehäuse 12 Wär- mebrücken 13 auf der Tragstruktur 8 vorgesehen. Die Vorrichtung 1 fördert das Reduktionsmittel über ein Anschlusselement 5 und einen Anschlussstecker 28 in eine Förderleitung 6, durch die das Reduktionsmittel 2 zu einem Zufuhrelement weitergeleitet wird. Fig. 4 verdeutlicht den Aufbau eines Wärmerohres 11. Ein Wärmerohr 11 weist ein vorzugsweise metallisches Rohr 24 als Außenhülle auf. Dieses Rohr 24 ist beidseitig dicht verschlossen. Innerhalb des Rohrs 24 sind Dochte 23 angeordnet. Diese Dochte 23 erstrecken sich von einer Wärmeaufnahmestelle 32 des Wärmerohres 11 zu einer Wärmeabgabe stelle 33 des Wärmerohrs 11. An der Wärmeaufnahme stelle 32 liegt im Wärmerohr 11 normalerweise flüssiges Transportmedium 25 vor. Während der Wärmeaufnahme verdampft dieses flüssige Transportmedium 25 und gelangt durch seinen zunehmenden Druck zur Wärmeabgabestelle 33. Hier liegt im Wärmerohr 11 typischerweise gasförmiges Transportmedium 26 vor, welches unter Abgabe der in ihm gespeicherten Wärme kondensiert. Das kondensierte Transportmedium fließt aufgrund von Kapillarkräften entlang der Dochte 23 zurück zu der Wärmeaufnahmestelle 32. Auf diese Art stellt sich entlang einer Wärmestromrichtung 9 von der Wärmeaufnahmestelle 32 zu der Wärmeabgabestelle 33 ein kontinuierlicher Wärme- fluss ein. Ein derartiges Wärmerohr 11 wird auch als Heat-Pipe bezeichnet. Das Transportmedium wird so gewählt, dass es bei den tiefsten zugelassenen Temperaturen noch flüssig ist und seinen Siedepunkt unterhalb der von einer Systemheizung 7 erreichbaren Temperatur hat. Fig. 5 zeigt ein Kraftfahrzeug 15 mit einer Verbrennungskraftmaschine 16 und einer Abgasanlage 30, die eine Abgasbehandlungsvorrichtung 17 umfasst. In der Abgasbehandlungsvorrichtung 17 ist ein Zufuhrelement 4 vorgesehen, das über eine Förderleitung 6 und eine Vorrichtung 1 mit einem Tank 3 zur Bevorratung eines Reduktionsmittels 2 verbunden ist.
Bezugszeichenliste
1 Vorrichtung
2 Reduktionsmittel
3 Tank
4 Zufuhrelement
5 Anschlusselement
6 Förderleitung
7 Systemheizung
8 Tragstruktur
9 Wärme Stromrichtung
10 Aussparung
11 Wärmerohr
12 Gehäuse
13 Wärmebrücke
14 gefrorenes Reduktionsmittel
15 Kraftfahrzeug
16 Verbrennungskraftmaschine
17 Abgasbehandlungsvorrichtung
18 Pumpe
19 Ventil
20 Filter
21 Sensor
22 Fördermodul
23 Docht
24 Rohr
25 flüssiges Transportmedium
26 gasförmiges Transportmedium
27 Entnahmerohr
28 Anschlussstecker
29 Sumpf
30 Abgasanlage
31 Entnahme stelle Wärmeaufnahme stelle Wärmeabgabestelle Kanal
Oberseite
Boden
Entlüftungskanal Decke

Claims

Patentansprüche
Vorrichtung (1) zur Bereitstellung eines Reduktionsmittels (2) für eine Abgasanlage (30), wobei eine Systemheizung (7) zum Erwärmen von Reduktionsmittel (2) vorgesehen ist, wobei weiter die Vorrichtung (1) zumindest ein Wärmerohr (11) aufweist, das Wärme von der Systemheizung (7) zu wenigstens einer der folgenden Komponenten überträgt:
- Tank (3),
- Förderleitung (6),
- Filter (20),
- Pumpe (18),
- Ventil (19),
- Sensor (21).
Vorrichtung (1) gemäß Patentanspruch 1, wobei das Wärmer ohr (11) mit einer Tankheizung verbunden ist und in wärmeleitender Verbindung zumindest mit den Komponenten Förderleitung (6), Ventil (19), Sensor (21) und Anschlusselement (5) angeordnet ist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die Systemheizung (7) regelbar und einer der Komponenten Förderleitung (6), Filter (20) oder Pumpe (18) zugeordnet ist, und das Wärmerohr (11) zumindest zu dem Ventil (19) und/oder dem Tank (3) Wärme überträgt.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die Vorrichtung (1) neben der Systemheizung (7) keine weitere aktive Heizung aufweist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die Vorrichtung (1) ein Fördermodul (22) bildet, das in einem Gehäuse (12) angeordnet ist und das zumindest die Komponenten Filter (20), Pumpe (18), Ventil (19) und Förderleitung (6) umfasst, und zur Entnahme des Reduktionsmittels (2) aus dem Tank (3) und zur Weiterleitung und Abgabe geeignet ist, wobei die Systemheizung (7) in das Fördermodul (22) integriert ist und die einzige aktive Heizung darstellt und über ein Wärmerohr (11) zumindest mit einer der Komponenten Filter (20), Pumpe (18), Ventil (19) oder Förderleitung (6) wärmeleitend verbunden ist.
Vorrichtung (1) nach Patentanspruch 5, wobei das Fördermodul (22) auf einer einzigen Tragstruktur (8) angeordnet ist.
Verwendung eines Wärmerohrs (11) zur Wärmeübertragung von einer Systemheizung (7) zu zumindest einer der folgenden Komponenten einer Vorrichtung (1) zur Bereitstellung von Reduktionsmittel (2): Tank (3), Förderleitung (6), Filter (20), Pumpe (18), Ventil (19) und Sensor (21).
Kraftfahrzeug (15) aufweisend eine Verbrennungskraftmaschine (16), eine Abgasanlage (30), eine Abgasbehandlungsvorrichtung (17) zur Reinigung der Abgase der Verbrennungskraftmaschine (16) und eine Vorrichtung (1) gemäß einem der Patentansprüche 1 bis 6, wobei die Abgasbehandlungsvorrichtung (17) durch die Vorrichtung (1) mit einem Reduktionsmittel (2) versorgt wird.
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