EP3152422A1 - Vorrichtung zur bereitstellung eines flüssigen additivs - Google Patents

Vorrichtung zur bereitstellung eines flüssigen additivs

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EP3152422A1
EP3152422A1 EP15729110.5A EP15729110A EP3152422A1 EP 3152422 A1 EP3152422 A1 EP 3152422A1 EP 15729110 A EP15729110 A EP 15729110A EP 3152422 A1 EP3152422 A1 EP 3152422A1
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EP
European Patent Office
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liquid additive
ptc heating
heating element
conducting structure
housing
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP15729110.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Peter Bauer
Jan Hodgson
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Continental Automotive GmbH
Original Assignee
Continental Automotive GmbH
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Filing date
Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention relates to a device for providing a liquid additive.
  • Devices for providing a liquid additive are used, for example, in the motor vehicle sector to supply a liquid additive to an exhaust gas treatment device for cleaning the exhaust gases of an internal combustion engine of the motor vehicle.
  • Exhaust treatment devices that use a liquid additive to purify exhaust gases are widely used.
  • An exhaust gas purification process which is particularly frequently carried out in such exhaust gas treatment devices is the selective catalytic reduction (SCR) process.
  • SCR selective catalytic reduction
  • nitrogen oxide compounds in the exhaust gas are reduced with the aid of a reducing agent.
  • ammonia is used as the reducing agent.
  • the exhaust gas treatment device typically has an SCR catalyst, at which the nitrogen oxide compounds in the exhaust gas are reduced by means of the ammonia.
  • Ammonia is usually not stored directly in motor vehicles, but stored in the form of a reducing agent precursor solution.
  • This reductant precursor solution is a liquid additive.
  • a particularly frequently used reducing agent precursor solution is urea-water solution.
  • a 32.5 percent urea-water solution is available under the trade name AdBlue®.
  • the invention relates to a device for providing a liquid additive which has at least one PTC heating element which is adapted to melt frozen fluid additive in the device, wherein the at least one PTC heating element of the device is accommodated on both sides by a two-part heat conduction structure a voltage source is connected to the two-part heat conduction structure so that electric current can be conducted from the one heat conduction structure on one side of the PTC heating element through the PTC heating element to the heat conduction structure on the other side of the PTC heating element.
  • the device is preferably used in a tank as a mounting unit.
  • the device preferably has a housing and is arranged on the tank bottom of the tank.
  • the device has a suction point at which liquid additive (in particular urea-water solution) can be removed from the tank.
  • the device preferably has a line connection to which a metering line for providing the liquid additive can be connected.
  • a channel runs from the suction point to the line connection through the device.
  • a pump is arranged, with which the liquid additive can be promoted.
  • the device has several PTC heating elements.
  • the PTC heating elements are connected with a heat-conducting structure to the housing of the tank. In the tank is located around the device around a start volume of liquid additive.
  • the PTC heating elements are configured to heat liquid additive in the starting volume through the housing of the device.
  • the heat conduction structure is preferably applied over a large area to the housing so that the liquid in the tank can be effectively heated by means of the at least one PTC heating element.
  • the PTC heating elements (and usually also the pump of the device) are supplied from a voltage source of the device via electrical conductors with electrical current and an electrical voltage.
  • a filter is optionally arranged, which limits the starting volume between the filter and the housing and the suction point obscured, so that the liquid additive is filtered during removal from the tank with the filter.
  • Outside the housing and outside of the filter is optionally arranged a further coarse filter, which can prevent damage to the filter.
  • the liquid additive inside the tank (outside the coarse filter) has a temperature. This temperature is an operating parameter of the device that can be taken into account in the implementation of the method.
  • connection of the at least one PTC heating element of the device to a heat-conducting structure of the device.
  • the at least one PTC heating element of the device is accommodated on both sides by a two-part heat conduction structure, so that the heat from the PTC heating element is transmitted as effectively as possible to the housing or to the liquid additive.
  • a voltage source is connected via electrical conductors to the two-part heat conduction structure so that the electrical current can be conducted from the one heat conduction structure on one side of the PTC heating element through the PTC heating element to the heat conduction structure on the other side of the PTC heating element.
  • the (two-part) heat conduction structure thus forms, at least in sections, electrical conductors for contacting the at least one PTC heating element.
  • spacer elements between the two parts of the two-part heat conduction structure are further arranged so that on the one hand, the individual parts of the two-part heat conduction, or the two bossleit Jardinen are electrically insulated from each other and on the other hand, a thermally conductive bridge between the two parts of the two-part heat conduction structure or at - exist the varnishleit Modellen.
  • the spacer elements thus ensure that the heat from the heat-conducting structure, which is arranged on the side facing away from the housing side of the PTC heating element, can be dissipated towards the housing.
  • the heat conduction structure is preferably made of metal and most preferably of aluminum, because aluminum has a high thermal conductivity with low weight.
  • the device is advantageous if the spacer elements form a thermally conductive bridge between the two parts of the two-part heat conduction structure.
  • a two-sided heat dissipation of the at least one PTC heating element to both parts of the two-part heat conduction structure is possible, wherein a heat exchange between the two parts of the heat conduction structure can occur.
  • This heat exchange allows a heat balance when the heat flow from the two parts of the heat conduction structure is different.
  • the device has a housing which is inserted in a tank for the liquid additive, wherein the housing is free of liquid additive and in the housing is the at least one PTC heating element and the two-part heat conduction structure.
  • the housing is insulated from the tank liquid-tight.
  • the device when the heat conduction structure is applied over a large area of the housing.
  • a (first) part of the heat conduction structure is preferably flat and abuts against an inner surface of the wall of the housing of the device.
  • the housing of the device is preferably cylindrically shaped. The inner surface thus preferably forms an inner peripheral surface.
  • a (second) part of the heat-conducting structure is preferably also flat and abuts against an upper wall of the housing of the device.
  • the second part of the heat-conducting structure preferably has arm-like sections, which are formed at least in sections parallel to the first part of the heat-conducting structure.
  • PTC heating elements are arranged between the arm-like sections of the second part of the heat-conducting structure and the first part of the heat-conducting structure.
  • thermally conductive connections are arranged between the first part of the heat structure and the second part of the heat-conducting structure.
  • thermally conductive compounds may be, for example, spacer elements which are arranged next to the PTC heating elements.
  • the device is also advantageous if a pump is arranged in the housing, which is connected to a suction point and a line connection via a channel, wherein liquid additive can be removed from the tank at the suction point and a feed line at the line connection can be connected to provide the liquid additive.
  • the housing despite the fact that a pump is disposed therein, is referred to as a "dry" housing, because in the housing itself, the liquid additive is not circulated freely and the housing is thus dry.
  • the liquid additive is within the housing in the channel and
  • a motor vehicle is proposed which comprises an internal combustion engine, an exhaust gas treatment device for cleaning the exhaust gases of the combustion engine and a fiction, contemporary device for providing a liquid additive for the exhaust treatment device has.
  • an SCR catalyst is preferably arranged, with which the method of selective catalytic reduction can be carried out.
  • the device described is preferably connected to a metering line.
  • This feed line leads to an adding device, with which the liquid additive can be supplied to the exhaust gas treatment device.
  • the adding device preferably has a nozzle which finely atomises the liquid additive in the exhaust gas treatment device (optionally with the aid of a pressure medium such as air) and / or an injector with which the liquid additive can be metered.
  • the injector may be, for example, an electrically opening and closing valve.
  • Fig. 1 a motor vehicle with a device
  • FIG. 2 shows a tank with a device
  • FIG. 3 a connection of a PTC heating element to a heat conduction structure
  • FIG. 4 shows another view of the connection according to FIG. 3, FIG.
  • FIG. 6 shows a three-dimensional representation of a two-part heat conduction structure
  • FIG. 7 is a detailed view of the tank of FIG. 2.
  • FIG. 1 shows a motor vehicle 16, comprising an internal combustion engine 17 and an exhaust gas treatment device 18 for cleaning the exhaust gases 19 of the combustion engine 17.
  • an SCR catalyst is provided as the exhaust gas purification component 21.
  • an adding device 20 is arranged, with which the liquid additive 3 of the exhaust gas purification component 21 can be supplied.
  • the adding device 20 is supplied by a device 2 via a metering line 22 with liquid additive 3 from a tank 23.
  • the liquid additive 3 has a temperature 34, which is here marked by way of example in the tank 23.
  • the device 2 is arranged in an environment (eg in the vicinity of the fuel tank of the motor vehicle), the environment having an ambient temperature 35, which is here marked outside the tank 23 by way of example.
  • Fig. 2 shows a tank 23 in a side view, in which a device 2 is used as a mounting unit.
  • the device 2 has a housing 26 and is arranged on the tank bottom 27 of the tank 23.
  • the device 2 has a suction point 29, at which liquid additive 3 (in particular urea-water solution) can be removed from the tank 23.
  • the device 2 has a line connection 28, to which a metering line 22 for providing the liquid additive 3 can be connected. From the suction point 29 to the line connection 28 extends through the device 2, a channel 36.
  • a pump 25 is arranged, with which the liquid additive 3 can be promoted.
  • the device 2 has a plurality of PTC heating elements 1.
  • the PTC heating elements 1 are connected to the housing 26 of the tank 23 with a heat-conducting structure 24.
  • the tank 23 is located around the device 2 around a start volume of liquid additive 3.
  • the PTC heating elements 1 are adapted to heat liquid additive 3 in the starting volume through the housing 26 of the device 2 therethrough.
  • the PTC heating elements 1 (and the pump 25) are supplied by a voltage source 5 of the device 2 via electrical conductors 4 with electric current 10 and an electrical voltage 31.
  • a filter 30 is optionally arranged, which limits the starting volume between the filter 30 and housing 26 and conceals the suction point 29, so that the liquid additive 3 in the removal from the tank
  • the liquid additive 3 within the tank 23 (outside of the coarse filter 32) has a temperature 34.
  • This temperature 34 is an operating parameter 14 of the device 2, which can be taken into account in the implementation of the method.
  • 3 shows an advantageous connection of a PTC heating element 1 to a heat-conducting structure 24. Shown is a wall portion of the housing 26 of the device 2 in a view from above (see side view in Fig. 2).
  • a PTC heating element 1 is accommodated on both sides by a two-part heat-conducting structure 24, so that the heat from the PTC heating element 1 is transmitted as effectively as possible to the housing 26 or to the liquid additive 3.
  • a voltage source 5 is via electrical conductors 4 with the two-part heat conduction structure
  • spacer elements 13 are arranged between the two-part heat-conducting structure 24, so that on the one hand the individual heat-conducting structures 24 are electrically insulated from one another and, on the other hand, a thermally conductive bridge exists between the heat-conducting structures 24. The spacer elements 13 thus ensure that the heat of the heat conduction structure 24, which is arranged on the side facing away from the housing 26 side of the PTC heating element 1, can be discharged towards the housing 26.
  • FIG. 4 shows a side view of the connection according to FIG. 4 along the section line V indicated in FIG. 4.
  • the heat-conducting structure 24 is arranged in the vicinity of the housing 26 within the device 2.
  • the housing 26 is connected to the tank bottom 27.
  • Fig. 5 shows a view from below into the housing 26 of a device 2.
  • a peripheral wall 6 of the housing 26 and an upper wall 7 of the housing 26 can be seen accordingly.
  • a first part 8 of the heat-conducting structure 24 is applied on the peripheral wall 6 .
  • On the upper wall 6 is a second part 9 of the heat conduction structure.
  • the second part 9 of the heat-conducting structure 24 has arms 10 which extend at least in sections parallel to the first part 8 of the heat-conducting structure 24.
  • PTC heating elements 1 are arranged between the arms 10 of the second part 9 and the first part 8 PTC heating elements 1 are arranged.
  • spacer elements 13 are arranged between the arms 10 of the second part 9 and the first part 8.
  • Also indicated in FIG. 5 are a pump 25 of the device and a channel 36, via which the pump 25 sucks in the liquid additive at a suction point 29.
  • FIG. 6 shows a three-dimensional view of the two-part heat-conducting structure 24 with a first part 8 and a second part 9.
  • FIG. 7 shows a detailed view of the tank 23 from FIG. 2 with a device 1. Going beyond the disclosure of FIG. 4, it can be seen here that the heat-conducting structure 24 is designed in two parts with a first part 8 and a second part 9.
  • the invention makes possible a particularly advantageous operation of a device for providing a liquid additive.
  • a functional test of the heat-conducting connection of PTC heating elements 1 to heat conducting structures 24 and / or housing 26 is possible.
  • it can be determined whether, if necessary, rework or repairs (possibly also a replacement of the device) are necessary.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (2) zur Bereitstellung eines flüssigen Additivs (3), aufweisend mindestens ein PTC-Heizelement (1), welches dazu eingerichtet ist, eingefrorenes flüssiges Additiv (3) in der Vorrichtung (2) aufzuschmelzen; wobei das mindestens eine PTC-Heizelement (1) der Vorrichtung (2) beidseitig von einer zweigeteilten Wärmeleitstruktur (24) aufgenommen ist, wobei eine Spannungsquelle (5) mit der zweigeteilten Wärmeleitstruktur (24) derart verbunden ist, dass elektrischer Strom von der einen Wärmeleitstruktur (24) auf einer Seite des PTC-Heizelements (1) durch das PTC-Heizelement hindurch zur der anderen Wärmeleitstruktur (24) auf der anderen Seite des PTC-Heizelements (1) geleitet werden kann.

Description

Vorrichtung zur Bereitstellung eines flüssigen Additivs
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bereitstellung eines flüssigen Additivs. Vorrichtungen zur Bereitstellung eines flüssigen Additivs finden beispiels- weise im Kraftfahrzeugbereich Anwendung, um einer Abgasbehandlungsvorrichtung zur Reinigung der Abgase einer Verbrennungskraftmaschine des Kraftfahrzeugs ein flüssiges Additiv zuzuführen. Abgasbehandlungsvorrichtungen, bei denen zur Reinigung von Abgasen ein flüssiges Additiv verwendet wird, sind weit verbreitet. Ein besonders häufig in derartigen Abgasbehandlungsvorrichtungen durchgeführtes Abgasreinigungsverfahren ist das Verfahren der selektiven kataly- tischen Reduktion (SCR- Verfahren; SCR = Selective Catalytic Reduction). Bei diesem Verfahren werden Stickstoffoxidverbindungen im Abgas unter Zuhilfenahme eines Reduktionsmittels reduziert. Als Reduktionsmittel wird dabei typischerweise Ammoniak verwendet. Die Abgasbehandlungsvorrichtung weist typi- scherweise einen SCR- Katalysator auf, an dem die Stickstoffoxidverbindungen im Abgas mit Hilfe des Ammoniaks reduziert werden. Ammoniak wird in Kraftfahrzeugen regelmäßig nicht direkt bevorratet, sondern in Form einer Reduktionsmittelvorläuferlösung gespeichert. Diese Reduktionsmittelvorläuferlösung ist ein flüssiges Additiv. Eine besonders häufig eingesetzte Reduktionsmittelvorläuferlö- sung ist Harnstoff-Wasser-Lösung. Eine 32,5-prozentige Harnstoff- Wasser- Lösung ist unter dem Handelsnamen AdBlue® erhältlich.
Beim Betriebsstart einer solchen Vorrichtung ist problematisch, dass diese flüssigen Additive bei niedrigen Temperaturen einfrieren können. Die oben beschriebe- ne Harnstoff- Wasser- Lösung friert beispielsweise bei -11 °C ein. Derart niedrige Temperaturen können insbesondere während einer langen Stillstandsphase des Kraftfahrzeugs auftreten. Nach einer langen Stillstandsphase kann es passieren, dass das flüssige Additiv in der Vorrichtung vollständig eingefroren ist. Die Vorrichtung kann dann zunächst kein flüssiges Additiv bereitstellen. Es ist bekannt, dass Vorrichtungen zur Bereitstellung von flüssigem Additiv ein Heizungssystem aufweisen, um eingefrorenes flüssiges Additiv aufzuschmelzen, so dass zeitnah beim Betriebsstart eine Bereitstellung von flüssigem Additiv möglich ist. Als Heizung für derartige Vorrichtungen werden insbesondere PTC-Heizelemente (PTC = Positive Temperature Coefficient) vorgeschlagen. PTC-Heizelemente sind elektrische Heizelemente, die durch einen hindurchfließenden elektrischen Strom erwärmt werden. Sie haben die zusätzliche Eigenschaft, dass sich der elektrische Widerstand für den Strom bei steigender Temperatur erhöht. So wird erreicht, dass sich der elektrische Strom bei hohen Temperaturen automatisch verringert. Durch die Verringerung des elektrischen Stroms verringert sich auch die Heizleistung. Dies stellt einen automatischen Schutz eines PTC-Heizelementes gegen Überhitzen dar.
Bei diesen Vorrichtungen mit PTC-Heizelementen ist eine unzureichende Ableitung der Wärme von dem PTC-Heizelement problematisch, da sich das PTC- Heizelement in kurzer Zeit auf eine hohe Temperatur erwärmt und im Folgenden nur noch einen geringen elektrischen Strom leitet. Die Heizleistung wird damit in kurzer Zeit selbstregelnd begrenzt, so dass die gewünschte Heizfunktion in nur noch geringem Maß erfüllt wird.
Hiervon ausgehend ist es daher Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung, die im Zusammenhang mit dem Stand der Technik geschilderten technischen Probleme zu lösen bzw. zumindest zu lindern. Es soll insbesondere eine besonders vorteilhafte Vorrichtung mit mindestens einem PTC-Heizelementes vorgeschlagen werden. Diese Aufgaben werden gelöst mit einer Vorrichtung gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängig formulierten Patentansprüchen angegeben. Die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in beliebiger, technologisch sinnvoller, Weise miteinander kombinierbar und können durch erläuternde Sachverhalte aus der Beschreibung ergänzt werden, wobei weitere Ausführungs Varianten der Erfindung aufgezeigt werden. Es wird eine Vorrichtung zur Bereitstellung eines flüssigen Additivs vorgeschlagen, die mindestens ein PTC-Heizelement aufweist, welches dazu eingerichtet ist, eingefrorenes flüssiges Additiv in der Vorrichtung aufzuschmelzen, wobei das mindestens eine PTC-Heizelement der Vorrichtung beidseitig von einer zweigeteilten Wärmeleitstruktur aufgenommen ist, wobei eine Spannungsquelle mit der zweigeteilten Wärmeleitstruktur derart verbunden ist, dass elektrischer Strom von der einen Wärmeleitstruktur auf einer Seite des PTC-Heizelements durch das PTC-Heizelement hindurch zur Wärmeleitstruktur auf der anderen Seite des PTC- Heizelements geleitet werden kann..
Die Vorrichtung ist vorzugsweise in einen Tank als Einbaueinheit eingesetzt. Die Vorrichtung hat vorzugsweise ein Gehäuse und ist am Tankboden des Tanks angeordnet. Die Vorrichtung weist insbesondere eine Ansaugstelle auf, an der flüs- siges Additiv (insbesondere Harnstoff -Wasser- Lösung) aus dem Tank entnommen werden kann. Darüber hinaus weist die Vorrichtung vorzugsweise einen Leitungsanschluss auf, an welchen eine Zugabeleitung zur Bereitstellung des flüssigen Additivs angeschlossen werden kann. Üblicherweise verläuft von der Ansaugstelle zu dem Leitungsanschluss durch die Vorrichtung ein Kanal. In dem Kanal ist eine Pumpe angeordnet, mit der das flüssige Additiv gefördert werden kann. Die Vorrichtung weist mehrere PTC-Heizelemente auf. Die PTC-Heizelemente sind mit einer Wärmeleitstruktur an das Gehäuse des Tanks angebunden. In dem Tank befindet sich um die Vorrichtung herum ein Startvolumen von flüssigem Additiv. Die PTC-Heizelemente sind dazu eingerichtet, flüssiges Additiv in dem Startvo- lumen durch das Gehäuse der Vorrichtung hindurch aufzuheizen. Die Wärmeleitstruktur liegt dazu vorzugsweise großflächig an dem Gehäuse an, damit die Flüssigkeit in dem Tank mit Hilfe des mindestens einen PTC-Heizelementes effektiv aufgeheizt werden kann. Die PTC-Heizelemente (und üblicherweise auch die Pumpe der Vorrichtung) werden von einer Spannungsquelle der Vorrichtung über elektrische Leiter mit elektrischem Strom und einer elektrischen Spannung versorgt. Außen um das Gehäuse herum ist optional noch ein Filter angeordnet, der das Startvolumen zwischen Filter und Gehäuse begrenzt und die Ansaugstelle verdeckt, so dass das flüssige Additiv bei der Entnahme aus dem Tank mit dem Filter gefiltert wird. Außen um das Gehäuse und außerhalb des Filters ist optional ein weiterer Grobfilter angeordnet, der Beschädigungen des Filters verhindern kann. Das flüssige Additiv innerhalb des Tanks (außerhalb des Grobfilters) weist eine Temperatur auf. Diese Temperatur ist ein Betriebsparameter der Vorrichtung, der bei der Durchführung des Verfahrens berücksichtigt werden kann.
Besonders wichtig für die beschriebene Vorrichtung ist die Anbindung des mindestens einen PTC-Heizelementes der Vorrichtung an eine Wärmeleitstruktur der Vorrichtung.
Das mindestens eine PTC-Heizelement der Vorrichtung ist beidseitig von einer zweigeteilten Wärmeleitstruktur aufgenommen, so dass die Wärme von dem PTC- Heizelement möglichst effektiv an das Gehäuse bzw. an das flüssige Additiv wei- tergeleitet wird.
Vorzugsweise ist eine Spannungsquelle über elektrische Leiter mit der zweigeteilten Wärmeleitstruktur verbunden, so dass der elektrische Strom von der einen Wärmeleitstruktur auf der einen Seite des PTC-Heizelements durch das PTC- Heizelement hindurch zur Wärmeleitstruktur auf der anderen Seite des PTC- Heizelements geleitet werden kann. Die (zweiteilige) Wärmeleitstruktur bildet also zumindest abschnittsweise elektrische Leiter zur Kontaktierung des mindestens einen PTC-Heizelementes aus. Durch diese Anordnung der elektrischen Leiter wird eine effektive Nutzung des PTC-Materials des PTC-Heizelements mög- lieh und gleichzeitig eine effektive Wärmeableitung von dem mindestens einen PTC-Heizelement weg erreicht.
Vorzugsweise sind weiterhin Distanzelemente zwischen den beiden Teilen der zweigeteilten Wärmeleitstruktur angeordnet, so dass einerseits die einzelnen Teile der zweiteiligen Wärmeleitstruktur, bzw. die beiden Wärmeleitstrukturen voneinander elektrisch isoliert sind und andererseits aber eine thermisch leitende Brücke zwischen den beiden Teilen der zweiteiligen Wärmeleitstruktur bzw. den bei- den Wärmeleitstrukturen existieren. Die Distanzelemente stellen damit sicher, dass auch die Wärme von der Wärmeleitstruktur, die auf der von dem Gehäuse abgewandten Seite des PTC-Heizelements angeordnet ist, hin zum Gehäuse abgeführt werden kann.
Die Wärmeleitstruktur ist vorzugsweise aus Metall und ganz besonders bevorzugt aus Aluminium, weil Aluminium eine hohe Wärmeleitfähigkeit bei gleichzeitig geringem Gewicht hat. Vorteilhaft ist die Vorrichtung, wenn die Distanzelemente eine thermisch leitende Brücke zwischen den beiden Teilen der zweiteiligen Wärmeleitstruktur bilden.
Damit ist eine beidseitige Wärmeabfuhr von dem mindestens einen PTC- Heizelement zu beiden Teilen der zweiteiligen Wärmeleitstruktur möglich, wobei ein Wärmeaustausch zwischen den beiden Teilen der Wärmeleitstruktur auftreten kann. Dieser Wärmeaustausch ermöglicht einen Wärmeausgleich, wenn der Wär- meabfluss von den beiden Teilen der Wärmeleitstruktur unterschiedlich groß ist.
Außerdem vorteilhaft ist es, wenn die Vorrichtung ein Gehäuse aufweist, welches in einem Tank für das flüssige Additiv eingesetzt ist, wobei das Gehäuse frei von flüssigem Additiv ist und sich in dem Gehäuse das mindestens eine PTC- Heizelement und die zweiteilige Wärmeleitstruktur befindet. Vorzugsweise ist das Gehäuse gegenüber dem Tank flüssigkeitsdicht isoliert. Außerdem vorteilhaft ist die Vorrichtung, wenn die Wärmeleitstruktur großflächig an dem Gehäuse anliegt. Ein (erster) Teil der Wärmeleitstruktur ist bevorzugt flächig ausgeführt und liegt an einer Innenfläche der Wandung des Gehäuses der Vorrichtung an. Das Gehäuse der Vorrichtung ist vorzugsweise zylindrisch geformt. Die Innenfläche bildet damit vorzugsweise eine Innenumfangsfläche.
Ein (zweiter) Teil der Wärmeleitstruktur ist vorzugsweise ebenfalls flächig ausgeführt und liegt an einer oberen Wandung des Gehäuses der Vorrichtung an. Der zweite Teil der Wärmeleitstruktur hat vorzugsweise armartige Abschnitte, die zumindest abschnittsweise parallel zu dem ersten Teil der Wärmeleitstruktur ausgebildet sind. PTC-Heizelemente sind zwischen den armartigen Abschnitten des zweiten Teils der Wärmeleitstruktur und dem ersten Teil der Wärmeleitstruktur angeordnet.
Eine Wärmeabgabe an das Gehäuse ist dabei sowohl über den ersten Teil der Wärmeleitstruktur als auch über den zweiten Teil der Wärmeleitstruktur möglich. Je nachdem, wie hoch der Füllstand des flüssigen Additivs im Tank ist, ist die obere Wandung des Gehäuses mit flüssigem Additiv benetzt oder nicht. Ein signifikanter Abfluss von Wärme über den zweiten Teil der Wärmeleitstruktur ist nur zu erwarten, wenn die obere Wandung mit flüssigem Additiv benetzt ist. Um die Wärme zwischen dem ersten Teil der Wärmeleitstruktur und dem zweiten Teil der Wärmeleitstruktur immer richtig zu verteilen, sind wärmeleitfähige Verbindungen zwischen dem ersten Teil der Wärmeleistruktur und dem zweiten Teil der Wärmeleitstruktur angeordnet. Diese wärmeleitfähigen Verbindungen können beispielsweise Distanzelemente sein, die neben den PTC-Heizelementen angeordnet sind.
Außerdem vorteilhaft ist die Vorrichtung, wenn in dem Gehäuse eine Pumpe an- geordnet ist, die über einen Kanal mit einer Ansaugstelle und einem Leitungsan- schluss verbunden ist, wobei an der Ansaugstelle flüssiges Additiv aus dem Tank entnommen werden kann und an dem Leitungsanschluss eine Zugabeleitung zur Bereitstellung des flüssigen Additivs angeschlossen werden kann. Das Gehäuse wird trotz der Tatsache, dass darin eine Pumpe angeordnet ist, als „trockenes" Gehäuse bezeichnet, weil in dem Gehäuse selbst das flüssige Additiv nicht frei zirkuliert und das Gehäuse damit trocken ist. Das flüssige Additiv ist innerhalb des Gehäuses in dem Kanal und in der Pumpe geführt. Zudem wird ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, das eine Verbrennungskraftmaschine, eine Abgasbehandlungsvorrichtung zur Reinigung der Abgase der Ver- brennung skraftmaschine und eine erfindungs gemäße Vorrichtung zur Bereitstellung eines flüssigen Additivs für die Abgasbehandlungsvorrichtung aufweist.
In der Abgasbehandlungsvorrichtung ist vorzugsweise ein SCR-Katalysator ange- ordnet, mit dem das Verfahren der selektiven katalytischen Reduktion durchgeführt werden kann. Die beschriebene Vorrichtung ist vorzugsweise an eine Zugabeleitung angeschlossen. Diese Zugabeleitung führt zu einer Zugabevorrichtung, mit der das flüssige Additiv der Abgasbehandlungsvorrichtung zugeführt werden kann. Die Zugabevorrichtung hat dazu vorzugsweise eine Düse, die das flüssige Additiv in der Abgasbehandlungsvorrichtung (ggf. mit Hilfe eines Druckmediums wie Luft) fein zerstäubt und/oder einen Injektor, mit dem das flüssige Additiv dosiert werden kann. Der Injektor kann beispielsweise ein elektrisch öffnendes und schließendes Ventil sein. Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele, auf die die Erfindung jedoch nicht begrenzt ist. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größen Verhältnisse nur schematisch sind. Es zeigen:
Fig. 1: ein Kraftfahrzeug mit einer Vorrichtung;
Fig. 2: einen Tank mit einer Vorrichtung; Fig. 3: eine Anbindung eines PTC-Heizelementes an eine Wärmeleitstruktur;
Fig. 4: eine andere Ansicht der Anbindung gemäß Fig. 3,
Fig. 5: Eine Ansicht in das Gehäuse einer Vorrichtung von unten,
Fig. 6: dreidimensionale Darstellung einer zweiteiligen Wärmeleitstruktur, und Fig. 7: eine detaillierte Ansicht des Tanks aus Fig. 2.
Fig. 1 zeigt ein Kraftfahrzeug 16, aufweisend eine Verbrennungskraftmaschine 17 und eine Abgasbehandlungsvorrichtung 18 zur Reinigung der Abgase 19 der Verbrennung skraftmaschine 17. In der Abgasbehandlungsvorrichtung 18 ist ein SCR- Katalysator als Abgasreinigungskomponente 21 vorgesehen. An der Abgasbehandlung s Vorrichtung 18 ist eine Zugabevorrichtung 20 angeordnet, mit der das flüssige Additiv 3 der Abgasreinigungskomponente 21 zugeführt werden kann. Die Zugabevorrichtung 20 wird von einer Vorrichtung 2 über eine Zugabeleitung 22 mit flüssigem Additiv 3 aus einem Tank 23 versorgt. Das flüssige Additiv 3 weist eine Temperatur 34 auf, die hier beispielhaft in dem Tank 23 markiert ist. Die Vorrichtung 2 ist in einer Umgebung angeordnet (z. B. in der Nähe des Kraftstofftanks des Kraftfahrzeuges), wobei die Umgebung eine Umgebungstemperatur 35 aufweist, die hier beispielhaft außerhalb des Tanks 23 markiert ist. In der Vorrichtung 2 sind unter anderem PTC-Heizelemente (hier nicht gezeigt) angeordnet, die über elektrische Leiter 4 mit einer Spannungsquelle 5 verbunden sind. Die Vorrichtung 2 ist mit einer Überwachungseinheit 15 verbunden. Fig. 2 zeigt einen Tank 23 in einer Seitenansicht, in dem eine Vorrichtung 2 als Einbaueinheit eingesetzt ist. Die Vorrichtung 2 hat ein Gehäuse 26 und ist am Tankboden 27 des Tanks 23 angeordnet. Die Vorrichtung 2 weist eine Ansaugstelle 29 auf, an der flüssiges Additiv 3 (insbesondere Harnstoff- Wasser-Lösung) aus dem Tank 23 entnommen werden kann. Darüber hinaus weist die Vorrichtung 2 einen Leitungsanschluss 28 auf, an welchen eine Zugabeleitung 22 zur Bereitstellung des flüssigen Additivs 3 angeschlossen werden kann. Von der Ansaugstelle 29 zu dem Leitungsanschluss 28 verläuft durch die Vorrichtung 2 ein Kanal 36. In dem Kanal 36 ist eine Pumpe 25 angeordnet, mit der das flüssige Additiv 3 gefördert werden kann. Die Vorrichtung 2 weist mehrere PTC-Heizelemente 1 auf. Die PTC-Heizelemente 1 sind mit einer Wärmeleitstruktur 24 an das Gehäuse 26 des Tanks 23 angebunden. In dem Tank 23 befindet sich um die Vorrichtung 2 herum ein Startvolumen von flüssigem Additiv 3. Die PTC-Heizelemente 1 sind dazu eingerichtet, flüssiges Additiv 3 in dem Startvolumen durch das Gehäuse 26 der Vorrichtung 2 hindurch aufzuheizen. Die PTC-Heizelemente 1 (und die Pumpe 25) werden von einer Spannungsquelle 5 der Vorrichtung 2 über elektrische Leiter 4 mit elektrischem Strom 10 und einer elektrischen Spannung 31 versorgt. Außen um das Gehäuse 26 herum ist optional noch ein Filter 30 angeordnet, der das Startvolumen zwischen Filter 30 und Gehäuse 26 begrenzt und die Ansaugstelle 29 verdeckt, so dass das flüssige Additiv 3 bei der Entnahme aus dem Tank
23 mit dem Filter 30 gefiltert wird. Außen um das Gehäuse 26 und außerhalb des Filters 30 ist optional ein weiterer Grobfilter 32 angeordnet, der Beschädigungen des Filters 30 verhindern kann. Das flüssige Additiv 3 innerhalb des Tanks 23 (außerhalb des Grobfilters 32) weist eine Temperatur 34 auf. Diese Temperatur 34 ist ein Betriebsparameter 14 der Vorrichtung 2, der bei der Durchführung des Verfahrens berücksichtigt werden kann. Fig. 3 zeigt eine vorteilhafte Anbindung eines PTC-Heizelementes 1 an eine Wärmeleitstruktur 24. Dargestellt ist ein Wandabschnitt des Gehäuses 26 der Vorrichtung 2 in einer Ansicht von oben (vgl. Seitenansicht in Fig. 2). Ein PTC- Heizelement 1 ist beidseitig von einer zweigeteilten Wärmeleitstruktur 24 aufgenommen, so dass die Wärme von dem PTC-Heizelement 1 möglichst effektiv an das Gehäuse 26 bzw. an das flüssige Additiv 3 weitergeleitet wird. Eine Spannungsquelle 5 ist über elektrische Leiter 4 mit der zweigeteilten Wärmeleitstruktur
24 verbunden, so dass der elektrische Strom 10 von der einen Wärmeleitstruktur 24 auf der einen Seite des PTC-Heizelements 1 durch das PTC-Heizelement 1 hindurch zur Wärmeleitstruktur 24 auf der anderen Seite des PTC-Heizelements 1 geleitet wird. Durch diese Anordnung der elektrischen Leiter 4 wird eine effektive Nutzung des PTC-Materials des PTC-Heizelements 1 möglich und gleichzeitig eine effektive Wärmeableitung erreicht. Weiterhin sind Distanzelemente 13 zwischen der zweigeteilten Wärmeleitstruktur 24 angeordnet, so dass einerseits die einzelnen Wärmeleitstrukturen 24 voneinander elektrisch isoliert sind und ande- rerseits aber eine thermisch leitende Brücke zwischen den Wärmeleitstrukturen 24 existiert. Die Distanzelemente 13 stellen damit sicher, dass auch die Wärme von der Wärmeleitstruktur 24, die auf der von dem Gehäuse 26 abgewandten Seite des PTC-Heizelements 1 angeordnet ist, hin zum Gehäuse 26 abgeführt werden kann.
Fig. 4 zeigt eine Seitenansicht der Anbindung gemäß Fig. 4 entlang der in Fig. 4 angedeuteten Schnittlinie V. Die Wärmeleitstruktur 24 ist in der Nähe des Gehäuses 26 innerhalb der Vorrichtung 2 angeordnet. Das Gehäuse 26 ist an den Tankboden 27 angebunden.
Fig. 5 zeigt eine Ansicht von unten in das Gehäuse 26 einer Vorrichtung 2. Eine Umfangswandung 6 des Gehäuses 26 und eine obere Wand 7 des Gehäuses 26 sind entsprechend zu erkennen. An der Umfangswand 6 liegt ein erster Teil 8 der Wärmeleitstruktur 24 an. An der oberen Wand 6 liegt ein zweiter Teil 9 der Wärmeleitstruktur an. Der zweite Teil 9 der Wärmeleitstruktur 24 hat Arme 10, die zumindest abschnittsweise parallel zum ersten Teil 8 der Wärmeleitstruktur 24 verlaufen. Zwischen den Armen 10 des zweiten Teils 9 und dem ersten Teil 8 sind PTC-Heizelemente 1 angeordnet. Zusätzlich sind zwischen den Armen 10 des zweiten Teils 9 und dem ersten Teil 8 Distanzelemente 13 angeordnet. In Fig. 5 ebenfalls angedeutet sind eine Pumpe 25 der Vorrichtung sowie ein Kanal 36, über welchen die Pumpe 25 das flüssige Additiv an einer Ansaugstelle 29 ansaugt.
Fig. 6 zeigt eine dreidimensionale Ansicht der zweiteiligen Wärmeleitstruktur 24 mit einem ersten Teil 8 und einem zweiten Teil 9.
Fig. 7 zeigt eine detaillierte Ansicht des Tanks 23 aus Fig. 2 mit einer Vorrichtung 1. Über die Offenbarung der Fig. 4 hinausgehend ist hier zu erkennen, dass die Wärmeleitstruktur 24 zweiteilig mit einem ersten Teil 8 und einem zweiten Teil 9 ausgeführt ist.
Durch die Erfindung wird ein besonders vorteilhafter Betrieb einer Vorrichtung zur Bereitstellung von flüssigem Additiv möglich. Insbesondere ist eine Funktionsprüfung der wärmeleitenden Anbindung von PTC-Heizelementen 1 an Wärmeleitstrukturen 24 und/oder Gehäuse 26 möglich. Dadurch kann festgestellt wer- den, ob ggf. Nachbesserungen oder Reparaturen (möglicherweise auch ein Ersetzen der Vorrichtung) notwendig sind.
Bezugszeichenliste
1 PTC-Heizelement
2 Vorrichtung
3 Flüssiges Additiv
4 Elektrischer Leiter
5 Spannungsquelle
6 Umfangswand
7 obere Wand
8 erster Teil
9 zweiter Teil
10 Arm
13 Distanzelement
14 Betriebsparameter
15 Überwachungseinheit
16 Kraftf ahrzeug
17 Verbrennungskraftmaschine
18 Abgasbehandlungsvorrichtung
19 Abgas
20 Zugabevorrichtung
21 Abgasreinigungskomponente
22 Zugabeleitung
23 Tank
24 Wärmeleitstruktur
25 Pumpe
26 Gehäuse
27 Tankboden
28 Leitungsanschluss
29 Ansaugstelle
30 Filter Grobfilter
Temperatur
Umgebungstemperatur Kanal

Claims

Patentansprüche
Vorrichtung (2) zur Bereitstellung eines flüssigen Additivs (3), aufweisend mindestens ein PTC-Heizelement (1), welches dazu eingerichtet ist, eingefrorenes flüssiges Additiv (3) in der Vorrichtung (2) aufzuschmelzen, wobei das mindestens eine PTC-Heizelement (1) der Vorrichtung (2) beidseitig von einer zweigeteilten Wärmeleitstruktur (24) aufgenommen ist, wobei eine Spannungsquelle (5) mit der zweigeteilten Wärmeleitstruktur (24) derart verbunden ist, dass elektrischer Strom von der einen Wärmeleitstruktur (24) auf einer Seite des PTC-Heizelements (1) durch das PTC-Heizelement hindurch zur der anderen Wärmeleitstruktur (24) auf der anderen Seite des PTC-Heizelements (1) geleitet werden kann.
Vorrichtung (2) nach Anspruch 1, wobei die Spannungsquelle (5) über elektrische Leiter (4) mit der zweiteiligen Wärmeleitstruktur (24) verbunden ist.
Vorrichtung (2) nach Anspruch 1 oder 2, wobei Distanzelemente (13) zwischen den beiden Teilen der zweiteiligen Wärmeleitstruktur (24) angeordnet sind, so dass die einzelnen Teile der zweiteiligen Wärmeleitstruktur (24) voneinander elektrisch isoliert sind.
Vorrichtung (2) nach Anspruch 3, wobei die Distanzelemente (13) eine thermisch leitende Brücke zwischen den beiden Teilen der zweiteiligen Wärmeleitstruktur (24) bilden.
Vorrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung (2) ein Gehäuse (26) aufweist, welches in einem Tank (23) für das flüssige Additiv eingesetzt ist, welches frei von flüssigem Additiv (3) ist und in welchem sich das mindestens eine PTC-Heizelement (1) und die zweiteilige Wärmeleitstruktur (24) befindet. Vorrichtung (2) nach Anspruch 5, wobei die Wärmeleitstruktur (24) großflächig an dem Gehäuse (26) anliegt.
Vorrichtung (2) nach Anspruch 5 oder 6, wobei in dem Gehäuse (26) eine Pumpe (25) angeordnet ist, die über einen Kanal (36) mit einer Ansaugstelle (29) und einem Leitungsanschluss (28) verbunden ist, wobei an der Ansaugstelle (29) flüssiges Additiv (3) aus dem Tank (23) entnommen werden kann und an dem Leitungsanschluss (28) eine Zugabeleitung (22) zur Bereitstellung des flüssigen Additivs (3) angeschlossen werden kann.
Kraftfahrzeug (16), aufweisend eine Verbrennungskraftmaschine (17), eine Abgasbehandlungsvorrichtung (18) zur Reinigung der Abgase (19) der Verbrennung skraftmaschine (17) und eine Vorrichtung (2) nach einier der Patentansprüche 1 bis 7 zur Bereitstellung eines flüssigen Additivs (3) für die Abgasbehandlungsvorrichtung (18).
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