IT201800002868A1 - Serbatoio per una soluzione di urea di un veicolo - Google Patents

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Description

DESCRIZIONE
del brevetto per invenzione industriale dal titolo:
“SERBATOIO PER UNA SOLUZIONE DI UREA DI UN VEICOLO”
La presente invenzione è relativa ad un serbatoio di un veicolo pesante, in particolare ad un serbatoio per una soluzione di urea utilizzabile da un impianto di controllo delle emissioni di un motore diesel di un veicolo pesante.
Per ridurre le emissioni di inquinanti dei motori diesel è noto utilizzare una tecnica di abbattimento delle emissioni nota come “riduzione selettiva catalitica” o SCR. Tale tecnica si basa sull’iniezione nel flusso di gas combusti di una soluzione a base di urea che, tramite una reazione chimica, trasforma gli ossidi di azoto in azoto e acqua in forma elementare gassosa, abbattendo in modo significativo il livello di inquinanti dei motori diesel. Tale soluzione di urea, normalmente nota con il nome di ADBLUE ®, è normalmente contenuta in un serbatoio dedicato del veicolo.
La soluzione di urea viene convogliata nel flusso dei gas di scarico per mezzo di un circuito di distribuzione e, al fine di controllare la temperatura della soluzione di urea, viene mantenuta ad un livello controllato di temperatura per mezzo di un circuito di condizionamento.
Infatti, affinché tale reazione possa avvenire in modo efficace, è noto che la soluzione di urea debba avere una temperatura compresa tra -11° e 67° C, ovvero la temperatura di congelamento e la temperatura di disgregazione chimica, rispettivamente, dell’urea.
Il serbatoio contenente la soluzione di urea è posto all’aperto a diretto contatto degli agenti atmosferici, soprattutto dell’aria e del sole e dunque è sottoposto a notevoli sbalzi di temperatura.
Al fine di permettere il prelievo della soluzione di urea è noto utilizzare unità di aspirazione dell’urea parzialmente inserite nei serbatoi e collegate al circuito di raffreddamento del motore del veicolo. In tal modo le unità di aspirazione sono configurate per riscaldare la soluzione di urea contenuta nel serbatoio stesso, ad esempio durante il periodo invernale, per evitare il congelamento di quest’ultima utilizzando il ricircolo del liquido di raffreddamento del motore all’interno di quest’ultime.
Durante il periodo estivo o per situazioni in cui tale serbatoio sia per lungo tempo all’esposizione della luce solare, la soluzione di urea può riscaldarsi superando la suddetta soglia di 67° C.
Le unità di aspirazione prima menzionate non possono essere utilizzate per raffreddare la soluzione di urea, la quale può rischiare di superare anche solo per un breve periodo la suddetta soglia, degradandosi ed inficiando la sua efficacia nel processo chimico di abbattimento degli inquinanti.
E’ dunque sentita l’esigenza di mantenere il serbatoio per soluzione di urea all’interno di un intervallo di temperatura prefissato al fine di impedire la degradazione chimica dell’urea contenuta all’interno.
Scopo della presente invenzione è risolvere il problema tecnico sopra descritto in modo semplice ed economico.
Il suddetto scopo è raggiunto da un serbatoio per una soluzione di urea secondo la rivendicazione 1.
Per una migliore comprensione della presente invenzione, viene descritta nel seguito una forma preferita di attuazione, a titolo di esempio non limitativo e con riferimento ai disegni allegati, nei quali:
- la figura 1 è una vista prospettica di un veicolo industriale che comprende un serbatoio per una soluzione di urea secondo l’invenzione;
- la figura 2 è una vista prospettica schematica ed in scala ingrandita, del serbatoio di figura 1; e - la figura 3 è una vista schematica in sezione di una porzione del serbatoio di figura 2.
In figura 1, il numero di riferimento 1 indica un veicolo pesante di tipo noto, in particolare un autocarro a motore diesel. E’ tuttavia chiaro che tale esempio è descritto a titolo meramente esemplificativo e che il serbatoio della presente invenzione può essere utilizzato in qualsiasi ambito/veicolo.
Il veicolo 1 può comprendere un telaio 2 montato su almeno una coppia di ruote 3 ed atto a supportare una porzione anteriore 4 comprendente ad esempio la cabina di guida del veicolo 1 ed un motore (non illustrato) e a definire una zona di appoggio 2a per un rimorchio o un carico da trasportare.
Il veicolo 1 comprende un serbatoio 10 portato dal telaio 2 e configurato per alloggiare al suo interno una soluzione di urea atta ad essere utilizzata da un impianto per il controllo delle emissioni (non illustrato) del motore del veicolo 1.
Come illustrato in figura 2, il serbatoio 10 comprende almeno una parete esterna definente un volume interno 11 alla stessa configurato per lo stoccaggio della soluzione di urea. Preferibilmente il serbatoio 10 è di forma sostanzialmente a parallelepipedo e comprende una coppia di pareti rispettivamente superiore ed inferiore 12a, 12b, una coppia di pareti rispettivamente anteriore e posteriore 13a, 13b ed una coppia di pareti laterali 14. Le parti 12, 13 e 14 possono essere realizzate in materiale polimerico o metallico.
Il serbatoio 10 comprende almeno una luce 15 configurata per permettere il prelievo ed il riempimento della soluzione di urea. Vantaggiosamente la luce 15 permette l’alloggiamento di un’unità di aspirazione dell’urea 16 di tipo noto configurata per permettere contemporaneamente l’aspirazione/riempimento della soluzione di urea ed il riscaldamento della stessa in modo noto, tramite un collegamento fluidico con un circuito di raffreddamento del motore del veicolo 1.
Secondo la presente invenzione, il serbatoio 10 comprende un dispositivo di condizionamento 20 configurato per mantenere la soluzione di urea all’interno di un intervallo di temperatura prefissato tra una soglia minima e massima di temperatura, in particolar modo per mantenere la soluzione di urea al di sotto di una soglia massima di temperatura come maggiormente illustrato nel seguito.
Il dispositivo di condizionamento 20 è un dispositivo alimentato elettricamente in modo da generare un flusso di calore configurato per raffreddare la soluzione di urea. In particolare il dispositivo di condizionamento 20 può comprendere almeno una cella Peltier 21 fissata, ad esempio, ad una delle pareti del serbatoio 10, nel caso descritto è presente una singola cella Peltier 21 di forma sostanzialmente rettangolare fissata ad una delle pareti laterali 14 del serbatoio 10.
Come schematicamente illustrato in figura 3, la cella Peltier 21 comprende essenzialmente una prima parete 22, realizzata in materiale conduttivo, uno strato di connessione termoelettrico 22 di tipo noto ed una seconda parete 24 in materiale conduttivo.
Preferibilmente la prima parete 22 è posta all’interno della parete laterale 14 del serbatoio 10 a diretto contatto con la soluzione di urea. Vantaggiosamente, qualora il serbatoio 10 fosse realizzato in materiale plastico, tale prima parete 22 potrebbe essere costampata alla parete laterale 14.
. La seconda parete 24 è posta dalla parte opposta del materiale di connessione termoelettrico 22 in modo che tale materiale sia compreso tra la prima e la seconda parete 22, 24.
In modo vantaggioso, la cella Peltier 21 è alimentata elettricamente in modo che la prima piastra 22 si raffreddi e che la piastra 24 conseguentemente si scaldi, o viceversa.
La cella Peltier 21 può inoltre essere provvista di un dissipatore di calore 25 collegato alla seconda parete 24 e configurato per evitarne un eccessivo riscaldamento e dissiparne il calore verso l’ambiente. Il dissipatore di calore 25 può comprendere convenientemente uno scambiatore ad alette fissato alla seconda parete 24. La cella Peltier 21 può essere ulteriormente provvista di mezzi di ventilazione (non illustrati), ad esempio una ventola, configurata per aumentare l’efficacia del dissipatore di calore 25.
Il serbatoio 10 può inoltre comprendere un sensore 27 configurato per misurare una grandezza fisica della soluzione di urea ed inviare tale misura ad un’unità di controllo (non illustrata) del dispositivo di condizionamento 20. Tale unità di controllo è configurata per attivare il dispositivo di condizionamento 20 sulla base del valore misurato dal sensore 27.
Preferibilmente tale sensore 27 è un sensore di temperatura e l’unità di controllo è la centralina del veicolo 1. Vantaggiosamente il dispositivo di condizionamento può essere attivato quando il sensore misura una temperatura della soluzione di urea maggiore della temperatura di soglia massima compresa tra 40 e 55 °C, preferibilmente tra 45 e 50 °C, ad esempio 48°C. Inoltre il dispositivo può essere attivato quando il sensore misura una temperatura della soluzione di urea inferiore ad una soglia minima, preferibilmente minore di 10°C, ad esempio 5°C.
Il dispositivo di condizionamento 20 necessita un’alimentazione elettrica in tensione a 12 o 24 V, ad esempio tramite la batteria del veicolo stesso o una batteria autonoma. Tale alimentazione elettrica è fornita al dispositivo di condizionamento tramite connessioni elettriche, ad esempio una coppia di fili elettrici 29 configurati per connettere ciascuna delle piastre 22, 24 alla fonte di tensione.
Il funzionamento del serbatoio 10 secondo l’invenzione è il seguente.
Quando il sensore 27 rileva una temperatura della soluzione di urea superiore alla soglia massima prefissata, l’unità di controllo attiva il dispositivo di condizionamento 20 al fine di asportare calore dalla soluzione di urea.
In maggior dettaglio, l’unità di controllo attiva la tensione ai capi delle piastre 22, 24 della cella Peltier 21, ciascuna delle quali rispettivamente, grazie al cosiddetto effetto Peltier, si raffredda e si riscalda, asportando così calore alla soluzione di urea.
Tale azione viene mantenuta fintantoché la temperatura della soluzione di urea all’interno del serbatoio 10 non si abbassa al di sotto della temperatura di soglia massima prefissata o, preferibilmente, di un intervallo di gradi al di sotto della stessa.
Invertendo la polarità della tensione agente ai capi della cella Peltier 21 è inoltre possibile riscaldare la soluzione di urea contenuta all’interno del serbatoio 10.
In tal caso, quando il sensore 27 rileva una temperatura della soluzione di urea inferiore alla soglia minima prefissata, l’unità di controllo attiva il dispositivo di condizionamento 20 al fine di apportare calore dalla soluzione di urea.
In maggior dettaglio, l’unità di controllo attiva la tensione (di polarità inversa rispetto al caso precedentemente descritto) ai capi delle piastre 22, 24 della cella Peltier 21, ciascuna delle quali rispettivamente, grazie al noto effetto Peltier, si riscalda e si raffredda, apportando così calore alla soluzione di urea.
Tale azione viene mantenuta fintantoché la temperatura della soluzione di urea all’interno del serbatoio 10 non si riporta al di sopra della temperatura di soglia minima prefissata.
Nel caso di riscaldamento della soluzione di urea, è possibile inoltre combinare il funzionamento del dispositivo di condizionamento 20 con un’unità di aspirazione dell’urea 16 di tipo noto. Ad esempio l’unità di controllo potrebbe attivare il dispositivo di condizionamento 20 e, solo qualora la temperatura della soluzione di urea scendesse nuovamente sotto il livello di temperatura minimo prefissato, l’unità di controllo azionerebbe ulteriormente il riscaldamento della stessa tramite l’unità di aspirazione dell’urea 16, capace di riscaldare la soluzione di urea in modo considerevolmente maggiore.
Da quanto precede, risultano evidenti i vantaggi di un serbatoio 10 per una soluzione di urea secondo l’invenzione.
Il dispositivo di condizionamento 20 permette di mantenere la soluzione di urea contenuta all’interno del serbatoio 10 all’interno di un intervallo di temperatura controllato al fine di impedire la disgregazione chimica dell’urea ed il suo congelamento in modo semplice ed economico, a differenza dei circuiti di condizionamento di tipo noto configurati tipicamente solo per impedire il congelamento della soluzione di urea.
Il fatto che il dispositivo di condizionamento 20 generi un flusso di calore convertendo un’energia elettrica di alimentazione, in particolare attraverso almeno una cella Peltier, rende il dispositivo semplice, di facile utilizzo e manutenzione. E’ inoltre facile posizionare il dispositivo 20 su qualsiasi parete del serbatoio.
L’utilizzo di una cella Peltier permette inoltre, semplicemente invertendo la polarità dell’energia elettrica di alimentazione, di passare dal riscaldamento al raffreddamento della soluzione di urea in modo estremamente semplice.
Grazie all’unità di controllo ed al sensore 27 è possibile mantenere la temperatura della soluzione di urea in un intervallo di temperatura prefissato in modo automatico.
Risulta infine chiaro che al serbatoio 10 per una soluzione di urea secondo la presente invenzione possono essere apportate modifiche e/o varianti che tuttavia non escono dall’ambito di tutela definito dalle rivendicazioni.
Ad esempio la forma del serbatoio 10 è chiaramente arbitraria, nonché il numero e la forma della celle Peltier 21 utilizzabili. Inoltre, la cella Peltier 21 potrebbe essere fissata esternamente alla parete esterna del serbatoio 10 e non “integrata” in essa come sopra descritto.
Ancora, il sensore 27 potrebbe essere un sensore di concentrazione dell’urea e l’unità di controllo potrebbe essere configurata per correlare tale concentrazione con una temperatura della soluzione di urea per controllare l’attivazione del dispositivo 20.
E’ altresì’ ovvio che i mezzi di dissipazione del calore 25 potrebbero essere assenti o realizzati in modo differente, così come l’unità di aspirazione 16 potrebbe essere meramente configurata per aspirare/inserire l’urea nel serbatoio ma non essere atta al riscaldamento dell’urea.
Infine, è chiaro che il presente serbatoio può essere montato in corrispondenza di un qualsiasi motore diesel. Ad esempio può essere montato su di un veicolo pesante, quale ad esempio un veicolo da lavoro o un veicolo agricolo, a bordo di un treno o semplicemente in accoppiamento ad un generatore elettrico.

Claims (1)

  1. RIVENDICAZIONI 1.- Serbatoio (10) per una soluzione di urea, detto serbatoio (10) comprendendo almeno una parete (12, 13, 14) definente un volume chiuso (11) configurato per contenere detta soluzione di urea, detto serbatoio (10) essendo caratterizzato dal fatto di comprendere mezzi di condizionamento (20) configurati per mantenere detta soluzione di urea all’interno di un intervallo di temperatura prefissato tra una soglia massima ed una soglia minima, detti mezzi di condizionamento (20) generando un flusso di calore atto a mantenere detta soluzione di urea all’interno di detto intervallo convertendo un’energia elettrica di alimentazione di detti mezzi di condizionamento (20). 2.-Serbatoio secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che i detti mezzi di condizionamento (20) comprendono almeno una cella di Peltier (21). 3.- Serbatoio secondo la rivendicazione 2, caratterizzato che la detta almeno una cella di Peltier (21) comprende una prima piastra (22) a contatto con detta almeno una parete (12,13, 14) ed una seconda piastra (24) collegata a detta prima piastra (25) dalla parte opposta di detta almeno una parete (12,13, 14). 4.- Serbatoio secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che la detta almeno una cella di Peltier (21) comprende mezzi di dissipazione del calore (25) configurati per evitare un eccessivo riscaldamento di detta seconda piastra (24). 5.- Serbatoio secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che i detti mezzi di dissipazione del calore (25) comprendono almeno una superficie alettata collegata a detta seconda piastra (24). 6.- Serbatoio secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che i detti mezzi di dissipazione del calore (25) comprendono mezzi di ventilazione configurati per favorire il passaggio di aria in detta superficie alettata. 7.- Serbatoio secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere un sensore (27) configurato per misurare una grandezza fisica di detta soluzione di urea contenuta in detto serbatoio (10) ed un’unità di controllo configurata per ricevere i segnali misurati dal detto sensore (27) e controllare i detti mezzi di condizionamento (20) per regolare la temperatura della detta soluzione di urea quando detta misura di detto sensore (27) supera una soglia massima e/o minima prefissata. 8.- Serbatoio secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che detto sensore (27) è un sensore di temperatura. 9.- Serbatoio secondo la rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che detta unità di controllo è la centralina di detto veicolo (1). 10.- Serbatoio secondo una delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che la detta temperatura di soglia massima è compresa tra 40° e 55° C. 11.- Serbatoio secondo una delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che il valore di detta temperatura di soglia minima è circa 5 °C. 12.- Serbatoio secondo una delle precedenti rivendicazioni caratterizzato dal fatto di comprendere un’unità di aspirazione dell’urea (16) connessa fluidicamente al circuito di raffreddamento di un motore di detto veicolo (1), detta unità di aspirazione dell’urea (16) potendo essere attivata per riscaldare detta soluzione di urea quando, sebbene detto dispositivo di condizionamento (20) essendo attivato per riscaldare detta soluzione di urea, la temperatura di detta soluzione di urea scende al di sotto di detta soglia minima.
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