JP2013532253A - システム発熱体を備える還元剤を利用可能にするためのデバイス - Google Patents

Abstract

本発明は、還元剤２を加熱するための排ガスシステム発熱体７用の還元剤２を準備するためのデバイス１に関する。デバイス１は、システム発熱体７から以下のコンポーネントのうちの少なくとも１つへ熱を伝達する少なくとも１つの熱伝導エレメントを有する：タンク３、送給ライン６、フィルタ２０、ポンプ１８、バルブ１９、センサ２１。
【選択図】図１

Description

本発明は、還元剤を加熱するためのシステム発熱体が設けられ、排ガスシステムのための還元剤を利用可能にするためのデバイスに関する。デバイスは、内燃機関の排ガスシステムにおいて好ましくは用いられる。

近時、移動内燃機関の排ガスの浄化は、液体還元剤が供給される排ガス処理デバイスを用いてますます行われている。この目的のためにしばしば用いられる排ガス浄化方法は、選択接触還元（ＳＣＲ）法である。この方法では、排ガス中の酸化窒素合成物（ＮＯｘ）の減少のために還元剤（好ましくはアンモニア）が用いられる。選択接触還元法は、リーンバーン内燃機関（例えばディーゼル機関）において、特に用いられる。この種の内燃機関は、概して酸化窒素合成物の放出が特に高い。

特に移動用途で、還元剤（例えばアンモニア）は、それ自体では格納されず、前駆体の形で格納される。この種の前駆体の１つの例は、尿素または、特に水性の尿素溶液である。３２．５％の水性の尿素溶液が特にしばしば用いられる。そしてこれは、商品名ＡｄＢｌｕｅ（登録商標）の下で得ることができる。

この種の溶液を格納することについての課題は、それが−１１℃未満の温度で凍結するということである特に自動車両が長期間停止するときに、この種の低温は発生し得る。このために、デバイス内にまだ冷凍還元剤がある場合であっても、排ガス処理デバイスの作動が直ちに可能であるようにデバイスが還元剤の少なくとも開始時の量を急速に解凍することができるというような方法で、デバイスは送給するかまたは設計されなければならない。

液体還元剤用のタンクに直接配置されて、そして、還元剤が供給エレメントを介してデバイスから排ガスシステムまで送給されることのできる加熱可能なラインに接続している、液体還元剤送給用のデバイスも、公知である。還元剤を利用可能にするためのこの種のデバイスの構成に応じて、排ガスシステムの非作動期間中または作動中に、還元剤の凍結が特にありそうなさまざまな位置が、ある。しかしながら、これらの位置の各々のための別々の加熱システムを使用することは、あまりに複雑でかつ高コストである。

この先行技術から進んで、先行技術に関して説明された課題を少なくとも部分的に解決する排ガスシステムのための還元剤を利用可能にするためのデバイスを特定することは、本発明の目的である。特に、意図は、デバイスの中に凍った還元剤があるか、または還元剤の冷凍がありそうなときに、特に急速にかつ確実に作動することができるデバイスを特定することである。同時に、提案されるデバイスは、例えば、さまざまなまたはなおいくつかの電気加熱システムを省略することを可能にすることによって、安価でなければならず、そして、軽度の複雑さを有するものでなければならない。

これらの目的は、請求項１の特徴によるデバイスによって、そして請求項７に記載の熱管を用いることにより達成される。デバイスのさらに有利な実施形態は、従属請求項と言われる請求項において示される。従属請求項と言われる請求項において個々に示される特徴が、任意の技術的に意味のある方法において組み合わされることができて、本発明の追加的な実施形態を引き起こすことができる点に留意する必要がある。記述は、特に図に関連して、本発明を説明して、追加的な実施形態を示す。

排ガスシステムのための還元剤を利用可能にするための本発明によるデバイスは、還元剤を加熱するためのシステム発熱体および、システム発熱体から以下のコンポーネントのうちの少なくとも１つへ熱を伝える少なくとも１つの熱管を提供する：
−タンク、
−送給ライン、
−フィルタ、
−ポンプ、
−バルブ、
−センサ。

液状またはガス状還元剤を利用可能にするためのデバイスは、還元剤がタンクからデバイスの外側の供給エレメントに向けて運ばれる、少なくとも１つのタンク、１つの放出ライン、１つのポンプ、１つのフィルタ、１つのバルブ、１つのセンサおよび１つの送給ライン、を備える。供給エレメントによって、還元剤は、排ガスシステムに供給される。システム発熱体として用いることができるさまざまな加熱システムが、ある。例えば、還元剤タンクは、排ガスの熱によって直接的にまたは間接的に加熱される流体ラインによって加熱されることができる。前記ラインは、ここではシステム発熱体として用いられる。さらに、前記コンポーネントのうちの少なくとも１つに配置される電気加熱システムを使用することは、可能である。いわゆるＰＴＣエレメント（ＰＴＣ＝正の温度係数）は、温度上昇につれて自動的に低下するＰＴＣ発熱エレメントの熱出力によって電流を熱に変換する電気加熱システムとして特に適切である。熱は、熱管（別名ヒートパイプまたは二相熱サイホン）によって、システム発熱体から前記コンポーネントのうちの１つへ伝わる。熱管は、小さい温度差の場合でさえ、比較的長い距離にわたって非常に高い熱伝達を可能にする。熱管は、中空体を形成する。その中には、意図する用途に適した沸点または蒸気圧曲線を有する流体が、通常存在する。概して、流体は、部分的に気相にあり、そして部分的に液相にあって、熱を伝えることができる。したがって、液状の流体は、システム発熱体の領域において蒸発して、加熱されるコンポーネントの近くの熱管の他の領域へと流れて、そこで凝縮によってそれぞれのコンポーネントに熱を放出する。熱管の範囲内で、流体は、毛細管によって蒸発器に戻されることができる。凝縮した流体は、したがって、位置（すなわち重力に対してさえ）にかかわりなく、毛細管において蒸発器へ流れ戻る。この装置は、ヒートパイプと一般に呼ばれる。対照的に、「二相熱サイホン」と呼ばれる流体は、重力のせいで循環する。デバイスにおいて、還元剤の凍結が最もありそうなデバイスの位置に熱をあてるために、複数の熱管を対応する仕方で配置することもまた、可能である。

有利な実施形態によれば、熱管は、ここではシステム発熱体として理解されるタンク発熱体に接続され、そして、送給ライン、バルブ、センサおよび接続エレメントを含むコンポーネントを少なくとも有する熱伝導接続において配置される。この場合、タンク発熱体は、タンクの内側および／または外側に配置されて、特に、排ガスまたは内燃機関からの熱によって直接的にまたは間接的に加熱される流体ラインによって、特に形成されることができる。さらに、タンク発熱体を、特に電気発熱体の形でタンクの壁に配置することも、可能である。

特に、熱管は、一端でシステム発熱体と直接一緒に、またはそのすぐ近くに配置される。そして、熱が熱管に直接または熱ブリッジ（例えば広域の熱吸収ゾーン）を経て伝わり、したがって前記コンポーネントのうちの１つへ伝わることを確実にする。特に、熱管の熱出力端は、熱ブリッジに同様に接続している。そしてそれは、熱出力を熱管によって各種コンポーネントに運ぶ。

他の有利な実施形態によれば、システム発熱体は、制御可能であり、送給ライン、フィルタまたはポンプを含むコンポーネントのうちの１つに割り当てられる。そして、熱管は、少なくともバルブおよび／またはタンクへ熱を伝える。ここで、システム発熱体は、送給ラインのためのラインヒーターとして設けられることができるか、あるいは、例えばバルブ、フィルタまたはポンプの範囲内にＰＴＣエレメントとして配置されることができる。

他の有利な展開によれば、デバイスは、システム発熱体に加えていかなる能動的加熱システムもさらに有しない。これは、低レベルの複雑さを有していて、好都合な生産価格で対応する高い程度の技術的可用性を保証することができる低コストのデバイスを確実にする。少なくとも１つの熱管の提供は、熱がシステム発熱体から選択的に伝わることを、そして、関係する温度差が小さいときでも、凍結する危険にさらされているデバイスの特定の位置に伝わることを可能にする。したがって、還元剤の急速な解凍を許容し、または自動車両の作動中の凍結を防止さえする。

他の有利な実施形態によれば、デバイスは、ハウジング内に配置されて、フィルタ、ポンプ、バルブおよび送給ラインを含むコンポーネントを少なくとも含む送給モジュールを形成し、タンクから還元剤を取り除くことに、そして前方への移動および分配に適している。この場合、システム発熱体は、送給モジュールに統合されて、特に、唯一の能動的加熱システムを形成する。そしてそれは、フィルタ、ポンプ、バルブまたは送給ラインを含むコンポーネントのうちの少なくとも１つに熱管によって熱伝導方式で接続される。したがって、システム発熱体は、特にＰＴＣエレメントとして、特にフィルタにまたはポンプに配置されて、そこから、少なくとも１つの熱管によってフィルタ、ポンプ、バルブまたは送給ラインを含む他のコンポーネントに、熱伝導方式で接続される。送給モジュールの送給ラインを他の送給ラインに接続して、還元剤を供給エレメントに通過させる接続エレメントはまた、熱管によって直接的に、または熱管に接続される熱ブリッジを経て間接的に加熱されることができる。この有利な構成によって、デバイス内の還元剤のちょうど少ないボリュームは、解凍されることができ、したがって、排ガスシステムにおいて利用可能になり得る。解凍された還元剤のより大きいボリュームは、自動車両のシステムの一般的加熱によって、あるいは、特に還元剤タンクにおける追加の発熱体によって、対応する仕方で利用可能になり得る。

他の有利な実施形態によれば、送給モジュールは、単一の支持構造物上に配置される。これは、特に、送給モジュールが、フィルタ、ポンプ、バルブおよび送給ラインを含むコンポーネントと少なくとも一緒に共通のコンポーネント上に配置されることを意味する。そしてそれは、支持構造物と考えられて、他のコンポーネント（特にタンク）にモジュール方式で接続されることができる。送給モジュールがタンクの液溜の領域において単一の支持構造物に配置される場合、それは特に有利である。特に、タンクは、送給モジュールがタンクの外側に配置されることができるキャビティを有する。送給モジュールをタンクの上部領域に配置することも、可能である。単一の支持構造物上に送給モジュールを提供することは、１つ以上の熱管および／または対応する熱ブリッジを、単一の組み立てステップにおいて互いに一定の関係で配置することを可能にする。したがって、送給モジュールは、単一の組み立て作業において完全に生産されることができ、タンクまたは自動車両と共に組み立てるための別に供給されるモジュールとして利用可能であり得る。熱管とそれぞれのコンポーネントとの間の熱伝達ポイントがいかなるさらなる処理ステップも条件としないので、この種の有利な実施形態は、特に効率的な熱伝達を許容する。

本発明によれば、熱管は、還元剤を利用可能にするためのデバイスの以下のコンポーネントのうちの少なくとも１つを加熱するために用いる：タンク、送給ライン、フィルタ、ポンプ、バルブおよびセンサ。還元剤デバイスの特定のコンポーネントを加熱するための熱管のこの種の使用は、これまで構想されなかった。特に、ディーゼル機関のコールドスタート挙動に関する現代の自動車両構造の特別な要件は、この種のデバイスに熱管を用いることにより、初めて満たされる。このようにして、デバイスの凍結の危険にさらされている位置は、利用可能な余分の熱量が少ないときでさえ、選択的に解凍されることができる。したがって、内燃機関の始動後できるだけ早く排ガスシステムが還元剤を連続的に供給されることは、可能になる。

他の有利な実施形態によれば、内燃機関、排ガスシステム、内燃機関から排ガスを浄化するための排ガス処理デバイス、および本発明によるデバイスを有し、排ガス処理デバイスは、デバイスによって還元剤を供給される自動車両は、提唱される。

本発明および技術的文脈は、図を参照して以下にさらに詳細に説明される。図および、特に示されるプロポーションが概略的だけであり、本発明はそれに制限されない点に留意する必要がある。

図１は、デバイスの第１実施形態を有するタンクを示す。 図２は、デバイスの第２実施形態を示す。 図３は、デバイスの第３実施形態を有するタンクを示す。 図４は、熱管を示す。 図５は、デバイスを有する自動車両を示す。

図１は、デバイス１が設置される還元剤２を格納するためのタンク３を示す。この目的のために、タンク３は、その底部３６の領域に開口１０を有する。そしてその内部にデバイス１が配置される。この場合、デバイス１は、支持構造物８を有する送給モジュール２２として設計される。そして、支持構造物８上には、ポンプ１８、バルブ１９、フィルタ２０、センサ２１、および流れに関してコンポーネントを互いに接続するのに適した送給ライン６を含むコンポーネントが配置される。ここで、フィルタ２０、ポンプ１８、バルブ１９および接続エレメント５を含むコンポーネントを接続する送給ライン６は、支持構造物８内に配置される導管３４として実現される。還元剤２は、タンク３から取り出しポイント３１を経て送給ライン６に、そして送給モジュール２２に送給される。ここで、それはポンプ１８、バルブ１９およびフィルタ２０を備える個々のコンポーネントを通って流れる。送給ライン６は、接続エレメント５および接続プラグ２８によって他の送給ライン６に接続されることができる。それにより、還元剤２は、還元剤を排ガスシステムに分配するための供給エレメントに供給されることができる。送給モジュール２２上にはまた、システム発熱体７が配置される。そしてそれは、熱管１１によって、フィルタ２０および接続エレメント５を含むコンポーネントに熱伝導方式で接続される。システム発熱体７は、熱ブリッジ１３を経てタンク３の液溜２９に熱伝導方式でさらに接続される。したがって、冷凍還元剤２は、取り出しポイント３１の近くで解凍されることができ、そしてそれ故、タンク３から取り除かれることができる。送給モジュール２２はまた、熱ブリッジ１３を有する。そして、それによって、システム発熱体７からの熱は、個々のコンポーネントに供給されることができる。熱管１１がフィルタ２０に分配する熱は、他のコンポーネントにさらに伝わることができる。したがって、支持構造物８は、熱ブリッジ１３として実現されることもできる。したがって、熱がシステム発熱体７から支持構造物８を経て熱の流れの方向９に他のコンポーネントへ伝わることは、可能である。図１において、他のシステム発熱体７は、タンク３の外側にタンク発熱体として底部３６の領域に配置される。このシステム発熱体７は、他の熱管１１によって接続エレメント５に熱伝導方式で接続される。

図２は、デバイス１の第２実施形態を示す。そこにおいて、システム発熱体７および熱を伝導するように設計された熱管１１が固定される支持構造物８は、デバイス１のハウジング１２の中に配置される。システム発熱体７からの熱は、熱管１１によって、支持構造物８上に配置される他のコンポーネントへ熱の流れの方向９に選択的に供給される。ここで、接続エレメント５は、例えば、システム発熱体７から熱を有する熱管１１によって加熱される。これはまた、接続エレメント５と協働して送給ライン６へのデバイス１の接続を確実にする接続プラグ２８を含む。ここで、熱管１１は、システム発熱体７に、そして熱ブリッジ１３により接続エレメント５に、熱伝導方式で接続される。

図３は、デバイス１の第３実施形態を有するタンク３を示す。ここで、デバイス１は、タンク３の上側３５に配置される。デバイス１は、取り出しパイプ２７を備える。そしてそれを通して、還元剤２は、取り出しポイント３１を経てタンク３の底部３６の領域から取り除かれることができる。デバイス１は、ポンプ１８、バルブ１９およびフィルタ２０を含むコンポーネントが配置される支持構造物８を備える。システム発熱体７もまた設けられる。そしてそれは、取り出しパイプ２７を加熱して、そしてそれ故、タンク３の中の還元剤２が解凍されることを可能にもする。熱管１１は、システム発熱体７に熱伝導方式で接続される。したがって、熱がシステム発熱体７から、支持構造物８上に配置される他のコンポーネントへ伝わることも可能である。ここで、システム発熱体７は、フィルタ２０の内部に少なくとも部分的に配置される。さらに、システム発熱体７は、取り出しパイプ２７内に延びて、したがって、冷凍還元剤１４のキャップ３８がタンク３内に存在するレベルにかかわりなく、タンク３内の冷凍還元剤１４のキャップ３８を通して換気チャネル３７を溶かすことができる。冷凍還元剤１４のキャップ３８が本発明によるデバイス１のハウジング１２のレベルであるときに、冷凍還元剤１４のキャップ３８が効率的に解凍されることを可能にするために、システム発熱体７とハウジング１２との間の熱ブリッジ１３は、支持構造物８上に設けられる。デバイス１は、接続エレメント５および接続プラグ２８を経て還元剤を送給ライン６に送給する。そしてそれを通って、還元剤２は、供給エレメントへ運ばれる。

図４は、熱管１１の構造を例示する。熱管１１は、外部シェルとして好ましくは金属管２４を有する。この管２４は、両端部でシールされる。芯（ｗｉｃｋ）２３は、管２４の中に配置される。これらの芯２３は、熱管１１の熱吸収ポイント３２から熱管１１の熱放出ポイント３３まで延びる。熱管１１の熱吸収ポイント３２には、通常、液状転移媒体２５がある。この液状転移媒体２５は、熱吸収の間、その増加圧力のせいで蒸発して、熱放出ポイント３３へ移動する。ここで、熱管１１は、概してガス状転移媒体２６を含む。そしてそれは、凝縮して、そこに蓄えられた熱を放出する。毛管力のせいで、凝縮した転移媒体は、芯２３に沿って熱吸収ポイント３２へ流れ戻る。このようにして、熱吸収ポイント３２から熱放出ポイント３３へ、熱の流れの方向９に熱の連続流れがある。この種の熱管１１は、ヒートパイプとも呼ばれる。転移媒体は、許容される最も低い温度でまだそれが液体であるように、そして、その沸点がシステム発熱体７によって達することが可能な温度よりも低いように、選択される。

図５は、内燃機関１６および、排ガス処理デバイス１７を有する排ガスシステム３０を備える自動車両１５を示す。排ガス処理デバイス１７内には、供給エレメント４が設けられる。そしてそれは、送給ライン６およびデバイス１によって、還元剤２を格納するためのタンク３に接続される。

１…デバイス
２…還元剤
３…タンク
４…供給エレメント
５…接続エレメント
６…送給ライン
７…システム発熱体
８…支持構造物
９…熱の流れの方向
１０…開口
１１…熱管
１２…ハウジング
１３…熱ブリッジ
１４…冷凍還元剤
１５…自動車両
１６…内燃機関
１７…排ガス処理デバイス
１８…ポンプ
１９…バルブ
２０…フィルタ
２１…センサ
２２…送給モジュール
２３…芯
２４…管
２５…液状転移媒体
２６…ガス状転移媒体
２７…取り出しパイプ
２８…接続プラグ
２９…液溜
３０…排ガスシステム
３１…取り出しポイント
３２…熱吸収ポイント
３３…熱放出ポイント
３４…導管
３５…上側
３６…底部
３７…換気チャネル
３８…キャップ

Claims (8)

1. 排ガスシステム（３０）のための還元剤（２）を利用可能にするためのデバイス（１）であって、還元剤（２）を加熱するためのシステム発熱体（７）が設けられ、さらに前記デバイス（１）は、前記システム発熱体（７）から以下のコンポーネントのうちの少なくとも１つへ熱を伝える少なくとも１つの熱管（１１）を有する、デバイス（１）：
   −タンク（３）、
   −送給ライン（６）、
   −フィルタ（２０）、
   −ポンプ（１８）、
   −バルブ（１９）、
   −センサ（２１）。
2. 前記熱管（１１）は、タンク発熱体に接続されて、前記送給ライン（６）、前記バルブ（１９）、前記センサ（２１）および接続エレメント（５）を含む前記コンポーネントを少なくとも有する熱伝導接続において配置される、請求項１に記載のデバイス（１）。
3. 前記システム発熱体（７）は、制御可能であり、前記送給ライン（６）、前記フィルタ（２０）または前記ポンプ（１８）を含む前記コンポーネントのうちの１つに割り当てられ、前記熱管（１１）は、少なくとも前記バルブ（１９）および／または前記タンク（３）へ熱を伝える、請求項１または２に記載のデバイス（１）。
4. 前記デバイス（１）は、前記システム発熱体（７）に加えていかなる能動的加熱システムもさらに有しない、請求項１〜３のいずれか１項に記載のデバイス（１）。
5. 前記デバイス（１）は、ハウジング（１２）内に配置されて、前記フィルタ（２０）、前記ポンプ（１８）、前記バルブ（１９）および前記送給ライン（６）を含むコンポーネントを少なくとも含む送給モジュール（２２）を形成し、前記タンク（３）から前記還元剤（２）を取り除くのに、そして前方への移動および分配に適しており、前記システム発熱体（７）は、前記送給モジュール（２２）に統合されて、唯一の能動的加熱システムを形成して、前記フィルタ（２０）、前記ポンプ（１８）、前記バルブ（１９）または前記送給ライン（６）を含む前記コンポーネントのうちの少なくとも１つに熱管（１１）によって熱伝導方式で接続される、請求項１〜４のいずれか１項に記載のデバイス（１）。
6. 前記送給モジュール（２２）は、単一の支持構造物（８）上に配置される、請求項５に記載のデバイス（１）。
7. システム発熱体（７）から、還元剤（２）を利用可能にするためのデバイス（１）の以下のコンポーネントのうちの少なくとも１つへ熱を伝えるための熱管（１１）の使用：タンク（３）、送給ライン（６）、フィルタ（２０）、ポンプ（１８）、バルブ（１９）およびセンサ（２１）。
8. 内燃機関（１６）、排ガスシステム（３０）、前記内燃機関（１６）からの排ガスを浄化するための排ガス処理デバイス（１７）、および請求項１〜６のいずれか１項に記載のデバイス（１）を有し、前記排ガス処理デバイス（１７）は、前記デバイス（１）によって還元剤（２）を供給される、自動車両（１５）。

Images