JP2017523337A - 液体添加剤を供給するための装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、凍結した液体添加剤（３）を装置（２）内で融解させるように構成されている少なくとも１つのＰＴＣ発熱体（１）を有している、液体添加剤（３）を供給するための装置（２）に関する。装置（２）の少なくとも１つのＰＴＣ発熱体（１）は両側から、二分割された熱伝導構造体（２４）によって挟持されており、ＰＴＣ発熱体（１）の一方の側における一方の熱伝導構造体（２４）から、ＰＴＣ発熱体を介して、ＰＴＣ発熱体（１）の他方の側における他方の熱伝導構造体（２４）へと電流が流されるように、電圧源（５）が二分割された熱伝導構造体（２４）と接続されている。

Description

本発明は、液体添加剤を供給するための装置に関する。液体添加剤を供給するための装置は、例えば自動車の分野において、自動車の内燃機関の排ガスを浄化するための排ガス処理装置に液体添加剤を供給するために使用される。排ガスを浄化するために液体添加剤が使用される排ガス処理装置は広く普及している。この種の排ガス処理装置において特に頻繁に実施される排ガス浄化方式は、選択触媒還元方式（ＳＣＲ方式；ＳＣＲ＝Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｃａｔａｌｙｔｉｃ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）である。この方式では、排ガス中の窒素酸化物化合物が還元剤を利用して還元される。還元剤として、一般的に、アンモニアが使用される。排ガス処理装置は、一般的に、ＳＣＲ触媒を有しており、このＳＣＲ触媒において排ガス中の窒素酸化物化合物が、アンモニアを用いて還元される。アンモニアは、自動車においては通常の場合、直接的に貯蔵されずに、その代わりに還元剤前駆体液の形態で貯蔵される。この還元剤前駆体液は液体添加剤である。特に頻繁に使用されている還元剤前駆体液は、尿素水溶液である。３２．５％の尿素水溶液は、ＡｄＢｌｕｅ^(R)の商品名で市販されている。

その種の装置の動作様式において、液体添加剤が低い温度で凍結することが問題になる。上述の尿素水溶液は、例えば−１１℃で凍結する。そのような低い温度は、自動車の長期にわたる停止期間中に生じる可能性がある。長期の停止期間後には、装置内の液体添加剤が完全に凍結することが起こり得る。その場合、装置は差し当たり液体添加剤を供給することができない。液体添加剤を供給するための装置が、凍結した液体添加剤を融解させるために加熱システムを有しており、それによってこの動作様式において、液体添加剤の供給を適時に実現することが公知である。

この種の装置のためのヒータとして、特にＰＴＣ発熱体（ＰＴＣ＝Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）が提案される。ＰＴＣ発熱体は、流れる電流によって加熱される電気的な発熱体である。それらの発熱体は、温度が上昇すると電流に対する電気抵抗が高まるという付加的な特性を有している。つまり、高温時には電流が自動的に減少することが達成される。電流が減少することによって、加熱出力も低下する。このことは、過熱に対するＰＴＣ発熱体の自動的な保護を表す。

ＰＴＣ発熱体を備えているそれらの装置においては、ＰＴＣ発熱体からの熱の不十分な導出が問題となる。何故ならば、ＰＴＣ発熱体は短時間で高温に加熱され、その結果、僅かな電流しか流れないからである。加熱出力はこれによって短時間で自己調節式に制限され、その結果、所望の加熱機能は僅かな程度でしか満たされない。

従って、上記に基づく本発明の課題は、従来技術に関連させて説明した技術的な問題を解決するか、少なくとも緩和することである。特に、少なくとも１つのＰＴＣ発熱体を備えている非常に有利な装置が提案されるべきである。

この課題は、請求項１の特徴を備えている装置によって解決される。本発明の更に有利な構成は、従属請求項に記載されている。特許請求の範囲に個別に記載されている特徴を、技術的に意味のある任意のやり方で相互に組み合わせることができ、また明細書に記載の事項によって補完することができ、それによって本発明の更なる実施の形態のヴァリエーションが示される。

凍結した液体添加剤を装置内で融解させるように構成されている少なくとも１つのＰＴＣ発熱体を有している、液体添加剤を供給するための装置が提案され、装置の少なくとも１つのＰＴＣ発熱体は両側から、二分割された熱伝導構造体によって挟持されており、ＰＴＣ発熱体の一方の側における一方の熱伝導構造体から、ＰＴＣ発熱体を介して、ＰＴＣ発熱体の他方の側における熱伝導構造体へと電流が流されるように、電圧源が二分割された熱伝導構造体と接続されている。

装置は、有利にはタンク内に取り付けユニットとして配置されている。装置は、有利にはケーシングを有しており、且つ、タンクのタンク底部に配置されている。装置は、特に、吸い込みポートを有しており、この吸い込みポートにおいて液体添加剤（特に尿素水溶液）をタンクから引き込むことができる。更に装置は、有利には管路接続部を有しており、この管路接続部に液体添加剤を供給するための供給管を接続することができる。通常の場合、吸い込みポートから管路接続部までは装置を通って１つの管路が延在している。この管路にはポンプが配置されており、このポンプを用いて液体添加剤を圧送することができる。装置は、複数のＰＴＣ発熱体を有している。それらのＰＴＣ発熱体は、熱伝導構造体を用いてタンクのケーシングに接続されている。タンク内には、装置を取り囲むように、液体添加剤の初期体積が存在している。ＰＴＣ発熱体は、初期体積の液体添加剤を装置のケーシングを通過させることによって加熱するように構成されている。熱伝導構造体は、有利には、大面積でケーシングに接触しており、これによってタンク内の液体を少なくとも１つのＰＴＣ発熱体を用いて効果的に加熱することができる。ＰＴＣ発熱体には（また、通常の場合は装置のポンプにも）、装置の電圧源から電気伝導体を介して電流及び電圧が供給される。更にケーシングの周囲には、オプションとしてフィルタが配置されており、このフィルタは初期体積をフィルタとケーシングの間に限定し、また、吸い込みポートを覆っているので、液体添加剤はタンクから引き込まれる際にフィルタによって濾過される。更に、ケーシングの周囲においてフィルタの外側には、オプションとして、別の粗フィルタが配置されており、これによってフィルタの損傷を回避することができる。タンク内（粗フィルタ外）の液体添加剤は温度を有している。この温度は、本方法を実施する際に考慮することができる装置の動作パラメータである。

上述の装置にとって、装置の少なくとも１つのＰＴＣ発熱体の、装置の熱伝導構造体への接続が極めて重要である。

装置の少なくとも１つのＰＴＣ発熱体は両側から、二分割された熱伝導構造体によって挟持されているので、ＰＴＣ発熱体からの熱が可能な限り効果的にケーシング乃至液体添加剤へと伝達される。

有利には、電圧源が電気伝導体を介して、二分割された熱伝導構造体に接続されているので、ＰＴＣ発熱体の一方の側における一方の熱伝導構造体から、ＰＴＣ発熱体を介して、ＰＴＣ発熱体の他方の側における熱伝導構造体へと電流を流すことができる。即ち、（二分割された）熱伝導構造体は、少なくとも１つのＰＴＣ発熱体を接触接続させるための、少なくとも部分的な電気伝導体を形成する。電気伝導体のこの配置構成によって、ＰＴＣ発熱体のＰＴＣ材料を効果的に利用することができ、またそれと同時に、少なくとも１つのＰＴＣ発熱体からの効果的な熱導出が達成される。

更に有利には、二分割された熱伝導構造体の２つの部分間にスペーサが配置されているので、一方では、二分割された熱伝導構造体の個々の部分、又は２つの熱伝導構造体が相互に電気的に絶縁されているが、しかしながら他方では、二分割された熱伝導構造体の２つの部分間又は２つの熱伝導構造体間には熱伝導性ブリッジが存在している。従って、スペーサは、ＰＴＣ発熱体のケーシング側とは反対側に配置されている熱伝導構造体からの熱もケーシングに誘導できることを保証する。

熱伝導構造体は、有利には金属から成り、また極めて有利には、アルミニウムから成る。何故ならば、アルミニウムは熱伝導率が高く、それと同時に、重量が軽いからである。

装置において、スペーサが、二分割された熱伝導構造体の２つの部分間の熱伝導性ブリッジを形成する場合には有利である。

これによって、少なくとも１つのＰＴＣ発熱体から、二分割された熱伝導構造体の２つの部分への両側での熱誘導が実現され、その際に、熱伝導構造体の２つの部分間で熱交換を生じさせることができる。この熱交換は、熱伝導構造体の２つの部分からの熱流の大きさが異なる場合に、熱平衡を実現する。

更に、装置が、液体添加剤用のタンク内に配置されているケーシングを有している場合には有利であり、この場合、ケーシングは液体添加剤を含んでおらず、またケーシング内には少なくとも１つのＰＴＣ発熱体及び二分割された熱伝導構造体が設けられている。有利には、ケーシングはタンクに対して液密に隔離されている。

装置において、熱伝導構造体が大面積でケーシングに接触している場合には更に有利である。熱伝導構造体の（第１の）部分は、有利には面状に形成されており、且つ、装置のケーシングの内壁の内面に接触している。装置のケーシングは、有利には円筒状に成形されている。従って有利には、内面は内周面を形成している。

熱伝導構造体の（第２の）部分も、有利には同様に面状に形成されており、且つ、装置のケーシングの上部壁に接触している。熱伝導構造体の第２の部分は、有利には、アーム状の区分を有しており、このアーム状の区分は少なくとも部分的に熱伝導構造体の第１の部分と平行に形成されている。ＰＴＣ発熱体は、熱伝導構造体の第２の部分のアーム状の区分と、熱伝導構造体の第１の部分との間に配置されている。

ケーシングへの熱誘導は、熱伝導構造体の第１の部分並びに熱伝導構造体の第２の部分の両部分を介して実現される。タンク内の液体添加剤の充填状体がどの程度の高さであるかに応じて、ケーシングの上部壁は液体添加剤によって湿潤されているか、又は湿潤されていない。熱伝導構造体の第２の部分を介する熱の顕著な誘導は、上部壁が液体添加剤によって湿潤されている場合にのみ期待できる。熱伝導構造体の第１の部分と熱伝導構造体の第２の部分との間で熱を常に正確に分散させるために、熱伝導構造体の第１の部分と熱伝導構造体の第２の部分との間に熱伝導性接続部が配置されている。この熱伝導性接続部は例えば、ＰＴＣ発熱体に隣接して配置されているスペーサであって良い。

装置において、ケーシング内にポンプが配置されており、このポンプが管路を介して吸い込みポート及び管路接続部と接続されている場合には更に有利であり、この場合、吸い込みポートにおいて液体添加剤をタンクから吸い込むことができ、また、管路接続部には、液体添加剤を供給するための供給管を接続することができる。

ケーシングは、その内部にポンプが配置されているにもかかわらず、「乾燥した」ケーシングと称される。何故ならば、ケーシング自体の内部では、液体添加剤が自由に循環しておらず、従ってケーシングは乾燥しているからである。液体添加剤は、ケーシングの内部において管路内及びポンプ内を案内されている。

更に、内燃機関と、内燃機関の排ガスを浄化するための排ガス処理装置と、排ガス処理装置に対して液体添加剤を供給するための本発明による装置と、を備えている自動車も提案される。

排ガス処理装置においては、有利には、ＳＣＲ触媒が配置されており、このＳＣＲ触媒を用いることによって、選択触媒還元法を実施することができる。上述の装置は、有利には、供給管に接続されている。この供給管は、供給装置へと案内されており、この供給装置によって、液体添加剤を排ガス処理装置に供給することができる。このために、供給装置は有利には、液体添加剤を排ガス処理装置において（必要に応じて空気のような圧力媒体を用いて）きめ細かく噴射するノズル、及び／又は、液体添加剤を調量することができるインジェクタを有している。インジェクタは、例えば、電気的に開閉される弁であって良い。

以下では、本発明並びに技術的な環境を複数の図面に基づき詳細に説明する。図面には、特に有利な実施例が示されているが、本発明はそれらの実施例に制限されるものではない。特に、図面、とりわけ図示の縮尺は概略的なものでしかないことを言及しておく。

装置を備えている自動車を示す。 装置を備えているタンクを示す。 ＰＴＣ発熱体の熱伝導構造体への１つの接続形態を示す。 図３に示した別の図を示す。 装置のケーシングを下から見た図を示す。 二分割された熱伝導構造体の立体図を示す。 図２に示したタンクの詳細図を示す。

図１には、内燃機関１７と、その内燃機関１７の排ガス１９を浄化するための排ガス処理装置１８と、を有している自動車１６が示されている。排ガス処理装置１８には、排ガス浄化コンポーネント２１としてのＳＣＲ触媒が設けられている。排ガス処理装置１８には供給装置２０が配置されており、この供給装置２０を用いて液体添加剤３を排ガス浄化コンポーネント２１に供給することができる。供給装置２０には、装置２から、供給管２２を介してタンク２３内の液体添加剤３が供給される。液体添加剤３は温度３４を有しており、この温度３４は、ここでは例示的にタンク２３内にマークされている。装置２は、所定の周囲（例えば、自動車の燃料タンクの近傍）に配置されている。周囲は周囲温度３５を有しており、この周囲温度３５は、ここでは例示的にタンク２３外にマークされている。装置２には、特に複数のＰＴＣ発熱体（ここでは図示せず）が配置されており、それらのＰＴＣ発熱体は電気伝導体４を介して電圧源５と接続されている。装置２は、監視ユニット１５と接続されている。

図２には、タンク２３が側面図で示されており、タンク２３内には、装置２が取り付けユニットとして配置されている。装置２は、ケーシング２６を有しており、且つ、タンク２３のタンク底部２７に配置されている。装置２は、吸い込みポート２９を有しており、この吸い込みポート２９において液体添加剤３（特に尿素水溶液）をタンク２３から引き込むことができる。更に装置２は、管路接続部２８を有しており、この管路接続部２８に液体添加剤３を供給するための供給管２２を接続することができる。吸い込みポート２９から管路接続部２８までは装置２を通って１つの管路３６が延在している。この管路３６にはポンプ２５が配置されており、このポンプ２５を用いて液体添加剤３を圧送することができる。装置２は、複数のＰＴＣ発熱体１を有している。それらのＰＴＣ発熱体１は、熱伝導構造体２４を用いてタンク２３のケーシング２６に接続されている。タンク２３内には、装置２を取り囲むように、液体添加剤３の初期体積が存在している。ＰＴＣ発熱体１は、初期体積の液体添加剤３を装置２のケーシング２６を通過させることによって加熱するように構成されている。ＰＴＣ発熱体１（及びポンプ２５）には、装置２の電圧源５から電気伝導体４を介して電流１０及び電圧３１が供給される。更にケーシング２６の周囲には、オプションとしてフィルタ３０が配置されており、このフィルタ３０は初期体積をフィルタ３０とケーシング２６の間に限定し、また、吸い込みポート２９を覆っているので、液体添加剤３はタンク２３から引き込まれる際にフィルタ３０によって濾過される。更に、ケーシング２６の周囲においてフィルタ３０の外側には、オプションとして、別の粗フィルタ３２が配置されており、これによってフィルタ３０の損傷を回避することができる。タンク２３内（粗フィルタ３２外）の液体添加剤３は温度３４を有している。この温度３４は、本方法を実施する際に考慮することができる装置２の動作パラメータ１４である。

図３には、ＰＴＣ発熱体１の熱伝導構造体２４への有利な接続形態が示されている。装置２のケーシング２６の壁区分が上面図で詳細に示されている（図２の側面図も参照されたい）。ＰＴＣ発熱体１は両側から、二分割された熱伝導構造体２４によって挟持されているので、ＰＴＣ発熱体１からの熱が可能な限り効果的にケーシング２６乃至液体添加剤３へと伝達される。電圧源５が電気伝導体４を介して、二分割された熱伝導構造体２４に接続されているので、ＰＴＣ発熱体１の一方の側における一方の熱伝導構造体２４から、ＰＴＣ発熱体１を介して、ＰＴＣ発熱体１の他方の側における熱伝導構造体２４へと電流１０が流される。電気伝導体４のこの配置構成によって、ＰＴＣ発熱体１のＰＴＣ材料を効果的に利用することができ、またそれと同時に、効果的な熱導出が達成される。更に、二分割された熱伝導構造体２４間にスペーサ１３が配置されているので、一方では個々の熱伝導構造体２４が相互に電気的に絶縁されているが、しかしながら他方では、熱伝導構造体２４間には熱導電性ブリッジが存在している。従って、スペーサ１３は、ＰＴＣ発熱体１のケーシング２６側とは反対側に配置されている熱伝導構造体２４からの熱もケーシング２６に誘導できることを保証する。

図４には、図３に示唆した切断線Ｖに沿った、図３に示した接続形態が側面図で示されている。熱伝導構造体２４は、ケーシング２６の近傍において、装置２の内側に配置されている。ケーシング２６は、タンク底部２７に接続されている。

図５には、装置２のケーシング２６を下から見た図が示されている。ケーシング２６の周囲壁６及びケーシング２６の上部壁７が相応に見て取れる。周囲壁６には、熱伝導構造体２４の第１の部分８が載置されている。上部壁６には、熱伝導構造体の第２の部分９が載置されている。熱伝導構造体２４の第２の部分は、少なくとも部分的に熱伝導構造体２４の第１の部分８に平行に延びるアーム１０を有している。第２の部分９のアーム１０と第１の部分８との間に、ＰＴＣ発熱体１が配置されている。更に、第２の部分９のアーム１０と第１の部分８との間には、スペーサ１３が配置されている。また図５には、装置のポンプ２５並びに管路３６が示唆されている。ポンプ２５は、管路３６を介して、吸い込みポート２９において液体添加剤を吸い込む。

図６には、第１の部分８及び第２の部分９を備えている二分割された熱伝導構造体２４が立体図で示されている。

図７には、装置２を備えている、図２に示したタンク２３が詳細に示されている。図４に開示したものに加えて、ここでは、熱伝導構造体２４が二分割されて、第１の部分８及び第２の部分９によって形成されていることが見て取れる。

本発明によって、液体添加剤を供給するための装置の非常に有利な動作が実現される。特に、ＰＴＣ発熱体１の熱伝導構造体２４及び／又はケーシング２６への熱伝導性接続の機能検査が実現される。これによって、場合によっては修正又は修理が（必要に応じて装置の交換も）必要であるか否かを確認することができる。

１ ＰＴＣ発熱体
２ 装置
３ 液体添加剤
４ 電気伝導体
５ 電圧源
６ 周囲壁
７ 上部壁
８ 第１の部分
９ 第２の部分
１０ アーム
１３ スペーサ
１４ 動作パラメータ
１５ 監視ユニット
１６ 自動車
１７ 内燃機関
１８ 排ガス処理装置
１９ 排ガス
２０ 供給装置
２１ 排ガス浄化コンポーネント
２２ 供給管
２３ タンク
２４ 熱伝導構造体
２５ ポンプ
２６ ケーシング
２７ タンク底部
２８ 管路接続部
２９ 吸い込みポート
３０ フィルタ
３２ 粗フィルタ
３４ 温度
３５ 周囲温度
３６ 管路

Claims (8)

1. 凍結した液体添加剤（３）を装置（２）内で融解させるように構成されている少なくとも１つのＰＴＣ発熱体（１）を有している、液体添加剤（３）を供給するための装置（２）において、
   前記装置（２）の前記少なくとも１つのＰＴＣ発熱体（１）は両側から、二分割された熱伝導構造体（２４）によって挟持されており、
   前記ＰＴＣ発熱体（１）の一方の側における一方の熱伝導構造体（２４）から、前記ＰＴＣ発熱体を介して、前記ＰＴＣ発熱体（１）の他方の側における他方の熱伝導構造体（２４）へと電流が流されるように、電圧源（５）が前記二分割された熱伝導構造体（２４）と接続されていることを特徴とする、装置（２）。
2. 前記電圧源（５）は、電気伝導体（４）を介して、前記二分割された熱伝導構造体（２４）と接続されている、請求項１に記載の装置（２）。
3. 前記二分割された熱伝導構造体（２４）の２つの部分間にスペーサ（１３）が配置されていることによって、前記二分割された熱伝導構造体（２４）の個々の部分が相互に電気的に絶縁されている、請求項１又は２に記載の装置（２）。
4. 前記スペーサ（１３）は、前記二分割された熱伝導構造体（２４）の２つの部分間に熱伝導性ブリッジを形成している、請求項３に記載の装置（２）。
5. 前記装置（２）は、前記液体添加剤用のタンク（２３）内に配置されているケーシング（２６）を有しており、
   前記ケーシング（２６）は液体添加剤（３）を含んでおらず、且つ、前記ケーシング（２６）内には前記少なくとも１つのＰＴＣ発熱体及び前記二分割された熱伝導構造体（２４）が設けられている、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の装置（２）。
6. 前記熱伝導構造体（２４）は大面積で前記ケーシング（２６）に接触している、請求項５に記載の装置（２）。
7. 前記ケーシング（２６）内にポンプ（２５）が配置されており、該ポンプ（２５）は管路（３６）を介して吸い込みポート（２９）及び管路接続部（２８）と接続されており、前記吸い込みポート（２９）において液体添加剤（３）を前記タンク（２３）から吸い込むことができ、前記管路接続部（２８）には、前記液体添加剤（３）を供給するための供給管（２２）を接続することができる、請求項５又は６に記載の装置。
8. 内燃機関（１７）と、該内燃機関（１７）の排ガス（１９）を浄化するための排ガス処理装置（１８）と、該排ガス処理装置（１８）に対して液体添加剤（３）を供給するための請求項１乃至７のいずれか１項に記載の装置（２）と、を備えていることを特徴とする、自動車（１６）。

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