KR101540125B1 - 통합된 가열부재를 구비한, 요소탱크 및 베이스 플레이트 - Google Patents

통합된 가열부재를 구비한, 요소탱크 및 베이스 플레이트 Download PDF

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Abstract

통합된 가열부재를 구비하는, 요소 탱크 및 베이스 플레이트(1)에 관한 것으로, 상기 가열(2)부재는 적어도 하나의 가요부를 포함하며, 여기서 가요부는, 바람직하게, 하나의 가요성 필름에 고정되고/되거나 두 개의 가용성 필름들 사이에 개재되는 적어도 하나의 저항 트랙을 포함하는 가요성 가열기(2)이다.
요소탱크, 저항 트랙, 가요성 필름

Description

통합된 가열부재를 구비한, 요소탱크 및 베이스 플레이트{UREA TANK AND BASE PLATE WITH AN INTEGRATED HEATING ELEMENT}
본 출원은 통합된 가열 부재를 구비한 요소탱크 및 이러한 탱크를 위해 사용되고 가열부재와 일체로 되어 있는 베이스 플레이트에 관한 것이다.
차량 및 대형 화물 차량의 배기가스 배출에 대한 법률은, 다른 요건들 중에서도, 질소산화물 NOX의 대기로의 방출을 저감하도록 규정하고 있다. 이 목적을 달성하기 위한 공지된 한 방법은, 환원제(일반적으로 암모니아)를 배기라인에 주입함으로써 질소산화물을 저감하도록 하는 SCR(선택적 촉매 환원) 공정을 이용하는 것이다. 여기서의 암모니아는, 공융 농도를 가지기도 하는 암모니아 전구체 용액을 열분해함으로써 유도될 수 있다. 이러한 암모니아 전구체는 일반적으로 요소용액이다.
SCR 공정을 통해, 최적 효율에서의 연소단계 동안 엔진 내에 생성되는 높은 수준의 NOX이 엔진으로부터 배출될 시 촉매로 처리되도록 한다. 이러한 처리에는 매우 우수한 품질의 환원제를 정확한 농도로 사용하는 것이 요구된다. 따라서 정확하게 계량한 후, 질소산화물(NOX)이 질소(N2)와 물(H2O)로 변환하기 전에 가수분해되 는 배출 가스 스트림 내로 환원제 용액을 주입한다.
이를 수행하기 위해, 첨가제(일반적으로 요소) 용액이 함유되어 있는 탱크 및 원하는 양의 첨가제를 계량하여 배기라인 내로 주입시키는 장치가 차량에 장착될 필요가 있다.
이 목적을 위해 일반적으로 사용되는 수용성 요소용액(32.5 중량% 요소 공융용액)이 -11 oC에서 결빙되는 것을 감안하여, 결빙 조건들 하에서 시동을 거는 경우 이러한 용액을 배기라인 내로 주입할 수 있도록 결빙된 용액을 액화시키는 가열 장치가 제공되어야 한다.
이 목적을 위해 종래 기술에서 여러 시스템이 제공되어 왔다. 일반적으로, 이 시스템들은 특정 가열부재들 또는 엔진 냉각회로(engine cooling circuit)의 바이패스를 구비하는 상대적으로 고가의 가열장치를 포함한다(본 출원인의 명의로 출원된 WO 2006/064001 참조).
특정 가열부재들을 사용하는 것에 관하여, 요소용액이 함유되어 있는 탱크 및, 선택적으로는, 요소(필요하다면, 공급 및 회수) 라인들 내에 가열관(heating tube)들을 배치하는 방법이 공지되어 있다. 그러나, 이 관들의 최소 직경이 수(several) mm이므로 이들을 구부려서 임의의 부품들 내로 삽입시킨다는 것은 어려운 일이다.
현재 알려진 대안으로는 카트리지(막대) 가열기들을 탱크 내의 다양한 위치들 내로 삽입시키는 방법이 있다. 비록 이 카트리지들(막대들)이 서로에 대해 이동 가능(유기적으로 연관됨)하지만, 이 카트리지들의 가요성에 관한 동일한 문제가 존재한다.
따라서, 본 출원인은 요소 라인들과 탱크의 연결부들에서 문제가 발생한다는 것을 관찰하였다. 그 이유는 결빙 폐색물(plug of ice)(결빙된 용액)이 요소 라인 들내에 형성되고, 이들이 일반적으로 특정 두께의 플라스틱으로 만들어진 사출성형된 부품들이라는 것을 감안할 때, 외부 가열관을 통해 가열하는 것은 효과적이지 않다. 그러나, 일반적으로 이 연결부들은 가열관이 쉽게 삽입될 수 없는 얇은 부품들("이송튜브들(delivery tubes)"로도 알려짐)로부터 형성된다.
본 출원인의 명의로 출원된 FR 06/07531은 전술된 특정 문제를 해결하고자, 제조단계부터, 가열 필라멘트와 통합되고 그의 적어도 일부가 용액용으로 제공된 통로 내로 자유롭게 연장되는 중공형 연결체를 개시하고 있다. 이러한 구조는 액체가 넓은 가열 표면적과 직접 접촉을 이루게 보장함으로써 액체가 신속하게 가열될 수 있도록 한다.
그러나, 이 구조는 본 위치(연결지점)의 가열 전용이므로, 상기 필라멘트는 전체 탱크를 가열하는데 사용하기에는 쉽지 않을 수 있다. 더욱이, 이 구조의 낮은 가요성을 감안할 때, 기타 부속품(accessory)들 내로 삽입시키기도 쉽지 않다.
본 발명은 특정의 가열기를 내부적으로 구비한 액체 요소탱크를 제공함으로써 이러한 문제를 해결하고자 함이며, 상기 가열기의 가요성, 형상 및 가열력은 탱크 또는 그의 부속품들의 임의의 외형에 맞게 쉽게 조정될 수 있는 것을 특징으로 한다.
그러므로, 본 출원은 통합된 가열부재를 포함하는 요소탱크에 관한 것으로, 상기 가열부재는 적어도 하나의 가요성 가열부(다시 말해서, 가열부재가 가열되게 하는 장치, 예컨대 저항성 부재)를 포함하고 있다. 바람직하게, 이 가요부(flexible part)는 가요성 가열기이며, 다시 말해서, 두 개의 가요성 필름 사이로 삽입되거나 가요성 필름에 고정되는 저항 트랙(예를 들어, 이러한 가열기들 및 이들의 제조방법에 관해 기재하고 있는 미국특허 제 7,268,325 호를 참조)을 적어도 하나 포함하는 가요성 가열기이다. 가장 특히 바람직하게, 상기 가열부재는 주로 가요성 가열기로 구성된다.
비록 이러한 "가요성 가열기들"이 수년간 시판되어 왔고, 이러한 유형의 가열기를 요소 분야에 사용함으로써 이후에 상세히 설명되는 많은 장점들을 얻게 되는 실정임에도 불구하고, 현재까지 아무도 이들을 요소탱크에 사용하는 것에 대해 고려한 적이 없다.
"요소"라는 용어는 요소를 함유하는 임의의, 일반적으로 수용성, 용액을 의미하는 것으로 이해하면 된다. 본 발명은 물/요소 공융용액들을 통해 양호한 결과들을 제공하되, 이 용액들에 대한 표준 품질(예를 들어, 표준 DIN 70070에 따르면, AdBlue®용액(시판용 요소 용액)의 경우, 요소 함량은 31.8% 내지 33.2%(중량) 범위이고(즉, 32.5±0.7 중량%), 따라서 암모니아의 유효량은 18.0% 내지 18.8% 범위)이 존재한다. 또한 본 발명은, 요소/암모니아 포르메이트 혼합물류, 또한 이들의 수용액(상표명 DenoxiumTM 하에 시판되고 그 중 한 조성물(Denoxium-30)은 AdBlue®용액과 같은 양의 암모니아를 함유)에 적용될 수 있다. 후자는 -30 oC 이하(-11 oC와는 대조적)에서만 결빙된다는 장점이 있지만, 포름산의 방출가능성과 관련된 부식문제를 야기시킨다는 단점을 가진다. 본 발명은 물/요소 공융용액 범위 내에서 특히 유리하다.
본 발명에 따른 요소탱크는 임의의 물질로 만들 수 있되, 요소에 화학적 내성을 갖는 물질로 만드는 것이 바람직하다. 일반적으로, 이러한 물질로는 금속 또는 플라스틱이 있다. 폴리올레핀류, 특히는 폴리에틸렌(그리고 더 특히는 HDPE, 즉 고밀도 폴리에틸렌)이 바람직한 물질류를 구성한다.
본 탱크는 중공형 몸체의 경우에 적용되는 임의의 공지된 변환공정을 통해 제조될 수 있다. 특히 탱크가 플라스틱, 구체적으로는 HDPE으로 제조될 시, 바람직한 가공방법으로는 압출 블로우 성형공정이 있다. 이 경우, 압출에 의해 패리슨(1편(one part) 또는 그 이상으로)을 얻은 후, 금형 내에서 블로우 성형으로 형상을 만든다. 단일 패리슨으로부터 탱크를 일체로 찍어냈을 때(one-part moulding) 양호한 결과들을 얻게된다.
유리하게, 본 요소탱크는 베이스 플레이트 또는 장착 플레이트(다시 말해 실질적으로 판 형상을 지닌 지지체)를 구비하여, 요소 저장 시스템 및/또는 분사장치의 적어도 하나의 액티브 부속품이 이 플레이트 상에 부착되도록 한다. 베이스 플레이트는 일반적으로 폐쇄형으로 된 임의 형상의 주변길이를 가진다. 대체로, 플레이트의 주변길이는 원형이다.
특히 바람직한 방식에 따르면, 이러한 베이스 플레이트는 침지형(submerged) 장착 플레이트, 즉, 탱크의 하측벽 내에 형성된 개구부를 밀봉하는 장착 플레이트이다. "하측벽"이란 표현은 사실 탱크(탱크가 1편인 일체형으로 성형되든 또는 두 개의 패리슨 시트들 또는 컷-아웃들(cut-outs)로부터 성형되든 간에)의 하측 절반부를 의미하는 것으로 이해하면 된다. 바람직하게, 베이스 플레이트는 탱크의 하측 1/3 지점에 위치하고, 더욱 특히 바람직하게는 하측 1/4 지점에 또는 심지어 요소탱크의 저부에 위치한다. 베이스 플레이트는 하부 측벽 내에 부분적으로 놓일 수 있으며, 이 경우에 베이스 플레이트가 차량에 일단 장착되면 약간 기울어지게 된다. 베이스 플레이트의 위치 및/또는 방향은 차량 내의 탱크 위치 및 (요소탱크 내에 통합되어야 하는 구성요소들을 감안하여) 탱크가 그 주변으로 점유하고 있는 공간에 따라 결정된다.
그러므로 베이스 플레이트에는 저장 및/또는 분사단계 중 액티브한 적어도 하나의 구성요소가 병합된다. 이는 본 구성요소가 베이스 플레이트에 부착되거나 베이스 플레이트와 함께 일체로 제조됨을 의미하는 것으로 이해하면 된다. 본 구성요소는 요소탱크 내에 병합되거나, 필요하다면 플레이트를 관통하는 연결부(이송튜브)와 함께 요소탱크의 외부 상에 통합될 수 있다.
바람직하게, 본 발명의 이러한 변형예에 따른 베이스 플레이트는 복수의(several) 액티브 저장- 및/또는 계량 구성요소들을 통합시키고, 더욱 특히 바람직하게는 첨가제 탱크에 존재하거나, 탱크로부터 유출되거나 탱크 내로 진입하는 액체 첨가제와 접촉을 이루는 모든 액티브 구성요소들을 통합시킨다.
바람직하게, 이러한 구성요소는 펌프, 레벨 게이지, 온도 센서, 품질 센서, 압력 센서 및 압력 조절기 중에서 선택된다. 이 부재들 각각은 첨가제 저장 및/또는 분사 장치에 능동적 역할을 가지며, 이들이 "침지된"(다시 말해, 요소탱크가 비어있지 않다면 항상 첨가제의 존재 하에 있게 되는) 장착 플레이트에 통합된다는 사실은:
- 레벨 게이지에 대해서: 하한점이 더 잘 정의됨에 따라, 탱크의 변형이 측정에 끼치는 영향이 감소되고;
- 첨가제의 온도, 품질 또는 기타 특성(들)에 대한 센서들에 대해서: 분사 장치에 공급하기 위한 임계영역 내에 쉽게 배치할 수 있다는, 구체적인 장점들을 가진다.
레벨 게이지는 어떠한 임의의 타입이라도 된다. 바람직하게, 레벨 게이지는 예를 들어 용량형 타입의 유동부들(moving parts)을 갖지 않는 게이지이다.
본 발명의 이러한 변형예에 따른 요소탱크의 베이스 플레이트는 공지된 임의의 수단으로 얻어질 수 있지만, 양호한 치수정확도를 얻게 해 주는 사출성형에 의해 얻어지는 것이 바람직하다.
바람직하게, 베이스 플레이트는 요소 및 요소 성분이 노화되어 생성되는 부산물들에 저항성을 가지는 물질, 예를 들어 폴리아세틸, 특히는 POM(폴리옥시메틸렌), 폴리프탈아마이드(예컨대, AMODEL®등급) 또는 폴리아마이드류, 및 특히는 보강된(예컨대 유리섬유로 보강된) 폴리아마이드 등급과 같은 물질을 기초로 한다. 바람직하게, 베이스 플레이트는 폴리아마이드로 제조되며, 전술한 바와 같이 베이스 플레이트와 일체로 성형되는 이송튜브를 포함하고 있다.
본 발명에 따른 탱크에는 적어도 하나의 가요부를 가지는 가열부재가 병합된다(다시 말해서, 구비된다). "가요성의"란 수식어는 사실 "쉽게 변형가능한", 일반적으로는 원래 상태로 돌아갈 수 있는 방식을 의미하는 것으로 이해하면 된다. 일반적으로, 이는 4000 N.m 미만의 휨강도((Eh3)/(12(1-ν2))와 동일한 것으로 정의되며, 여기서 E는 ASTM D790-03 표준에 따라 측정된 가요부의 영의 계수(Young's modulus)이고, h는 가요부의 두께이며, ν는 가요부 구성물질의 포아송 비(Poisson's ratio)이다)에 해당하고; 바람직하게, 본 발명의 범위 내에서, 가요부의 강도는 1000 N.m 이하, 또는 100 N.m 또는 심지어 10 N.m, 가장 특히 바람직하게는 1 N.m 이하이다.
바람직하게, 이러한 가요부는 가요성 가열기이며, 다시 말해서 필름에 고정되거나 두 개의 필름(다시 말해서 가요성을 띠도록 선택된 재질과 두께를 지닌 두 개의 실질적으로 평평한 지지체들) 사이에 배치된 하나 이상의 저항 트랙(들)을 포함하는 히터이다. 이 필름은 바람직하게 플라스틱(비록 기타 절연성 물질도 적합하지만)으로 제조되고, 특히는 엘라스토머에 기초한다. 편의상, 몇몇 저항 트랙들을 나중에 개괄적으로 언급하기로 한다. 본 변형예에서는, 앞서 정의된 휨강도를 계산하기 위해, 필름 또는 필름들 구성물질의 휨강도로서 바람직하게는 포아송 비를 선택하는 것으로 한다.
저항 트랙들은 금속, 탄소 등, 또는 심지어는 전도성 물질류의 조합에 기초할 수 있다. 이들은 일반적으로 금속제(및 가장 특히 바람직하게는, 스테인레스강과 같은 요소-저항성 금속으로 제조됨)이다. 이들은 일반적으로 두 개의 가요성 필름들 사이에 개재된다. 예를 들어 젯 프린트 기법을 통해 가요성 필름상으로 피복된 후, 다른 가요성 필름으로 덮여지거나 절연성(바람직하게는 엘라스토머성) 물질을 사용하여 오버몰드된다. 그런 후 이들 두 필름을 (예컨대, 경화를 통해) 함께 단단히 부착하여 저항 트랙들 주변으로 확실히 밀봉시킨다. 이 트랙들을 바람직하게는 평행하게 연결함으로써, 이 중 한 트랙이 손상되어도 나머지 트랙들의 작동이 방해받지 않도록 한다.
가요성 필름들은 실리콘 수지, 폴리올레핀(폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌), 열가소성 엘라스토머(즉 TPE), 폴리에스테르, 폴리이미드(예컨대 KAPTON® 수지) 등으로 제조된다. 특히 고온에서 폴리에스테르와 폴리이미드가 요소에 대해 낮은 저항성을 가진다는 사실을 감안할 때, 본 필름들이 실리콘, 폴리올레핀 또는 TPE에 기초하는 것이 바람직하다.
가요성 필름들은 또한 복수의 중첩된 저항체(저항 트랙들) 층들을 포함할 수 있다. 기계적 강도를 향상시키기 위해 이들은 또한 유리섬유 코팅을 포함할 수 있다.
본 발명의 범위 내에 한해서, 두 개의 실리콘 수지 필름들(그 중 하나는 유리섬유망으로 덮여짐) 사이에 개재된 스테인레스강 재질의 저항 트랙들이 양호한 결과들을 제공한다.
가열기가 자신의 동력을 대류에 의해 분산시킬 수 없을시 발생하며 가열기 및/또는 요소의 열화를 초래할 수 있는 과열현상의 문제를 피하고자 하는 관점에서, 가열기의 비동력(specific power)을 국부적으로 제어하는, 다시 말해서 저항 트랙의 길이와 폭을 변경함으로써 저항 트랙의 단위면적당 동력손실을 국부적으로 가변시키는 것이 유리할 수 있다. 예를 들어, 주어진 표면에 적용되는 저항 트랙의 폭과 길이를 두 배로 하면, 본 트랙의 전체 저항과 트랙에 의해 분산되는 동력은 변하지 않을 것이다. 반면에, 본 트랙의 전체 표면적이 4배로 증가함에 따라, 비동력(또는 트랙의 단위면적당 동력손실)은 4등분 된다. 이는 현 위치에서의 트랙 온도를 낮추는 결과를 가져온다.
가요성 가열기들의 장점은, 이들의 가요성으로 인하여, 구불구불한 경로를 따를 때에도 실질적으로 벽에 부합되는 임의의 형상의 공동부 내로 용이하게 삽입된다는 것이다. 게다가, 단일 가열기(일종의 "패턴"대로 설계됨)로 탱크의 다양한 부품들, 심지어는 서로 이격된 부품들을 가열하도록 가열기는 임의의 형상을 취하거나, 가능하게는 복잡한 형상도 취할 수 있다. 따라서, 바람직한 일 변형예에 따르면, 가요성 가열기는 몸체, 및 적어도 하나의 저항 트랙 부품을 구비하고 있는 적어도 하나의 돌출부 또는 촉수를 포함한다. 가장 특히 바람직하게, 탱크 내의, 심지어는 촉수들이 연장되는 가열기의 몸체에서 멀리 떨어져 구석진 곳에 있는 내용물을 완전히, 그리고 가능한 한 균일하게 가열할 수 있도록, 가요성 가열기는 탱크 내에 일정하게 위치되는 수개의 돌출부들 또는 촉수들을 포함한다. 본 변형예에 따르면, 가열기의 몸체는 하나의 저항 트랙, 촉수들 및 바람직하게는 전원단자에 병렬로 연결되는 적어도 하나의 다른 저항 트랙을 포함하고 있다.
"몸체"란 용어는 여기로부터 촉수들이 비롯되거나 저항성 트랙들이 출발하여 도착되는, 가열기의 일부분을 의미하는 것으로 이해하면 된다. 앞서 언급된 촉수들은 공지된 임의의 방식으로 얻을 수 있다. 유리하게, 이 촉수들은 저항 트랙 또는 트랙들을 차단하지 않은 채 가열기 자체에서 절단된 생성물들이다. 이를 수행하기 위한 한 특정한 방법은 미리 정해진 패턴에 따라 저항 트랙들을 실리콘 필름 상에 배치하는 단계; 트랙들을 제 2 실리콘 필름으로 덮는 단계; 그리고 마지막으로, 앞서 언급된 절단을 수행하는 단계로 구성된다.
본 발명에 따르면, 가요성 가열기는 요소탱크 내부에 위치하며, 이로써 탱크가 꽉 차있는 경우 요소(액상) 내에 (부분적으로 또는 완전히) 침지된다. 바람직하게, 본 가열기는 탱크가 거의 비어있는 경우에도 요소를 가열할 수 있도록 위치된다. 이 목적을 위해, 적어도 하나의 촉수를 충분히 길게 형성함으로써 이 촉수가 탱크의 저부에 안착되게 하는 것이 유리하다. 자유로운 상태로 있는 가요성 촉수(들)(즉, 탱크에 부착되어 있지 않은 촉수들)을 가지는 일 변형예는 가요성 가열기 조립체 및 이의 지지체가 여러 다양한 요소탱크 디자인용으로 적합하다는 장점을 가지는 데, 그 이유는 요소탱크들 내부에서 이러한 촉수들을 접어 다양한 형상의 탱크들에 맞게 적용시킬 수 있기 때문이다.
앞서 언급된 바와 같이, 본 발명에 따른 가요성 가열기는, 상기 가열기(및/또는 특정의 탱크 부속품들)를 향해 또한 보호역할을 하는 지지체(바람직하게는 경성인, 즉, 심하게 변형이 안 되는 물체)에 고정되는 것이 바람직하다. 일반적으로, 가열기의 몸체는 지지체에 부착되며, 촉수들은 자유로운 상태로 있거나, 특정의 탱크 부품 또는 부속품들에 부착된다.
본 지지체는 탱크 내에서 다른 역할을 수행할 수도 있는 임의의 부품일 수 있다. 유리하게, 본 지지체는 전술된 바와 같은 베이스 플레이트 내로 통합(베이스 플레이트와 단일 부품으로 제조되거나 베이스 플레이트 상에 부착)된다. 바람직하게, 이는 전술된 바와 같은 침지형 베이스 플레이트로서, 적당한 지점에서 가열되어야 하는 라인(들)(상기 베이스 플레이트를 탱크의 저부에 연결함)을 제거하지 않고 가능하다. 대안으로, 통상의 베이스 플레이트를 요소탱크의 상부벽에 배치할 수 있되, 이 경우에는 라인들을 가열하고, 탱크의 저부를 가열시킬 수 있을 정도로 (적당한 지점에서, 촉수들이) 충분한 길이를 또한 제공할 필요가 있다.
바람직하게, 지지체와 베이스 플레이트는 전술된 바와 같은 플라스틱을 사출성형함으로써 단일 편에서 제조된다.
지지체는 임의의 형상을 가질 수 있다. 유리하게, 지지체는 대체로 원통형이며, 요소탱크의 전체 높이를 넘어 상당히 연장된다. "상당히"라는 용어는 사실 제조 공차 및/또는 열팽창을 고려하여, 탱크의 전체 높이를 넘어서 수(a few) mm(또는 심지어 1 내지 2 cm) 내의 범위까지 연장되는 것을 의미하는 것으로 이해하면 된다. 그러므로, 결빙이 발생하는 경우, 이 영역에서 가열되지 못하는 얼음층이 형성되는 위험이 생기고, 이와 관련되는 위험은 이 얼음층 하에서 진공이 형성되는 것에 이어 분사장치가 멈추고 요소가 펌핑되지 않게 된다는 것이다.
그러므로, 저항 트랙을 적어도 일부 포함하는 적어도 하나의 가요성 탭(tab)을 가열기에 제공하고, 탱크의 상부벽과 영구적인 접촉을 이루도록 탭의 위치, 크기 및 형상을 정하여 샤프트가 전술한 얼음층을 관통하도록 하는 것이 유리하다.
가열 부재로 하여금 탱크의 상부벽과 영구적인 접촉을 이루도록 하는 이러한 구상은 본 발명의 범위 밖에서, 임의 유형의 가열기 및/또는 펌프작용에 의해 저장조에서 인출되고 이 저장조 내에서 결빙될 수 있는 액체를 사용하는 경우에도 역시 유리하다는 점을 주지해야 한다.
바람직하게, 가열기 지지체는, 그 내부에 가요성 가열기의 적어도 일부가 부착되는 용적(폐쇄 또는 개방상태)을 한정한다. 촉수들이 마련된 유리한 변형예에 따르면, 가열기의 몸체는 이 용적에 부착되고, 촉수들은 이 용적의 외부로 적어도 일부 연장된다.
일 변형예에 있어서, 이러한 용적은 폐쇄상태로 있으며, 다시 말해 이 용적은, (모든 사용 조건들 하에서 액상 요소의 최저 체적을 보장하는) 요소 트랩으로서 작용하고 실질적으로 고체인 측벽에 의해 한정된다. 동일 변형예에 따르면, 트랩을 침지형 베이스 플레이트로 통합하는 것, 다시 말해서, 이러한 베이스 플레이트와 단일 편에서 트랩을 제조(또는 베이스 플레이트에 부착됨)하는 것이 특히 유리하며, 이로써 이들 두 구성요소들을 연결하는 라인을 가열해야 할 필요가 없어진다. "실질적으로 고체"란 용어는 이러한 벽이 오리피스들을 포함할 수 있다는 것을 의미하는 것으로 이해하면 되되, 하부에 요소를 가둘(trap) 수 도록 오리피스들은 상부에 배치된다.
동일한 경우에, 만일 가열기에 촉수들이 마련되어 있다면, 바람직하게 촉수들은 트랩의 상부 에지(일반적으로 개방상태에 있음)로부터 탱크 내측으로 연장된다.
대안으로는, 요소의 가열을 용이하게 하는 대류 루프들을 생성할 수 있게 하는 개구부들이 형성된 일종의 상자(box)로 지지체를 구성할 수 있다. 유리하게는, 이 개구부들의 일부를 이용하여 촉수들이 탱크의 저부쪽으로 연장되도록 허용한다. 이러한 대류 현상은 또한 요소의 이동에 의해 촉진됨을 주지해야 한다.
전술된 두 가지의 변형예들(요소 트랩 및 대류 상자)을 조합(앞서 언급된 바와 같이 상부에 오리피스들이 구비된 트랩으로서)할 수 있다는 점을 주지해야 한다.
특히, 촉수들이 지지체의 최상부(top)에서 연장될 때, 특정 촉수들의 자유 단부가 부유상태에 있게 되거나, 가열되지 말아야 하는 기체상 내로 연장되는 위험이 발생한다. 이를 피하기 위해서는, 이들 자유 단부들에 단단하게 부착되는 일종의 부유체를 제공하여 강제로 자유 단부들을 액체상 내에 머물도록 하는 것이 유리하다.
부유체의 원리는 모든 형상의 가요성 가열기에 일반화될 수 있으며, 가열기의 "부상(rising)"부(들)를 하나의(몇몇의) 부유체(들)에 부착함으로써 가열기가 항상 이(들) 부유체(들)의 하부에 머물면서 침지되도록 보장할 수 있고, 이는 액상 요소 상부에 위치하는 기상영역(vapor zone)이 가열되는 것을 방지한다.
바람직하게 가열기는 자신의 지지체에 기계적으로 부착되며, 이때 사용되는 것이 클립류, 리벳류, 볼트류 등으로서 이들을 통과시키는 목적으로 가열기 및 그의 지지체 양쪽에 형성된 오리피스들을 관통하여 가열기를 지지체에 부착시킨다. 예를 들어, 프로브들을 위한 입구를 제공하도록 기타 다른 오리피스들을 가열기에 형성하여도 된다.
위에 언급된 촉수부들 중 적어도 하나는 튜브(특히는, 작은 직경의 튜브) 내로, 예를 들면 앞서 언급된 요소 분사 회로로의 연결을 위한 이송튜브 내로 삽입가능한 크기로 유리하게 만들어져 있다. 바람직하게, 요소의 공급관 및 회수관 내로 각각 삽입되도록 적어도 두 개의 촉수들이 제공된다. 가장 특히 바람직하게, 이(들) 촉수(들)의 단부에는 튜브/이송튜브를 통해 촉수를 잡아서 당길 수 있게 하는 릴리프가 마련된다. 특히 적합한 릴리프의 예로는 단순 오리피스(simple orifice)이며 이를 통해 후크부(hook)가 삽입될 수 있다.
본 발명의 특히 유리한 일 변형예에 따르면, 가열기는 요소의 전체 유압경로를 따를 수 있도록, 다시 말하면 탱크의 충전 계면(filling interface)으로부터, 필터, 적당하다면, 벤츄리, 게이지 또는 심지어 펌프를 통과하면서, 분사장치로의 연결을 위한 이송튜브까지 연장되도록 설계된다. 따라서, 본 발명의 유리한 일 변형예에 따르면, 하나의 가열기가 탱크 전체와 그의 부속품들을 가열한다. 이는 앞서 설명한 바와 같이 전기 연결을 제한시킨다는 장점을 지닌다.
본 발명의 범위(다시 말해서 임의의 형상의 가열기 및/또는 결빙될 수 있는 액체)와는 무관하게, 가열기를 충전 계면(파이프)에 제공하는 것이 유리한데, 그 이유는 이 위치에서 결빙 폐색물이 형성될 수 있고, 결빙이 발생할 경우 탱크가 충전되는 것을 방지할 수 있기 때문이다. 그러므로, 본 발명에 따른 가열기는, 바람직하게, 적어도 일부가 탱크의 충전 계면 내로 연장되는 적어도 하나의 촉수를 포함한다.
필터를 가열하는 특수한 경우에 관해서, 일반적으로 필터는 별개로 제조되어, 대개는 베이스 플레이트에 장착된 요소 분사 회로 내로, 밀봉재를 사용하는 간단한 누설방지 기계식 부착법에 의해 삽입(다시 말해서, 본 회로의 일부를 형성하는 라인에 연결)된다는 점을 주지하여야 한다. 그러므로, 가요성 가열기는 불침투성을 저하시키는 위험 때문에 필터의 하류측 영역 내로 삽입되어서는 안된다.
이러한 문제를 해결하기 위한 제 1 방법은 (밀봉재가 있는) 이 영역에 바이패스를 제공하는 것으로, 다시 말하면 필터 바로 앞의 가열부재를 위한 유입 오리피스 및 필터 바로 뒤의 가열부재를 위한 유출 오리피스를 구비하고 있는 추가적 튜브를 제공하는 것으로 구성된다. 그러나, 요소가 필터를 우회하는 것을 막기 위해 이 추가적 튜브로 하여금 가열기 주변의 누설을 방지하게 하는 것이 필수적이기 때문에, 이러한 해결책은 복잡하다.
그러므로, 바람직한 해결책은 상기 가열부재를 탱크 내에 조립하기 전에 그리고 필터를 연결하기 전에, 가열부재 상으로 밀봉재를 오버몰드하는 것으로 구성된다. 게다가 이 해결책 역시 본 발명의 범위 밖에서, 예를 들면 필라멘트 유형의 가열 부재 및/또는 요소 이외의 액체를 사용하는 경우에 유리하다.
전술한 유리한 변형예에 따르면 히터는 두 개의 가요성 필름들 사이에 개재되거나 한 가요성 필름에 고정되어 있는 적어도 하나의 저항 트랙을 포함하고 있으며, 특히 유리한 일 변형예에 따르면 적어도 두 개의 트랙들이 병렬로 연결되어, 탱크 내의 요소 수위를 측정가능하게 하는 용량형 게이지를 형성한다. 이 트랙들은 일반적으로 낮은 저항을 가지고 있으며 가열기의 가열 효과에 거의 참여하지 않는다.
일 변형예에서는, 4 개의 이러한 트랙들을 제공함으로써, 쌍으로, 기준 캐패시터 및 측정용 캐패시터를 각각 형성한다. 바람직하게는, 탱크 내에 약간의(적은 양만이라도) 요소가 생기는 즉시 이 요소에 기준 캐패시터가 침지되고(바람직하게는 탱크의 저부에 위치할 정도) 측정 영역 내 탱크의 전체 높이를 측정용 커패시터가 덮도록, 트랙들을 위치시킨다.
가열 및 수위 측정용 트랙들 각각의 특이성을 감안할 때, 이들 각각의 폭과, 적당하다면, 표면 필름의 두께를 조정하는 것이 유리하다. 일반적으로, 측정용 트랙들은 얇으며 더 얇은 두께의 필름으로 피복되어 있다. 이러한 두 가지 유형의 트랙들은 스테인레스강(바람직하게는, 예컨대 Cu의 요소에 대한 저항성보다 실질적으로 높은 저항성을 가지는 등급으로부터)으로 제조되며, 지지체로서 작용하도록 충분한 두께를 가지는 통상의 실리콘 필름에 고정되고; 실리콘 수지에 또한 기초하는 코팅을 포함하되, 이 코팅의 두께는 가열 트랙들 상에서(두께가 1 mm에 이름) 보다 측정용 트랙들 상에서(예를 들어, 약 100μm) 더 얇은 것을 특징으로 한다.
비록 본 발명의 범위 내에서(요소탱크 내의 가열 및 수위 측정) 기술되었지만, 탱크에서 사용될 액체에 상관없이 게이지를 제외하여도 되기 때문에 전술한 가요성 가열기가 기타 유형의 탱크용으로 또한 적합하다는 것이 명백하다.
또한 본 발명은 전술된 바와 같은 베이스 플레이트에 관한 것으로, 본 발명의 범위 내에서, 다시 말하면, 요소 저장 시스템 및/또는 분사 장치의 적어도 하나의 액티브 부속품 및 바람직하게는 가요성 가열기(바람직하게는 단일 가열기로서, 탱크와 그 안에 통합된 부속품들 전체를 가열시킬 수 있도록 설계되고 위치됨)로 구성된 가요성 부분을 가지는 적어도 하나의 가열부재를 통합하는 베이스 플레이트에 관한 것이다.
앞서 언급된 가요성 가열기들 및 베이스 플레이트들에 관련된 모든 바람직한 변형예들은, 특히:
- 가열기가 바람직하게는 병렬로 연결되어 있는 복수의 저항 트랙들을 포함할 수 있다는 사실;
- 가열기에는 바람직하게 촉수들이 구비되어 있되, 이 중 일부는 자유로운 상태로 있으면서 탱크 내로 연장되고 다른 것들은 라인, 이송튜브 등으로 좀 더 용이하게 삽입될 수 있도록 오리피스를 구비하고 있다는 사실; 및/또는
- 가열기는 연료 트랩 및/또는 대류상자로서 작용할 수 있는 지지체에 고정된다는 사실이 본 발명의 양상에 적용된다.
첨부된 도면들 1 내지 4에 의해 본 발명을 비제한적으로 예시하고자 한다.
도 1은 본 발명의 여러 변형예에 따른 가요성 가열기가 구비된 베이스 플레이트의 3차원 입체도로 구성된 도면.
도 2는 역시 본 발명의 여러 변형예에 따른 가요성 가열기가 구비된 다른 베이스 플레이트의 3차원 입체도로 구성된 도면.
도 3은 본 발명의 또 다른 변형예에 따른 가요성 가열기가 구비된 베이스 플레이트의 두 개의 3차원 입체도로 구성되어 있되, 도 3b에서는 요소 트랩을 의도적으로 삭제하여 그 내부의 가열기 형상을 도시하는 도면.
도 4는 동일한 베이스 플레이트의 평면도 및 두 개의 단면도를 예시하는 도면.
도면들에서의 동일한 번호들은 동일하거나 유사한 구성요소들을 지칭한다.
도 1에 예시된 베이스 플레이트(1)는 가요성 가열기(2)를 통합하고, 여기서 가열기는 클립류(5)를 사용하여 지지체(4)의 내부에 고정된 몸체(3), 및 이 몸체(3)에 연결되며 요소탱크(미도시) 내부로 연장가능한 자유 단부를 가지고 있는 촉수들(6)을 포함한다.
가열기(2)의 지지체(4)에는 대류 루프들을 생성할 수 있게 하고, 촉수들(6)의 자유 단부를 통과시키는 개구부들(7)이 형성되어 있다.
가열기는 앞서 설명된 바와 같이 얼음 캡(층)을 관통하는 샤프트를 생성하기 위해 탱크의 상부벽과 영구적인 접촉을 이루도록 된 탭(8)을 포함한다.
또한 가열기는 요소 분사 장치(미도시)로의 연결을 위한 이송튜브(9) 내로 삽입될 수 있도록 특별히 크기가 조정된 촉수(6')를 포함하고 있다.
베이스 플레이트(1)는 탱크 내의 요소 수위를 측정하는 게이지(10) 및 본 도 면에는 명확히 표시되지 않은 기타 부속품들, 예를 들어 온도 센서, 필터 등을 병합한다.
이들 중 한 부속품의 단부는, 벤츄리(미도시)에 연결되고 지지체(4) 외부에 액체가 흡입될 수 있게 하여 지지체를 충전시키는 튜브(11)에 단단히 부착된다. 본 변형예에 따르면, 지지체(4)는 오리피스들을 구비하고 있지 않으며 액체(요소) 트랩으로서 작용한다.
반면에, 도 3 및 도 4에 예시되어 있는 베이스 플레이트(1)는 탱크의 상부벽에 있는 오리피스를 밀봉하도록 의도된 베이스 플레이트이다. 이 목적을 위해, 베이스 플레이트에는 탱크의 돌출부 상에 있는 보조 나사산과 맞물려 작용하는 나사산(1')(도 4의 단면도들에서 볼 수 있음)이 구비되어 있다.
본 베이스 플레이트(1)는 요소 트랩으로서 작용하는 가요성 가열기(2)를 위한 지지체(4)를 또한 통합한다. 이 지지체(4)는 (도 4의 단면도들에서 볼 수 있듯이) 베이스 플레이트에 부착되고, 적어도 하나의 스프링(미도시)에 의해 탱크의 저부에 고정되어 있다.
가열기(2)는 베이스 플레이트(1) 및 지지체(4)의 저부에 부착된다.
가열기(2)의 가요성은 탱크의 최상부와 저부 간의 거리에 따라 결정되는 스프링의 다양한 압축비에 맞게 가열기가 조정될 수 있도록 한다.

Claims (24)

  1. 통합된 가열부재가 구비된 요소탱크로서, 상기 가열부재는,
    - 가요성 필름에 고정되는 하나의 저항 트랙; 또는
    - 두 개의 가요성 필름 사이에 개재되는 하나의 저항 트랙; 또는
    - 가요성 필름에 고정되고 두 개의 가요성 필름 사이에 개재되는 하나의 저항트랙; 중 하나 이상을 포함하는 가요성 가열기인 가요성 가열부를 하나 이상 포함하고,
    상기 가요성 가열기는 병렬로 연결된 복수의 저항 트랙들을 포함하는, 요소탱크.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 가요성 가열기는, 두 개의 실리콘 수지 필름들 사이에 개재되는 하나 이상의 스테인레스강 저항 트랙(들)을 포함하고, 상기 실리콘 수지 필름들 중 하나는 유리섬유망으로 덮여 있는 것을 특징으로 하는 요소탱크.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 가요성 가열기는 저항 트랙의 단위면적당 동력 손실이 가변적인 것을 특징으로 하는 요소탱크.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 가요성 가열기는 저항 트랙의 적어도 일부를 포함하는 적어도 하나의 촉수를 구비하는 것을 특징으로 하는 요소탱크.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 가요성 가열기는 탱크, 요소 분사장치, 또는 탱크 및 요소 분사장치인 적어도 하나의 액티브 부속품을 통합하는 베이스 플레이트 내로 통합되는 지지체에 고정되는 것을 특징으로 하는 요소탱크.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 지지체는 실질적으로 원통의 형상을 가지며 상기 탱크의 전체 높이를 넘어 상당히 연장되는 것을 특징으로 하는 요소탱크.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 가열기는, 상기 저항 트랙의 적어도 일부를 구비하고 상기 탱크의 상부벽과 영구적인 접촉을 이루는 적어도 하나의 가요성 탭을 포함하는 것을 특징으로 하는 요소탱크.
  9. 제 6 항에 있어서, 상기 지지체는, 그 내부에 가요성 가열기의 적어도 일부가 부착되는 용적을 한정하는 것을 특징으로 하는 요소탱크.
  10. 제 5 항에 있어서, 적어도 하나의 촉수는 부유체에 단단하게 부착되는 자유 단부를 가짐으로써 자유 단부를 강제로 액체상 내에 머물도록 하는 것을 특징으로 하는 요소탱크.
  11. 제 5 항에 있어서, 적어도 하나의 촉수는 튜브 내로 삽입가능한 크기로 만들어지고, 상기 촉수는 오리피스가 구비된 자유 단부를 포함하는 것을 특징으로 하는 요소탱크.
  12. 제 5 항에 있어서, 적어도 하나의 촉수는 상기 탱크의 충전 계면 내로 적어도 부분적으로 연장되는 것을 특징으로 하는 요소탱크.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 탱크는 상기 가요성 가열기의 일부가 내부에 삽입된 라인에 연결되는 필터를 포함하며, 상기 필터는 밀봉재를 사용하는 불침투성 기계식 부착법에 의해 상기 라인에 연결되는 것을 특징으로 하는 요소탱크.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 가열기는 상기 탱크 내의 요소 수위를 측정가능하게 하는 용량형 게이지를 형성하도록 병렬로 연결될 수 있는 적어도 2 개의 트랙들을 포함하는 것을 특징으로 하는 요소탱크.
  15. 제 1 항에 따른 요소탱크용으로 적합한 베이스 플레이트로서, 요소 저장 시스템, 분사장치, 또는 요소 저장 시스템 및 분사장치인 적어도 하나의 액티브 부속품, 및 적어도 하나의 가요부를 가지는 적어도 하나의 가열부재를 통합하고, 상기 가열부재는,
    - 가요성 필름에 고정되는 하나의 저항 트랙; 또는
    - 두 개의 가요성 필름들 사이에 개재되는 하나의 저항 트랙; 또는
    - 가요성 필름에 고정되고 두 개의 가요성 필름 사이에 개재되는 하나의 저항트랙; 중 하나 이상을 포함하는 가요성 가열기이고,
    상기 가열부재는,
    - 병렬로 연결되어 있는 복수의 저항 트랙들을 포함;
    - 촉수들을 구비하되, 이 중 일부는 자유로운 상태로 있으면서 상기 탱크 내로 연장되고 다른 것들은 라인, 이송관 등으로 좀 더 용이하게 삽입될 수 있도록 오리피스를 구비;
    - 연료 트랩 및 대류상자 중 하나 이상으로서 작용할 수 있는 지지체에 고정; 중 하나 이상을 갖는 것을 특징으로 하는 베이스 플레이트.
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 삭제
  21. 삭제
  22. 삭제
  23. 삭제
  24. 삭제
KR1020097026133A 2007-05-16 2008-05-15 통합된 가열부재를 구비한, 요소탱크 및 베이스 플레이트 KR101540125B1 (ko)

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