KR20160040291A

KR20160040291A - 탱크에 설치하기 위한 전달 모듈을 생산하는 방법

Info

Publication number: KR20160040291A
Application number: KR1020167006000A
Authority: KR
Inventors: 빌프리트 뮐러; 에그베르트 지에니크
Original assignee: 콘티넨탈 오토모티브 게엠베하
Priority date: 2013-08-07
Filing date: 2014-07-14
Publication date: 2016-04-12
Also published as: CN105612321A; DE102013108501A1; WO2015018604A1; US9920677B2; JP2016535196A; US20160186633A1; EP3030764A1

Abstract

본 발명은, 액체 첨가제를 저장하는 탱크(3)에 설치되고 전기 PTC 히터(1)를 구비하는 전달 모듈(2)을 생산하는 방법에 관한 것이다. 방법의 단계 a)에서, 상기 전달 모듈(2)에 이용 가능한 최대 전기 전력이 한정된다. 방법의 단계 b)에서, 상기 전기 PTC 히터(1)의 위치(21)로부터 상기 탱크(3)로의 상기 전달 모듈(2)의 열 전도율이 수립된다. 단계 c)에서, 상기 최대 전기 전력과 상기 열 전도율로부터 상기 PTC 히터(1)의 스위칭 온도(4)가 계산된다. 단계 d)에서, 상기 PTC 히터(1)를 위한 대응하는 스위칭 온도(4)를 갖는 PTC 물질이 상기 위치(21)에 장착된다.

Description

탱크에 설치하기 위한 전달 모듈을 생산하는 방법{METHOD FOR PRODUCING A DELIVERY MODULE FOR INSTALLATION INTO A TANK}

본 발명은, 탱크에 설치될 수 있고 전기 PTC 히터를 구비하는 전달 모듈을 생산하는 방법에 관한 것이다. 이 전달 모듈은, 특히, 액체 첨가제(특히, 요소/물 용액(urea/water solution))를 저장하는 탱크에 적절하다.

액체 첨가제를 공급받아 배기 가스를 정화하는 배기 가스 처리 장치가 알려져 있다. 이런 유형의 배기 가스 처리 장치에서, 예를 들어, 선택적 촉매 환원 방법(selective catalytic reduction: SCR 방법)이 수행된다. 이 방법에서, 내연 엔진의 배기 가스에 있는 질소 산화물 화합물은 환원제의 도움으로 제거된다. 특히, 암모니아가 환원제로 사용된다. 암모니아는 통상 자동차에 직접 저장되지 않고, 액체 첨가제 형태로 저장되고, 이 액체 첨가제는 (배기 가스 처리 장치에서) 배기 가스 내에서 암모니아로 변환되고/되거나 (이 목적을 위하여 특별히 제공되는 반응기에서) 배기 가스 외부에서 암모니아로 변환될 수 있다. 특히 배기 가스를 정화하는데 빈번히 사용되는 액체 첨가제는 요소/물 용액이다. 32.5%의 요소 함량을 포함하는 요소/물 용액이 AdBlue(등록상표)라는 상업명으로 이용 가능하다.

특히, 전달 모듈과 수성 첨가제(aqueous additive)를 제공하는 탱크를 설계하는 동안, 이 수성 첨가제는 저온에서 동결될 수 있다는 것을 고려하여야 한다. 예를 들어, 요소/물 용액은 대략 -11℃에서 동결된다. 자동차 분야에서, 이런 유형의 저온은, 특히, 겨울철에 자동차가 오래 정지해 있는 동안 일어날 수 있다. 이것은, 특히, 전달 모듈을 재시작(restart)하는 동안 문제된다. 정상적인 요구조건은 자동차를 시작한 직후 액체 첨가제가 이용 가능하여야 하는 것이다. 이 때문에, 액체 첨가제를 저장하는 탱크 상에/내에 또는 전달 모듈 상에/내에 (능동) 가열 시스템을 제공하는 것이 알려져 있다. 전기 히터, 내연 엔진의 가열된 냉각 액체로 동작되는 히터, 및/또는 내연 엔진의 배기 가스의 열(배기 가스 열)을 이용하는 히터가 이 목적을 위해 제안되었다.

전기 히터는 자동차의 동작 시작 시부터 바로 후에 많은 양의 열 에너지를 이미 제공할 수 있다는 장점을 구비한다. 이에 비해, 가열된 냉각 액체와 배기 가스 열은 내연 엔진이 상대적으로 오래 동작한 상태 후에만 이용 가능하다. 그러나, 전기 에너지는, 에너지 저장매체(예를 들어, 재충전가능한 배터리 또는 커패시터)에 의해 충분한 양이 제공될 수 있어야 한다. 자동차에서 전기 에너지를 제공하는 가능성은 제일 먼저 전체적으로 이용 가능한 에너지의 양에 의해 제한된다. 예를 들어, 한정된 에너지 양(예를 들어, 1 또는 2 MJ)만이 전체적으로 가열에 이용 가능할 수 있다. 나아가, 요구될 수 있는 전기 전력에는 일반적으로 한계가 존재한다. 이 한계는 에너지 저장매체의 능력 및/또는 에너지 저장매체로부터 히터로 전기 연결 라인으로부터 초래된다.

나아가, 탱크 및/또는 액체 첨가제를 제공하는 전달 모듈에 대해 이런 유형의 가열 시스템을 설계하는 동안, 과도한 가열에 의해 액체 첨가제에 화학적으로 미칠 수 있는 영향을 고려하여야 한다. 한계 온도를 초과하는 경우 요소/물 용액은 화학적으로 변환되어, 예를 들어, 암모니아 또는 원치 않는 중간 제품을 형성할 수 있다. 여기서 암모니아는 전달 유닛의 부품을 부식시키고 손상시킬 수 있으므로 이 한계 온도를 초과하는 일이 전달 모듈과 탱크에서 일어나서는 안된다. 그리하여, 최대 온도를 초과할 때 자동적으로 활성 해제(deactivated)되는 히터가 특히 유리하다. 예를 들어, 전기 PTC(PTC = positive temperature coefficient) 가열 소자(heating element)가 알려져 있다. 이들 PTC 가열 소자는 전기 저항이 온도에 특정 의존성을 나타내는 전기 가열 소자이다. 여러 PTC 가열 소자에는, 각 경우에 전기 저항이 급격히 증가되는 특성 및/또는 물질에-특정된 스위칭 온도가 존재한다. 그리하여, 스위칭 온도에 도달할 때 PTC 가열 소자를 통한 가열 전류는 감소되고, 온도가 스위칭 온도를 초과하여 상당히 상승하는 것이 방지된다. 설명된 PTC 특성을 구비하고 대부분의 PTC 가열 소자를 구성하는 물질은, 예를 들어, 티탄산바륨(BaTiO₃)이다. 그러나, 여기에 사용될 수 있는 이용 가능한 다수의 상이한 PTC 물질은 또한 상이한 가격을 가지고 있는 것으로 이해된다.

전술한 바로부터 시작하여, 본 발명의 목적은 설명된 기술적 문제를 해결하거나 적어도 완화하는 것이다. 특히, 가능한 한 적은 전력 손실과 가능한 한 균일한 가열 성능을 가지고 가열 시스템이 특히 유리한 동작을 수행할 수 있는 전기 PTC 히터를 구비하는 전달 모듈을 생산하는 방법 및 대응하여 생산된 전달 모듈은 것이 제시된다.

이들 목적은 특허 청구항 1에 청구된 방법에 의해 달성된다. 본 발명의 추가적인 유리한 개선은 종속 특허 청구항에 제시된다. 특허 청구항에 개별적으로 설명된 특징부는 임의의 원하는 기술적으로 의미있는 방식으로 서로 결합될 수 있고, 상세한 설명에 있는 설명 사항, 특히 또한 도면에 있는 사항에 의해 보다 상세히 보충될 수 있다.

본 발명은, 액체 첨가제를 저장하는 탱크에 설치되고, 전기 PTC 히터를 구비하는 전달 모듈을 생산하는 방법으로서, 적어도 다음 단계들:

a) 상기 전달 모듈에 이용 가능한 최대 전기 전력을 고정(fix)하는 단계,

b) 상기 전기 PTC 히터의 위치로부터 상기 탱크로의 상기 전달 모듈의 열 전도율을 결정하는 단계,

c) 상기 최대 전기 전력과 상기 열 전도율로부터 상기 PTC 히터의 스위칭 온도를 계산하는 단계, 및

d) 상기 PTC 히터를 위한 대응하는 스위칭 온도를 갖는 PTC 물질을 상기 위치에 장착하는 단계를 포함하는 방법에 관한 것이다.

상기 전달 모듈은 바람직하게는, 상기 액체 첨가제를 전달하는 (능동 또는 제어가능한) 부품이 내부에 위치되고, 탱크의 바닥(bottom)에 있는 개구로 삽입될 수 있는 하우징을 구비한다. 상기 액체 첨가제를 전달하는 부품은, 특히, 상기 액체 첨가제를 전달하고 또한 상기 액체 첨가제를 계량(metering)하여 제공할 수 있는 펌프를 포함한다. 상기 액체 첨가제를 위한 라인은 바람직하게는 상기 전달 모듈을 통해 이어진다. 상기 펌프는 상기 라인 상에/내에 배열된다. 상기 액체 첨가제는 상기 탱크로부터 상기 펌프에 의해 흡입점에서 제거되고 상기 전달 모듈의 공급 커넥터로 제공된다.

상기 전달 모듈의 구성은 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면 상기 탱크의 구성 및/또는 상기 전달 모듈의 전달 성능에 따라 여기에 다수의 적응을 수행할 수 있을 것이므로 여기서는 모두 구체적으로 한정되지 않는다. 그럼에도 불구하고, 설명된 방법에 의해 생산될 수 있는 전달 모듈의 2개의 특별한 설계 변형이 예로서 차후 제시된다.

단계 a)에서 고정된 최대 전기 전력(W_max)은, 예를 들어, 전달 모듈에 전기 에너지를 공급하는 전기 공급 라인의 단면에 의해 한정될 수 있다. 자동차에서 이용 가능한 공급 전압은, 예를 들어, 12 V, 24 V 또는 심지어 48 V에 있다. 전기 공급 라인의 단면에 따라, 공급 라인을 통해 전달될 수 있는 최대 전기 전력은 이용 가능한 공급 전압으로부터 초래된다. 최대 전기 전력은 자동차 제조사에 의해 고정되는 것도 가능하다. 최대 전기 전력은 자동차에서 전류 공급원(예를 들어, 자동차의 재충전가능한 배터리 및/또는 발전기)이 제한된 전기 전력만을 이용 가능한 것에 의해 고정될 수도 있다. 나아가, 액체 첨가제를 위한 전달 모듈에 더하여, 자동차는 정상적으로 전달 모듈의 시작 시 가열하고/하거나 그 가열에 이용 가능한 최대 전기 전력을 제한할 수 있는 추가적인 전기 소비자(electrical consumer)를 구비한다.

상기 방법은 단계 a)에서 최대 전기 전력이 100 W 내지 200 W 값, 특히 110 W 내지 130 W 값으로 고정되고, 매우 특히 바람직하게는 (대략) 120 W 값으로 고정되는 경우 특히 유리하다. 이 문맥에서, 최대 전기 전력은 영구적으로 전달 유닛의 동작 동안, 다시 말해, 예를 들어, 적어도 5 분 또는 심지어 적어도 10 분의 적어도 미리 한정된 시간 간격 동안 전달 유닛에 이용 가능하고, 상기 전달 유닛에 의해 요구되는 것으로 고려된다. 매우 짧은 시간 간격 동안 상기 전기 PTC 히터를 스위치온(switch on)한 직후 상기 전달 유닛이 요구하는 전기 전력은 포함되지 않는다. 상기 전기 PTC 히터가 스위치온되면, 잠시 동안 스위치-온 전류(피크 전류)가 발생하여, 전달 유닛이, 예를 들어, 2 분 미만 또는 심지어 1 분 미만의 매우 짧은 시간 간격 동안 250 W를 초과하거나, 특히 심지어 350 W를 초과하는 전기 전력을 요구할 수 있다. 특히, 이런 유형의 피크는 여기서 고려되지 않는다.

상기 전기 전력은 통상 자동차의 다른 부품들의 동작을 손상시킴이 없이 자동차에서 액체 첨가제를 위한 전달 모듈에 이용 가능할 수 있다.

단계 b)에서, 상기 전기 PTC 히터의 위치로부터 탱크로 상기 전달 모듈의 열 전도율이 결정된다. 또한 상기 (한정된) 위치는, 상기 전기 PTC 히터가 장착되는, 상기 전달 모듈 내 (실제 또는 차후) 위치를 궁극적으로 제시한다. 상기 열 전도율은 통상 상기 전력과 상기 온도의 비(W/kelvin)로 한정된다. 상기 열 전도율은 상기 히터의 위치와 상기 탱크 사이에 1 켈빈(kelvin)의 온도 차이가 있는 경우 히터의 위치로부터 탱크로 전달되는 열 에너지가 얼마나 많은지를 제시한다. 상기 히터의 위치와 상기 탱크 사이에 온도 차이가 상승하면, 전달된 열량이 또한 비례하여 상승한다. 상기 열 전도율은 상기 전달 모듈의 구성(물질, 배열 등)에 의존한다. 특히, 상기 탱크의 내부 공간으로부터 위치의 간격과, 상기 위치와 상기 탱크의 내부 공간 사이에 사용된 물질(특히, 상기 전달 모듈의 하우징의 물질)이 상기 열 전도율과 관련된다. 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면, 상기 전달 모듈의 특정 구성과 상기 히터를 장착하기 원하는 위치로부터 시작하여 탱크 내부 쪽으로 대응하는 열 전도율의 양을 (통상 계산 보조기구를 사용하여) 결정하는 것은 일반적으로 문제되지 않는다.

상기 방법은 단계 b)에서 열 전도율이 상기 전달 모듈의 유한 요소 시뮬레이션(finite element simulation: FEM)에 의해 결정된 경우 특히 유리하다.

유한 요소 시뮬레이션(FEM 시뮬레이션)에서, 상기 전달 모듈의 물질의 열적 거동과, 특히, 상기 전달 모듈의 하우징의 물질의 열적 거동과, 상기 히터의 위치와 상기 탱크 또는 상기 탱크의 내부 공간 사이에 위치된 상기 전달 모듈의 하우징 내 모든 모듈과 부품의 열적 거동이 시뮬레이션될 수 있다. 유한 요소 시뮬레이션에서, 상기 전달 모듈의 모델이 사용되고, 상기 하우징과 상기 모듈과 부품의 열 전도율은 (개별적으로) 저장된다. 그리하여 상기 위치로부터 상기 탱크 전체로 열 전도율이 계산될 수 있다.

상기 유한 요소 시뮬레이션은 상기 전달 모듈의 구성의 간략화된 2차원 모듈에 의해 수행될 수 있다. 2차원 모델은, 예를 들어, 상기 전달 모듈을 통한 단면으로 구성될 수 있다. 2차원 모델에서 결정된 열 전도율에 대한 값만이 제3 차원에서 실제 열 전도율을 현실적으로 추정할 수 있게 하므로 상기 전달 모듈이 적어도 대략 대칭적인 구성일 때에는 2차원 모델이 적절하다. 그리하여 특히, 유한 요소 시뮬레이션에 사용되는 모델이 전달 모듈의 실제 구성에 대응하고 전달 모듈의 (대칭적인) 기본 형상과는 다른 3차원 특징을 더 고려하는 3차원 유한 요소 시뮬레이션이 수행되는 것이 바람직하다. 전달 모듈이 원형 또는 원통형 기본 형상을 갖는 경우, 기본 형상과는 다른 유형의 특징은, 예를 들어, 충전 레벨 센서를 위한 만입부 및/또는 확장부(bulge)일 수 있다. 둥근 또는 원형 전달 모듈은 이런 유형의 특징 없이 그 자체로 간단한 방식으로 2차원으로 시뮬레이션될 수 있다.

나아가 상기 방법은, 단계 b)에서 열 전도율(α_모듈)이 실험에 의해 결정되고, 상기 탱크 내 상기 PTC 히터의 제1 온도가 고정되고 상기 탱크 내 제2 온도가 고정되고, 상기 PTC 히터로부터 상기 탱크로 흐르는 열량이 결정되고, 상기 열 전도율은 상기 제1 온도와 상기 제2 온도 사이의 차이와 상기 열량으로부터 계산되는 경우 유리하다.

이것은 단계 b)에서 상기 열 전도율을 결정하는 실험적인 접근법이다. 상기 제1 온도와 상기 제2 온도를 고정시키는 것은, 예를 들어, 각 경우에 하나의 열 교환기를 상기 탱크에 연결된 전달 모듈의 표면에 그리고 상기 PTC 히터의 위치에 배열하고, 이 열 교환기에 한정된 온도를 설정하고, 상기 온도를 유지하기 위해 상기 각 열 교환기를 통해 공급되거나 방출되는 열량과는 독립적으로 상기 온도를 취하는(hold) 것에 의해, 수행될 수 있다. 이런 유형의 열 교환기는, 예를 들어, 상기 제1 온도 또는 상기 제2 온도를 정확히 가지는 다량의 액체를 통과시키는 액체 열 교환기일 수 있다.

상기 제1 온도와 상기 제2 온도 사이의 차이로 인해 상기 PTC 히터의 위치와 상기 탱크 사이에 흐르는 열량은 상기 전달 모듈의 센서에 의해 결정될 수 있다. 여기서 복수의 온도 센서가 둘러싸는 영역에 위치되고, 상기 온도 센서에 의해 온도장(temperature field) 또는 온도 평균(temperature averaging)을 가능한 한 정확히 결정할 수 있음은 물론이다. 그러나, 또한 각 열 교환기에서 에너지 밸런스(balance)에 의해 열량을 결정하는 것도 가능하다. 제1 열 교환기에 공급되거나 방출되는 열량과 제2 열 교환기에서 방출되거나 공급되는 열량은 각 경우에 상기 PTC 히터의 상기 위치로부터 상기 탱크로 전달되거나 또는 그 역으로 전달되는 열량에 대응한다. 그러나, 이것은, 열 손실이 일어나지 않는 경우에만 적용된다. 열 전도율을 계산하는 동안, 상기 제1 열 교환기에 공급되거나 방출되는 열량과 상기 제2 열 교환기에서 방출되거나 공급되는 열량을 비교하는 것에 의해 열 손실을 선택적으로 고려할 수 있다.

상기 열 전도율을 결정하는 이런 유형의 실험적인 접근법은 열 전도율을 계산하는데 복잡한 FEM 모델을 생성할 필요가 없어서 유리하다. 나아가, 상기 접근법에 의해, 전달 모듈이 심지어 특히 복잡한 설계인 경우에도, 실제 열 전도율을 상대적으로 정확히 결정하는 것이 가능하다.

단계 c)에서, 상기 최대 전기 전력과 상기 열 전도율로부터 상기 PTC 히터의 스위칭 온도(T_스위치)가 계산된다. 상기 계산은, 예를 들어, 상기 스위칭 온도, 상기 전기 전력과 상기 열 전도율 사이의 관계를 나타내는 수학식을 사용하여 수행될 수 있다.

상기 방법은 단계 c)에서, 상기 액체 첨가제를 화학적으로 변화시키는 일 없이 탱크에서 일어날 수 있는 최대 온도(T_max,UWS)를 고려하는 경우 특히 유리하다.

상기 최대 온도는 바람직하게는 50℃ 내지 90℃[섭씨 온도], 바람직하게는 70℃ 내지 80℃에 있다. 상기 최대 온도를 고려하면, 단계 c)에서 상기 탱크 내 액체 첨가제가 상기 PTC 히터를 사용하는 것으로 인해 화학적으로 변환되는 것을 방지할 수 있다.

나아가, 단계 c)에서, 상기 탱크에서 일어날 수 있는 최소 온도(T_min,UWS)를 추정하고, 상기 최소 온도는 -11℃ 이하인 경우 유리하다. 상기 PTC 히터의 위치 또는 상기 PTC 히터와 상기 탱크 사이의 최대 가능한 온도 차이는 통상 최소 온도에 의존한다. 이 최소 온도는, 예를 들어, 자동차의 주위 영역에서 일어날 수 있는 최저 온도 및/또는 상기 탱크에서 액체 첨가제가 동결되는 경우 액체 첨가제가 이론적으로 냉각될 수 있는 최저 온도로 고정될 수 있다. 상기 최소 온도는 구역마다 상이하게 고정될 수 있고, 예를 들어, 스페인 또는 이탈리아와 같은 남쪽 국가에서보다 스웨덴 또는 노르웨이와 같은 북쪽 국가에서 실질적으로 더 낮을 수 있다. 상기 최소 온도는, 예를 들어, -20℃ 내지 -50℃에 있다.

상기 최소 온도는 상기 PTC 소자의 동작 범위의 하한 온도로 사용될 수 있다.

단계 d)에서, 티탄산바륨에 기초한 적어도 하나의 PTC 물질이 장착되는 것이 바람직하다. 티탄산바륨(BaTiO₃)은 바륨과 티타늄의 혼합된 산화물이다. 대략 120℃에서, 티탄산바륨의 위상 변화가 일어나 전기 저항의 급격한 증가를 초래한다. 이 효과를 스위칭 온도로 사용할 수 있다. 여러 물질을 첨가하는 것에 의해 PTC 물질의 원하는 스위칭 온도를 단계 c)에서 계산된 스위칭 온도에 훨씬 더 정밀하게 적응시킬 수 있다. 티탄산바륨에 기초한 PTC 물질은 탄산바륨(barium carbonate)와 티타늄 산화물의 혼합물로 제공될 수 있다. 탄산바륨과 티타늄 산화물의 분말 혼합물은 통상 고온에서 소결된다. 티탄산바륨은 이 공정으로 생산된다. 물질 첨가제는 분말 혼합물에 추가될 수 있다. PTC 물질의 전기 특성과, 특히, 분말 혼합물과 추가적인 물질 첨가제에서 탄산바륨과 티타늄 산화물의 비율에 의해 스위칭 온도를 설정할 수 있다.

단계 d)에서, 스위칭 온도와 하한 온도 사이의 범위에서 실질적으로 일정한 전기 저항을 구비하는 PTC 물질이 장착되는 것이 바람직하다. PTC 물질의 전기 저항은 하한 온도와 스위칭 온도 사이의 동작 온도 범위에서 바람직하게는 30% 미만, 바람직하게는 심지어 20% 미만, 특히 바람직하게는 10% 미만만큼 변한다. 이것에 의해 가열 전력에 영향을 미치는 추가적인 조치 없이 PTC 소자에 의해 흡수된 가열 전력이 전체 동작 온도 범위에서 실질적으로 일정할 수 있다. 예를 들어, PTC 히터를 제어하는 추가적인 제어 저항기를 없앨 수 있다.

또한 복수의 PTC 히터가 복수의 (한정된) 위치에 장착될 수 있고, 이 복수의 PTC 히터는 각 경우에 그 스위칭 온도에 적응된 것이 제공되는 것으로 이해된다. 따라서, 특히 탱크에 위치된 (동결된) 첨가제를 가능한 한 신속히 가열하기 위하여, 복수의 PTC 히터는 동일한 스위칭 온도를 구비하고/하거나 상이한 스위칭 온도를 구비할 수 있다.

나아가, 탱크에 설치하기 위한 전달 모듈로서, 상기 전달 모듈은 설명된 방법에 따라 생산되고, 상기 전달 모듈은 상기 탱크의 바닥에 삽입될 수 있는 하우징을 구비하고, 상기 하우징은 상기 탱크의 제2 내부 공간으로부터 상기 전달 모듈의 제1 내부 공간을 분리하고, 상기 전달 모듈의 상기 제1 내부 공간에는 전기 PTC 히터가 배열되고, 상기 전기 PTC 히터의 스위칭 온도는 80℃ 내지 150℃에 있는, 상기 전달 모듈이 제시된다.

상기 전달 모듈은, 상기 하우징의 상기 제1 내부 공간에 배열되고 상기 PTC 히터로부터 상기 하우징으로 열을 전달하도록 구성된 열 분배 구조물을 구비하는 경우 특히 유리하다.

이런 유형의 전달 모듈의 하우징은 바람직하게는 (주로) 플라스틱으로 형성된다. 상기 열 분배 구조물은, 예를 들어, 알루미늄으로 제조될 수 있다. 상기 PTC 히터로부터 상기 탱크로 열 전도율은 상기 하우징에 상당히 의존하는데, 특히, 상기 하우징의 형상, 상기 하우징의 (벽) 두께, 및 상기 하우징의 물질에 의존한다. 특히, 상기 하우징의 제1 내부 공간 내 열은 상기 열 분배 구조물에 의해 균일하고/하거나 표적화되게 분배될 수 있다.

설명된 방법에 따라 생산되고 탱크에 설치하기 위한 전달 모듈의 추가적인 설계 변형에서, 탱크의 바닥에 삽입될 수 있는 하우징이 제공되고, 상기 전기 PTC 히터는 상기 하우징을 둘러싸는 후드(hood)에 배열되고, 상기 PTC 히터의 스위칭 온도는 50℃ 내지 90℃, 바람직하게는 70℃ 내지 80℃에 있다. 특히, 상기 스위칭 온도는, 50℃ 내지 90℃, 특히 70℃ 내지 80℃에 이르는 고정된 최대 온도가 상기 후드 외부에 나타나는 방식으로 선택된다.

이런 유형의 후드는, 특히, 벨-형상(bell-shaped)이다. 상기 후드는 상기 하우징이 상기 탱크의 제2 내부 공간과 접촉하는 구역에서만 하우징을 둘러싼다. 상기 후드는 바람직하게는 (주로) 플라스틱 물질로 만들어진다. 상기 PTC 히터의 위치는 바람직하게는 상기 후드 내에/상에 있다. 적어도 하나의 PTC 가열 소자가 상기 후드 안으로 주조되고/되거나 사출 성형될 수 있다. 또한 열 분배 구조물은 상기 후드에 제공되고, 상기 열 분배 구조물은 매우 만족스러운 열 전도율을 구비하고, 상기 PTC 히터의 위치와 접촉하여, 상기 PTC 히터의 열을 상기 벨 후드에 분배할 수 있다.

전술한 방법에 제시된 특별한 장점과 설계 특징은 상이한 설명된 전달 모듈에도 유사한 방식으로 적용될 수 있다. 이는 상기 전달 모듈에 대하여 제시된 특별한 장점과 설계 특징에도 적용되고 상기 방법도 유사한 방식으로 또한 적용될 수 있다.

나아가, 내연 엔진과, 상기 내연 엔진의 배기 가스를 정화하는 배기 가스 처리 장치, 액체 첨가제를 저장하는 탱크, 및 상기 탱크로부터 상기 배기 가스 처리 장치로 상기 액체 첨가제를 공급하도록 구성된 설명된 전달 모듈을 구비하는 자동차가 제안된다. 상기 내연 엔진의 배기 가스에 있는 질소 산화물 화합물을 변환/환원시키는 SCR 촉매 컨버터는 바람직하게는 상기 배기 가스 처리 장치에 배열된다.

이후 설명에서, 본 발명과 기술적 배경이 도면을 사용하여 보다 상세히 설명된다. 도면과, 특히, 도면에 제시된 비율은 단지 개략적인 것으로 이해된다.
도 1은 설명된 방법의 흐름도,
도 2는 PTC 히터의 특성 곡선을 도시하는 도면,
도 3은 탱크 내 설명된 전달 모듈의 제1 설계 변형을 도시하는 도면,
도 4는 탱크 내 설명된 전달 모듈의 제2 설계 변형을 도시하는 도면, 및
도 5는 설명된 전달 모듈을 구비하는 자동차를 도시하는 도면.

전달 모듈을 생산하는 동안 발생하는 설명된 방법의 전술한 방법 단계 a) 내지 d)를 도 1에 따른 흐름도에서 볼 수 있다.

도 2는 온도 축(17)에 대해 저항 축(16)을 도시하는 다이어그램으로 도시된 PTC 곡선(18)을 도시한다. PTC 곡선(18)에서 저항 축(16)에 도시된 전기 저항은 저온에서 상대적으로 낮은 것을 볼 수 있다. 스위칭 온도(4)에서, PTC 곡선(18)에 따른 전기 저항은 높은 값으로 급격히 상승한다. 그리하여, PTC 가열 소자를 통해 흐르는 전기 전류는 스위칭 온도(4)에 도달한 후 급격히 강하한다. 전달 모듈이 동작하는 하한 온도(22)를 더 볼 수 있다. 동작 온도 범위(23)는 하한 온도(22)와 스위칭 온도(4) 사이에 있다. PTC 소자의 동작 동안 일어나는 온도는 상기 동작 온도 범위(23) 내에 있을 수 있다. 동작 온도 범위(23) 내에서 최대 저항 변화(24)는 온도에 따라 30% 미만, 바람직하게는 20% 미만, 특히 바람직하게는 10% 미만으로 일어난다.

도 3 및 도 4는 각 경우에 전달 모듈(2)이 삽입되는 탱크(3)를 도시한다. 전달 모듈(2)은 각 경우에 액체 첨가제를 전달하는 부품, 특히 펌프(19)가 배열되는 하나의 하우징(5)을 포함한다. 펌프(19)는 라인(14)을 통해 탱크(3)로부터 흡입점(25)에서 액체 첨가제를 제거하고, 이 액체 첨가제를 다시 라인(14)을 통해 (증가된 압력에서) 공급 커넥터(26)에 제공한다.

도 3에 따른 설계 변형에서, PTC 히터(1)는 하우징(5)의 제1 내부 공간(7) 내 위치(21)에 배열된다. PTC 히터(1)는 또한 여기서 열 분배 구조물(20)과 결합된다. 열 분배 구조물(20)은 PTC 히터(1)에 의해 생성된 열을 하우징(5)으로 그리고 특히, 하우징(5)의 벽으로 분배한다. 열은 하우징(5)의 제1 내부 공간(7)으로부터 하우징(5)을 통해 탱크(3)의 제2 내부 공간(8)으로 전달할 수 있다.

도 4에 따른 설계 변형에서, 하우징(5)을 둘러싸는 후드(9)는 부분적으로 전달 모듈(2)에 배열된다. 특히, 탱크(3)의 내부 공간(8)을 향하는 하우징(5) 측은 후드(9)에 의해 둘러싸이거나 또는 폐쇄된다. 적어도 하나의 PTC 히터(1)는 적어도 하나의 위치(21)에서 후드(9)에 통합된다. PTC 히터(1)에 의해 생산된 열은 후드(9)의 물질을 통해 운반되어야만 탱크의 제2 내부 공간(8)으로 전달될 수 있다.

도 5는 내연 엔진(11)과, 이 내연 엔진(11)의 배기 가스를 정화시키는 배기 가스 처리 장치(12)를 구비하는 자동차(10)를 도시한다. 첨가 장치(15)에 의해 배기 가스를 정화하는 액체 첨가제를 공급받는 SCR 촉매 컨버터(13)는 배기 가스 처리 장치(12)에 배열된다. 첨가 장치(15)는 탱크(3)로부터 전달 모듈(2)에 의해 액체 첨가제(요소/물 용액)를 획득하고, 액체 첨가제는 탱크(3) 외부로 운반되어 라인(14)을 통해 첨가 장치(15)에 제공된다.

한편, 본 도면에 도시된 기술적인 특징의 조합이 일반적으로 본 발명에 반드시 필수적인 것은 아닌 것으로 이해된다. 따라서, 하나의 도면에 있는 기술적 특징은 다른 도면 및/또는 일반적인 설명에 있는 다른 기술적 특징과 결합될 수 있다. 만약 이 특징의 조합이 여기에 명시적으로 언급된 경우 및/또는 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면 장치 및/또는 방법의 기본 기능이 더 이상 실현될 수 없다는 것을 인식하는 경우에는 달리 적용된다.

1: PTC 히터 2: 전달 모듈
3: 탱크 4: 스위칭 온도
5: 하우징 6: 바닥
7: 제1 내부 공간 8: 제2 내부 공간
9: 후드 10: 자동차
11: 내연 엔진 12: 배기 가스 처리 장치
13: SCR 촉매 컨버터 14: 라인
15: 첨가 장치 16: 저항 축
17: 온도 축 18: PTC 곡선
19: 펌프 20: 열 분배 구조물
21: 위치 22: 하한 온도
23: 동작 온도 범위 24: 저항 변화
25: 흡입점 26: 공급 커넥터

Claims

액체 첨가제를 저장하는 탱크(3)에 설치되고 전기 PTC(positive temperature coefficient) 히터(1)를 구비하는 전달 모듈(2)을 생산하는 방법으로서,
a) 상기 전달 모듈(2)에 이용 가능한 최대 전기 전력을 고정하는 단계,
b) 상기 전기 PTC 히터(1)의 위치(21)로부터 상기 탱크(3)로의 상기 전달 모듈(2)의 열 전도율을 결정하는 단계,
c) 상기 최대 전기 전력과 상기 열 전도율로부터 상기 PTC 히터(1)의 스위칭 온도(4)를 계산하는 단계, 및
d) 상기 PTC 히터(1)를 위한 대응하는 스위칭 온도(4)를 갖는 PTC 물질을 상기 위치(21)에 장착하는 단계를 적어도 포함하는, 전달 모듈(2)을 생산하는 방법.
제1항에 있어서, 단계 a)에서 상기 최대 전기 전력은 100 W 내지 200 W 값으로 고정되는, 전달 모듈(2)을 생산하는 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 단계 b)에서 상기 열 전도율은 상기 전달 모듈(2)의 유한 요소 시뮬레이션(finite element simulation)에 의해 결정되는, 전달 모듈(2)을 생산하는 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 b)에서의 상기 열 전도율은 실험에 의해 결정되되, 상기 탱크(3) 내 제1 온도가 고정되고 상기 탱크(3) 내 상기 PTC 히터(1)의 상기 위치(21)의 제2 온도가 고정되며, 상기 PTC 히터(1)로부터 상기 탱크(3)로 흐르는 열량이 결정되고, 상기 제1 온도와 상기 제2 온도의 차이와 상기 열량으로부터 상기 열 전도율이 계산되는, 전달 모듈(2)을 생산하는 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액체 첨가제를 화학적으로 변화시키는 일 없이 상기 탱크(3)에서 일어날 수 있는 최대 온도가 단계 c)에서 추정되는, 전달 모듈(2)을 생산하는 방법.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액체 첨가제를 화학적으로 변화시키는 일 없이 상기 탱크(3)에서 일어날 수 있는 최대 온도가 단계 c)에서 고려되는, 전달 모듈(2)을 생산하는 방법.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 티탄산바륨에 기초한 적어도 하나의 PTC 물질이 단계 d)에서 장착되는, 방법.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 방법에 따라 생산되고 탱크(3)에 설치하기 위한 전달 모듈(2)로서, 상기 전달 모듈(2)은 탱크(3)의 바닥(6)에 설치될 수 있는 하우징(5)을 구비하고, 상기 하우징(5)은 상기 탱크(3)의 제2 내부 공간(8)으로부터 상기 전달 모듈(2)의 제1 내부 공간(7)을 분리하며, 상기 전기 PTC 히터(1)는 상기 전달 모듈(2)의 상기 제1 내부 공간(7)에 배열되고, 상기 전기 PTC 히터의 상기 스위칭 온도(4)는 80℃ 내지 150℃에 있는, 전달 모듈(2).
제8항에 있어서, 상기 전달 모듈(2)은, 상기 하우징(5)의 상기 제1 내부 공간(7)에 배열되고 상기 PTC 히터(1)로부터 상기 하우징(5)으로 열을 전달하도록 구성된 열 분배 구조물(20)을 구비하는, 전달 모듈(2).
탱크(3)에 설치하기 위한 전달 모듈(2)로서, 상기 전달 모듈(2)은 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 방법에 따라 생산되고, 상기 전달 모듈(2)은 탱크(3)의 바닥(6)에 삽입될 수 있는 하우징(5)을 구비하며, 상기 하우징(5)을 둘러싸는 후드(9)에는 전기 PTC 히터(1)가 배열되고, 상기 전기 PTC 히터의 스위칭 온도(4)는 50℃ 내지 90℃에 있는, 전달 모듈(2).
내연 엔진(11)과, 상기 내연 엔진(11)의 배기 가스를 정화시키는 배기 가스 처리 장치(12), 액체 첨가제를 저장하는 탱크(3), 및 상기 탱크(3)로부터 상기 배기 가스 처리 장치(12)로 상기 액체 첨가제를 공급하도록 구성된 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항의 전달 모듈(2)을 포함하는 자동차(10).