WO2008049676A1 - Tank zur bevorratung eines reduktionsmittels - Google Patents

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WO2008049676A1
WO2008049676A1 PCT/EP2007/059081 EP2007059081W WO2008049676A1 WO 2008049676 A1 WO2008049676 A1 WO 2008049676A1 EP 2007059081 W EP2007059081 W EP 2007059081W WO 2008049676 A1 WO2008049676 A1 WO 2008049676A1
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tank
reducing agent
shell
elastically deformable
deformable body
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PCT/EP2007/059081
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Inventor
Rainer Haeberer
Matthias Horn
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Robert Bosch Gmbh
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    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/18—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
    • F01N3/20—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion ; Methods of operation or control of catalytic converters
    • F01N3/2066—Selective catalytic reduction [SCR]
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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • Tank for storing a reducing agent
  • the invention relates to a tank for storing a reducing agent according to the O-term of claim 1.
  • a selective catalytic reduction is carried out, in which the nitrogen oxides are reduced to nitrogen and water with the aid of reducing agents.
  • a reducing agent for example, an aqueous urea solution is used.
  • the reducing agent is usually stored in a tank and conveyed via a line from the tank to a dosing module, with which the reducing agent is injected, for example, into the exhaust pipe.
  • the tank for the reducing agent is generally designed so that the reducing agent is controlled to freeze. That is, the reducing agent continuously freezes from the outside from the bottom to the top.
  • the expanding reducing agent is thus absorbed in the air space above the liquid. This airspace also acts as a thermal insulation against the cold Environment, so that the freezing takes place in the middle of the liquid surface at the end, whereby the air space receives the additional reducing agent.
  • the controlled freezing of the reducing agent is only possible if only a moderate freezing speed occurs. This is conceivable, for example, in a tank housed inside a motor vehicle. Depending on the design of the tank, a controlled freezing in the direction of the air space above the liquid reducing agent is thus possible. However, if the tank is accommodated in the outer area of the motor vehicle, an uncontrolled freezing of the reducing agent may result due to the climatic conditions and the wind. For example, during the freezing process inside the frozen reducing agent, liquid bubbles may initially be present which, when frozen, blast the frozen reducing agent around them and thus burst the tank. This is the case in particular because the liquid is cut off the path to the air space and thus to the compensation volume by an ice layer.
  • a tank designed according to the invention for storing a reducing agent, in particular a liquid reducing agent, with which nitrogen oxides are reduced from the exhaust gas of an internal combustion engine to nitrogen and water comprises a tank shell which encloses a space which accommodates the reducing agent.
  • the tank contains at least one elastic device which can be deformed in such a way that, when the reducing agent increases in volume, the space in which the reducing agent is contained is increased.
  • a tank designed according to the invention with an elastic device which can be deformed is that it accommodates a volume expansion of the reducing agent during freezing. Also, when a liquid bubble is formed inside the frozen reducing agent and the freezing reductant surrounding the bubble is blasted upon freezing the reducing agent contained in the liquid bubble, the resulting volume expansion is absorbed by the elastic device.
  • the elastic device is at least one elastically deformable portion of the tank shell.
  • the elastically deformable portion With a volume expansion of the reducing agent, For example, when freezing the reducing agent, the elastically deformable portion deforms such that the volume inside the tank is increased. By this deformation, the volume change of the reducing agent is absorbed. A bursting of the tank is thereby avoided.
  • an elastically deformable portion is suitable, for example, at least one directed into the interior of the tank curvature, which is pressed at an increase in volume of the reducing agent in the tank to the outside. The curvature is preferably carried out so that in a renewed decrease in volume of the reducing agent, for example, when the reducing agent thaws, a recovery takes place.
  • the reshaping reduces the volume again. If the reducing agent increases again, for example when it is again frozen, the curvature can be pushed outwards again, thus increasing the volume of the tank.
  • the material of the tank shell is preferably to be chosen so that it does not become brittle at the ambient temperatures occurring, but remains elastic.
  • the elastic device which can be deformed in such a way that, as the reducing agent increases in volume, the space in which the reducing agent is contained is increased, an elastically deformable body accommodated in the tank.
  • the elastically deformable body With an increase in the volume of the reducing agent, for example when the reducing agent freezes, the elastically deformable body is compressed so that the volume of the body is reduced.
  • the volume of the body By reducing the volume of the body increases simultaneously the volume in the tank, which is occupied by the reducing agent.
  • the freezing of the reducing agent is generally on the walls of the tank, d. H.
  • the elastically deformable body is arranged in a device in such a way in the tank that it does not bear against the tank shell. Even with an uncontrolled freezing of the reducing agent of the elastically deformable body is thus generally at least partially contained in resulting liquid bubbles, so that when a freezing of the liquid bubble, the volume of the body can be reduced.
  • the elastically deformable body is arranged in the tank so that the body at least partially rests against the tank shell.
  • the body is preferably in the areas on the tank shell, which are not directly exposed to the cold environment. Freezing of the reductant in the tank then generally occurs from the cold surfaces to the areas where the temperatures are higher, ie from the cold areas to the area where the body is located.
  • the elastically deformable body accommodated in the tank is filled, for example, with a fluid.
  • the fluid may preferably escape from the body.
  • a line is preferably connected to the body, in which a valve is received.
  • the fluid may then flow out of the body through the valve via the conduit.
  • the reducing agent reduces its volume again, for example by thawing the reducing agent, fluid again flows back into the elastically deformable body so that it assumes its original shape.
  • the fluid with which the body is filled is preferably a gas, in particular air.
  • any spring element known to the person skilled in the art is suitable as the spring element.
  • These may be spring elements of a spring steel, on the one hand, on the other hand, it is also possible that spring elements made of a plastic, d. H. an elastomer.
  • elastomer blocks For example, in addition to commercially available compression springs, it is also possible, for example, to use elastomer blocks.
  • the tank shell in support of the reversible deformation of the tank shell, if it has reversibly deformable sections, can be used, for example, on spring elements which act on the reversibly deformable sections. It is on the one hand possible that act on the outside of the tank shell designed as compression springs spring elements, on the other hand, it is also possible that in the tank, for example spring elements are added, which act as a tension spring.
  • the elastic device is a second shell, which is arranged on the inside of the tank shell. Between the tank shell and the second shell at least one air space is formed. Upon expansion of the reducing agent contained in the tank, the inner shell is deformed. In the process, this is pressed in the direction of the tank shell, thus reducing the air space between the tank shell and the second shell.
  • the air space between the tank shell and the second shell is preferably a fluid contained.
  • the fluid is preferably a gas, in particular air.
  • the reducing agent reduces its volume again, for example by thawing, fluid flows back into the air space between the tank shell and the second shell, so that the second shell is returned to its original position and the volume of the tank is reduced.
  • the reversible deformation of the elastic device ensures that the tank is in each case only filled to such an extent that in the case of a volumetric expansion, for example by freezing of the reducing agent, a sufficient enlargement of the space in which the reducing agent is contained can occur the elastic device deformed.
  • FIG. 1 shows a tank for storing a liquid reducing agent according to the prior art
  • FIG. 3 shows a tank designed according to the invention with an elastically deformable body accommodated therein
  • FIG. 4 shows a tank according to the invention with an elastically deformable body accommodated therein in a second embodiment
  • Figure 5 shows an inventively designed tank with a second shell.
  • FIG. 1 shows a tank for storing a liquid reducing agent according to the prior art.
  • a reducing agent is included in a tank 1, a reducing agent is included.
  • the reducing agent is supplied to a metering device with a removal line, which is not shown here.
  • the reducing agent is a SCR catalyst (Selective Catalytic Reduction), which is also not shown, supplied.
  • SCR catalyst Selective Catalytic Reduction
  • nitrogen oxides are produced during the combustion of fuel in an internal combustion engine incurred and discharged with the exhaust gas, reduced to nitrogen and water.
  • the reducing agent is, for example, an aqueous urea solution.
  • the hot exhaust gas evaporates the liquid reducing agent and forms ammonia, which stores itself in the SCR catalyst.
  • the ammonia stored in the catalyst converts the nitrogen oxides contained in the exhaust gas into elemental nitrogen and water vapor.
  • the solidification process begins in the designed according to the prior art tanks 1 on the walls 3 and extends into the interior of the tank 1 on. If an aqueous urea solution is used as the liquid reducing agent, this solidifies at a temperature in the range between -11 0 C and -40 0 C. The temperature depends on which antifreeze or how much antifreeze was added to the liquid reducing agent. Complete solidification of the reducing agent usually takes several days.
  • a solidified region 5 initially forms, which still encloses liquid reducing agent 7.
  • the liquid reducing agent 7 forms a phase boundary 9 to an air space 11, which is located above the reducing agent.
  • the phase boundary 13 which is between the solidified reductant 5 and the liquid reductant 7, shifts further towards the center and upward. Due to the volume expansion, when the reducing agent is completely solidified, a dome 15 is formed, which projects into the air space 11.
  • freezing of the reducing agent is only possible if the freezing can be controlled.
  • FIG. 2 shows a tank designed according to the invention for storing a reducing agent with elastically deformable sections.
  • An inventively designed tank 1 comprises a tank shell 21, which encloses a space 23 which receives the reducing agent.
  • the tank shell 21 contains elastically deformed bare portions 25.
  • the elastically deformable portions 25 are formed as bulges, which are directed into the interior of the tank 1.
  • the elastically deformable sections 25 designed as bulges are pressed outward. This is shown in FIG. 1 with dashed lines 27.
  • the elastic deformation of the tank 1, in which the elastically deformable portions 25 are pressed outward prevents the tank 1 from bursting when ice pressure occurs.
  • the material from which the tank shell 21 is made is preferably elastic. This avoids that a brittle fracture occurs in a deformation of the elastically deformable portions 25.
  • the tank shell 21 is generally made of a plastic
  • a plastic is preferably selected, which is still elastic even at low temperatures.
  • the tank shell 21 is generally designed so that it reversibly returns to its old shape after the thawing of the reducing agent, so that during the next freezing process of the reducing agent can be carried out again expansion.
  • the reversible recovery of the elastically deformable portions 25 of the tank shell 21 is achieved, for example, a special shape, but alternatively it is also possible that, for example, on the outside of the tank shell 21 spring elements act on the one hand to the tank shell 21 and on the other hand to the Supporting components that surround the tank shell 21.
  • the components that surround the tank shell 21 are, for example, body parts of a motor vehicle.
  • the spring elements which are accommodated between the components which surround the tank shell 21 and the tank shell 21 are preferably spring elements designed as compression springs.
  • the spring elements may, for example, be coil springs, disc springs, coil springs, leaf springs or any other springs known to those skilled in the art. Furthermore, it is also possible that the spring elements are, for example elastomeric blocks that can be reversibly deformed.
  • FIG. 3 shows a tank formed according to the invention for storing a reducing agent with an elastically deformable body received therein.
  • an elastically deformable body 29 is accommodated in the tank 1.
  • the elastically deformable body 29 is arranged in the tank 1 that the body 29 is not applied to the tank shell 21.
  • the use of the elastically deformable body 29 is preferred, for example, when the tank 1 is long compared to the cross section. Due to the cold environment, the reducing agent initially freezes on the tank shell 21. In the case of a long tank with a small cross-section, the likelihood is that the access of the liquid reducing agent to an air space 31, which is arranged above the reducing agent, is closed by solidified reducing agent becomes. The expansion of the solidifying reducing agent is then absorbed by the elastically deformable body 29.
  • the elastically deformable body 29 is preferably designed to be reversibly elastic. As soon as the reducing agent in the tank 1 is thawed again and thus the volume of the reducing agent is reduced, the elastically deformable body 29 expands again to its original extent. Upon renewed freezing of the reducing agent, the elastically deformable body 29 can then be compressed again.
  • the elastically deformable body 29 is filled, for example, with a fluid. Via a valve 33, the fluid can escape during compression of the body 29 from this.
  • the pressure which is to be applied for deforming the elastically deformable body 29 can be set by the valve 33.
  • spring elements 35 are accommodated therein, for example. Suitable as spring elements 35
  • spring elements 35 For example, commercially available compression springs in any known to the expert design.
  • elastomer blocks are used as spring elements 35.
  • the body 29 is filled with an elastically deformable material.
  • a body which consists of an elastically deformable material instead of the elastically deformable body 29, it is also possible to use a body which consists of an elastically deformable material.
  • valve 33 through which the body 29 can be vented, it is preferable to further provide a valve for aeration if the volume of the reducing agent decreases again. It is possible that on the one hand a vent valve and on the other hand a vent valve is provided, or that the valve 33 performs both functions.
  • the elastically deformable body 29 When the tank 1 shown in FIG. 3 is completely filled with reducing agent, when the elastically deformable body 29 is filled with air, due to the insulating property of air, it causes the reducing agent to be supplied from the outside, that is, from the outside. H. starting from the tank shell 21, solidifies toward the center of the tank. That is, the reducing agent in the immediate vicinity of the elastically deformable body 29 finally freezes. For this reason, the elastically deformable body 29 can accommodate the volumetric expansion.
  • FIG. 4 shows a tank designed according to the invention with an elastically deformable body accommodated therein in a second embodiment.
  • the embodiment shown in FIG. 4 differs from the embodiment shown in FIG. 3 in that the elastically deformable body 29 rests against the tank shell 21.
  • the embodiment illustrated in FIG. 4 is preferred, for example, when only a part of the tank shell 21 is exposed to the cold ambient air. This is the case, for example, when the tank 1 partially rests against the body of a vehicle, for example. Due to the vehicle body, the environment in this area is warmer. The freezing operation of the reducing agent thus starts on the side of the tank 1, which comes into contact with the cold environment. The freezing process continues to the warm side of the tank 1 out. As a result of the arrangement of the elastically deformable body 29 on the warmer side of the tank 1, it can absorb the volumetric expansion of the reducing agent since it freezes last on the side of the tank 1 facing the warm side.
  • FIG. 5 shows a tank designed according to the invention with a second shell.
  • a second shell 37 is provided, which is arranged on the inside of the tank shell 21. Air spaces 39 are formed between the second shell 37 and the tank shell 21. So that the second shell 37 does not shift, this can be connected to the tank shell 21, for example.
  • a plurality of cavities 39 are separated, which are each formed pillow-shaped.
  • the surface of the second shell 37 is larger than the surface of the tank sleeve Ie 21.
  • the cavity 39 is preferably filled with a fluid, in particular with air.
  • a valve 33 can be used.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Tank zur Bevorratung eines Reduktionsmittels, insbesondere eines flüssigen Reduktionsmittels, mit dem Stickstoffoxide aus dem Abgas einer Verbrennungskraftmaschine zu Stickstoff und Wasser reduziert werden, eine Tankhülle (21) umfassend, die einen Raum (23) umschließt, welcher das Reduktionsmittel aufnimmt. Der Tank (1) enthält mindestens eine elastische Vorrichtung (25; 29; 37), welche sich derart verformen lässt, dass bei einer Volumenzunahme des Reduktionsmittels der Raum (23), in dem das Reduktionsmittel enthalten ist, vergrößert wird.

Description

16. Oktober 2006
Beschreibung
Titel
Tank zur Bevorratung eines Reduktionsmittels
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft einen Tank zur Bevorratung eines Reduktionsmittels gemäß dem O- berbegriff des Anspruchs 1.
Bei Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere bei dieselbetriebenen Verbrennungskraftmaschinen, muss aufgrund der in den nächsten Jahren anstehenden verschärften Abgasgesetzgebung unter anderem der Anteil an Stickoxiden im Abgas reduziert werden. Zur Reduzierung des Stickoxid- Anteils im Abgas wird zum Beispiel eine selektive katalytische Reduktion (SCR) durchgeführt, bei der die Stickoxide mit Hilfe von Reduktionsmitteln zu Stick- stoff und Wasser reduziert werden. Als Reduktionsmittel wird zum Beispiel eine wässrige Harnstofflösung eingesetzt.
Das Reduktionsmittel wird üblicherweise in einem Tank gelagert und über eine Leitung vom Tank zu einem Dosiermodul befördert, mit dem das Reduktionsmittel zum Beispiel in das Abgasrohr eingespritzt wird.
Die derzeit eingesetzten üblichen flüssigen Reduktionsmittel gefrieren je nach zugesetztem Anti-Frostmittel bei einer Temperatur im Bereich von -11 0C bis -40 0C. Durch den Phasenwechsel von flüssigem Aggregatzustand in den festen Aggregatzustand erfährt das Re- duktionsmittel eine Volumenausdehnung von ungefähr 7 %. Um ein Bersten des Tanks durch das Gefrieren des Reduktionsmittels zu vermeiden, ist bei derzeit verwendeten Tanks zur Bevorratung des Reduktionsmittels der Tank nicht vollständig gefüllt, so dass beim Gefrieren immer ein Luftpolster über dem Reduktionsmittel steht. Derzeit ist der Tank für das Reduktionsmittel im Allgemeinen so gestaltet, dass das Reduktionsmittel gesteuert einfriert. Das heißt, dass das Reduktionsmittel kontinuierlich von der Außenseite von unten nach oben gefriert. Das expandierende Reduktionsmittel wird somit im Luftraum über der Flüssigkeit aufgenommen. Dieser Luftraum wirkt überdies als Thermoisolation gegen die kalte Umgebung, so dass das Einfrieren in der Mitte der Flüssigkeitsoberfläche zum Schluss erfolgt, wodurch der Luftraum das zusätzliche Reduktionsmittel aufnimmt.
Das gesteuerte Einfrieren des Reduktionsmittels ist jedoch nur dann möglich, wenn lediglich eine mäßige Einfriergeschwindigkeit auftritt. Dies ist zum Beispiel bei einem im Inneren eines Kraftfahrzeugs untergebrachten Tank vorstellbar. In Abhängigkeit von der Gestaltung des Tanks ist somit ein gesteuertes Einfrieren in Richtung des Luftraums oberhalb des flüssigen Reduktionsmittels möglich. Wenn der Tank jedoch im Außenbereich des Kraftfahrzeugs untergebracht wird, kann sich aufgrund der klimatischen Verhältnisse und des Fahrt- windes ein unkontrolliertes Einfrieren des Reduktionsmittels ergeben. So können zum Beispiel während des Einfriervorgangs im Inneren des gefrorenen Reduktionsmittels zunächst Flüssigkeitsblasen enthalten sein, die beim Gefrieren das um sie herum angelagerte gefrorene Reduktionsmittel sprengen und somit den Tank zum Bersten bringen. Dies ist insbesondere deshalb der Fall, da der Flüssigkeit der Weg zum Luftraum und somit zum Ausgleichs- volumen durch eine Eisschicht abgeschnitten ist.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Ein erfϊndungsgemäß ausgebildeter Tank zur Bevorratung eines Reduktionsmittels, insbesondere eines flüssigen Reduktionsmittels, mit dem Stickstoffoxide aus dem Abgas einer Verbrennungskraftmaschine zu Stickstoff und Wasser reduziert werden, umfasst eine Tankhülle, die einen Raum umschließt, welcher das Reduktionsmittel aufnimmt. Der Tank enthält mindestens eine elastische Vorrichtung, die sich derart verformen lässt, dass bei einer Vo- lumenzunahme des Reduktionsmittels der Raum, in dem das Reduktionsmittel enthalten ist, vergrößert wird.
Vorteil eines erfϊndungsgemäß ausgebildeten Tanks mit einer elastischen Vorrichtung, die sich verformen lässt, ist, dass durch diese eine Volumenausdehnung des Reduktionsmittels beim Gefrieren aufgenommen wird. Auch dann, wenn eine Flüssigkeitsblase im Inneren des gefrorenen Reduktionsmittels entsteht und beim Gefrieren des in der Flüssigkeitsblase enthaltenen Reduktionsmittels das gefrorene Reduktionsmittel, welches die Blase umgibt, gesprengt wird, wird die sich hierbei einstellende Volumenausdehnung durch die elastische Vorrichtung aufgenommen.
In einer ersten Ausführungsform ist die elastische Vorrichtung mindestens ein elastisch verformbarer Abschnitt der Tankhülle. Bei einer Volumenausdehnung des Reduktionsmittels, zum Beispiel beim Gefrieren des Reduktionsmittels, verformt sich der elastisch verformbare Abschnitt derart, dass das Volumen im Inneren des Tanks vergrößert wird. Durch diese Verformung wird die Volumenänderung des Reduktionsmittels aufgenommen. Ein Bersten des Tanks wird hierdurch vermieden. Als elastisch verformbarer Abschnitt eignet sich zum Beispiel mindestens eine in den Innenraum des Tanks gerichtete Wölbung, die bei einer Volumenzunahme des Reduktionsmittels im Tank nach außen gedrückt wird. Die Wölbung ist dabei vorzugsweise so ausgeführt, dass bei einer erneuten Volumenabnahme des Reduktionsmittels, zum Beispiel wenn das Reduktionsmittel auftaut, eine Rückverformung erfolgt. Durch die Rückverformung wird das Volumen erneut verkleinert. Bei einer erneuten VoIu- menzunahme des Reduktionsmittels, zum Beispiel bei einem erneuten Einfrieren, kann die Wölbung wieder nach außen gedrückt und so das Volumen des Tanks vergrößert werden. Das Material der Tankhülle ist vorzugsweise so zu wählen, dass dieses bei den auftretenden Umgebungstemperaturen nicht spröde wird, sondern elastisch bleibt.
In einer weiteren Ausführungsform ist die elastische Vorrichtung, die sich derart verformen lässt, dass bei einer Volumenzunahme des Reduktionsmittels der Raum, in dem das Reduktionsmittel enthalten ist, vergrößert wird, ein elastisch verformbarer Körper, der in dem Tank aufgenommen ist. Bei einer Volumenzunahme des Reduktionsmittels, zum Beispiel beim Einfrieren des Reduktionsmittels, wird der elastisch verformbare Körper zusammenge- presst, so dass sich das Volumen des Körpers verkleinert. Durch die Verkleinerung des Volumens des Körpers vergrößert sich gleichzeitig das Volumen im Tank, welches von dem Reduktionsmittel eingenommen wird.
Da das Gefrieren des Reduktionsmittels im Allgemeinen an den Wänden des Tanks, d. h. an der Tankhülle, beginnt und sich zum Inneren der Flüssigkeit fortsetzt, ist der elastisch verformbare Körper in einer Vorrichtung derart im Tank angeordnet, dass dieser nicht an der Tankhülle anliegt. Auch bei einem unkontrollierten Einfrieren des Reduktionsmittels ist der elastisch verformbare Körper so im Allgemeinen zumindest teilweise in entstehenden Flüssigkeitsblasen enthalten, so dass bei einem Gefrieren der Flüssigkeitsblase das Volumen des Körpers verkleinert werden kann.
Alternativ ist es auch möglich, dass der elastisch verformbare Körper so im Tank angeordnet ist, dass der Körper zumindest teilweise an der Tankhülle anliegt. Dabei liegt der Körper vorzugsweise in den Bereichen an der Tankhülle an, die nicht direkt der kalten Umgebung ausgesetzt sind. Ein Einfrieren des Reduktionsmittels im Tank erfolgt dann im Allgemeinen von den kalten Flächen hin zu den Bereichen, in denen die Temperaturen höher sind, d. h. von den kalten Bereichen hin in den Bereich, in dem sich der Körper befindet. -A-
Der elastisch verformbare Körper, der in dem Tank aufgenommen ist, ist zum Beispiel mit einem Fluid gefüllt. Bei einer Expansion des Reduktionsmittels im Tank kann das Fluid vorzugsweise aus dem Körper entweichen. Hierzu ist am Körper vorzugsweise eine Leitung angeschlossen, in der ein Ventil aufgenommen ist. Das Fluid kann dann durch das Ventil über die Leitung aus dem Körper ausströmen. Sobald das Reduktionsmittel sein Volumen wieder verkleinert, zum Beispiel indem das Reduktionsmittel aufgetaut wird, strömt wieder Fluid in den elastisch verformbaren Körper zurück, so dass dieser seine ursprüngliche Form annimmt. Das Fluid, mit welchem der Körper gefüllt ist, ist vorzugsweise ein Gas, insbesondere Luft.
Damit der Körper wieder in seine ursprüngliche Form gebracht wird, ist es zum Beispiel möglich, dass im Körper mindestens ein reversibel verformbares Federelement aufgenommen ist. Als Federelement eignet sich dabei jedes, dem Fachmann bekannte Druckfederelement. Diese können zum einen Federelemente aus einem Federstahl sein, andererseits ist es auch möglich, dass Federelemente aus einem Kunststoff, d. h. einem Elastomer, verwendet werden. So lassen sich zum Beispiel neben handelsüblichen Druckfedern zum Beispiel auch Elastomerblöcke verwenden.
Auch zur Unterstützung der reversiblen Verformung der Tankhülle, wenn diese reversibel verformbare Abschnitte aufweist, kann zum Beispiel auf Federelemente, die auf die reversibel verformbaren Abschnitte wirken, zurückgegriffen werden. Dabei ist es einerseits möglich, dass auf die Außenseite der Tankhülle als Druckfedern ausgebildete Federelemente wirken, andererseits ist es auch möglich, dass im Tank zum Beispiel Federelemente aufgenommen sind, die als Zugfeder wirken.
In einer weiteren Ausführungsform ist die elastische Vorrichtung eine zweite Hülle, die an der Innenseite der Tankhülle angeordnet ist. Zwischen der Tankhülle und der zweiten Hülle ist mindestens ein Luftraum ausgebildet. Bei einer Ausdehnung des im Tank enthaltenen Reduktionsmittels wird die innere Hülle verformt. Hierbei wird diese in Richtung der Tank- hülle gepresst und verkleinert so den Luftraum zwischen der Tankhülle und der zweiten Hülle. In dem Luftraum zwischen der Tankhülle und der zweiten Hülle ist vorzugsweise ein Fluid enthalten. Das Fluid ist vorzugsweise ein Gas, insbesondere Luft. Bei einer Volumen- ausdehnung des Reduktionsmittels, bei der sich die zweite Hülle gegen die Tankhülle bewegt und so das Volumen des Luftraumes verkleinert wird, kann das im Luftraum enthalte- ne Fluid vorzugsweise durch ein Entlüftungsventil entweichen. Sobald das Reduktionsmittel sein Volumen wieder verkleinert, zum Beispiel durch Auftauen, strömt wieder Fluid in den Luftraum zwischen der Tankhülle und der zweiten Hülle, so dass die zweite Hülle wieder in ihre ursprüngliche Position gebracht wird und das Volumen des Tanks verkleinert wird. Durch die reversible Verformung der elastischen Vorrichtung wird sichergestellt, dass der Tank jeweils nur so weit befüllt wird, dass bei einer Volumenausdehnung, zum Beispiel durch Gefrieren des Reduktionsmittels, eine ausreichende Vergrößerung des Raums, in dem das Reduktionsmittel enthalten ist, erfolgen kann, indem sich die elastische Vorrichtung verformt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen
Figur 1 einen Tank zur Bevorratung eines flüssigen Reduktionsmittels gemäß dem Stand der Technik,
Figur 2 einen erfindungsgemäß ausgebildeten Tank mit elastisch verformbaren Abschnitten der Tankhülle,
Figur 3 einen erfindungsgemäß ausgebildeten Tank mit darin aufgenommenem elastisch verformbaren Körper,
Figur 4 einen erfindungsgemäß ausgebildeten Tank mit darin aufgenommenem elastisch verformbaren Körper in einer zweiten Ausführungsform,
Figur 5 einen erfindungsgemäß ausgebildeten Tank mit einer zweiten Hülle.
Ausführungsformen der Erfindung
In Figur 1 ist ein Tank zur Bevorratung eines flüssigen Reduktionsmittels gemäß dem Stand der Technik dargestellt.
In einem Tank 1 ist ein Reduktionsmittel enthalten. Das Reduktionsmittel wird mit einer Entnahmeleitung, die hier nicht dargestellt ist, einer Dosiervorrichtung zugeführt. Mit der Dosiervorrichtung wird das Reduktionsmittel einem SCR-Katalysator (Selective Catalytic Reduction), der hier ebenfalls nicht dargestellt ist, zugeführt. Im SCR-Katalysator werden Stickstoffoxide, die bei der Verbrennung von Kraftstoff in einer Verbrennungskraftmaschine entstehen und mit dem Abgas abgeführt werden, zu Stickstoff und Wasser reduziert. Das Reduktionsmittel ist zum Beispiel eine wässrige Harnstofflösung.
Im heißen Abgas verdampft das flüssige Reduktionsmittel und bildet Ammoniak, der sich im SCR-Katalysator einlagert. Der im Katalysator eingelagerte Ammoniak wandelt die im Abgas enthaltenen Stickstoffoxide in elementaren Stickstoff und Wasserdampf um.
Bei Temperaturen unterhalb des Schmelzpunktes des flüssigen Reduktionsmittels erstarrt dieses. Der Erstarrungsvorgang beginnt bei den gemäß dem Stand der Technik ausgelegten Tanks 1 an den Wandungen 3 und zieht sich ins Innere des Tanks 1 fort. Wenn als flüssiges Reduktionsmittel eine wässrige Harnstofflösung eingesetzt wird, erstarrt diese bei einer Temperatur im Bereich zwischen -11 0C und -40 0C. Die Temperatur hängt dabei davon ab, welches Frostschutzmittel oder wie viel Frostschutzmittel dem flüssigen Reduktionsmittel zugesetzt wurde. Das vollständige Erstarren des Reduktionsmittels nimmt üblicherweise mehrere Tage in Anspruch.
Dadurch, dass das Reduktionsmittel an den Wandungen 3 des Tanks 1 beginnt zu erstarren, bildet sich zunächst ein erstarrter Bereich 5 aus, der noch flüssiges Reduktionsmittel 7 umschließt. Das flüssige Reduktionsmittel 7 bildet eine Phasengrenze 9 zu einem Luftraum 11 , der sich oberhalb dem Reduktionsmittel befindet. Wenn das Reduktionsmittel weiter gefriert, verschiebt sich die Phasengrenze 13, die sich zwischen dem erstarrten Reduktionsmittel 5 und dem flüssigen Reduktionsmittel 7 befindet, weiter zur Mitte und nach oben. Aufgrund der Volumenausdehnung bildet sich dann, wenn das Reduktionsmittel vollständig erstarrt ist, ein Dom 15 aus, der in den Luftraum 11 hineinragt. Ein derartiges Einfrieren des Reduktionsmittels ist jedoch nur möglich, wenn das Einfrieren gesteuert erfolgen kann. Bei einem schnellen Einfrieren des Reduktionsmittels erstarrt dieses im Allgemeinen unkontrolliert, so dass sich Flüssigkeitsblasen im Reduktionsmittel ausbilden, die vollständig von erstarrtem Reduktionsmittel umschlossen sind. Bei weiterem Einfrieren des flüssigen Reduktionsmittels dehnt sich das erstarrende Volumen in den Flüssigkeitsblasen aus und führt dazu, dass das die Flüssigkeitsblase umgebende gefrorene Reduktionsmittel gesprengt wird. Hierdurch erfährt das gesamte Reduktionsmittel im Tank eine Volumenausdehnung, die dazu führen kann, dass der Tank birst.
In Figur 2 ist ein erfindungsgemäß ausgebildeter Tank zur Bevorratung eines Reduktions- mittels mit elastisch verformbaren Abschnitten dargestellt.
Ein erfindungsgemäß ausgebildeter Tank 1 umfasst eine Tankhülle 21, die einen Raum 23 umschließt, der das Reduktionsmittel aufnimmt. Die Tankhülle 21 enthält elastisch verform- bare Abschnitte 25. In der hier dargestellten Ausführungsform sind die elastisch verformbaren Abschnitte 25 als Wölbungen ausgebildet, die in den Innenraum des Tanks 1 gerichtet sind.
Wenn das Reduktionsmittel im Inneren des Tanks 1 beginnt zu erstarren und sich so das Volumen ausdehnt, erhöht sich der Druck, der auf die Tankhülle 21 wirkt. Durch das Auftreten dieses so genannten Eisdruckes werden die als Wölbungen ausgeführten elastisch verformbaren Abschnitte 25 nach außen gedrückt. Dies ist in Figur 1 mit gestrichelten Linien 27 dargestellt. Durch die elastische Verformung des Tanks 1, bei der die elastisch ver- formbaren Abschnitte 25 nach außen gedrückt werden, wird verhindert, dass der Tank 1 bei Auftreten von Eisdruck birst. Das Material, aus dem die Tankhülle 21 gefertigt ist, ist dabei vorzugsweise elastisch. Hierdurch wird vermieden, dass bei einer Verformung der elastisch verformbaren Abschnitte 25 ein Sprödbruch auftritt.
Da die Tankhülle 21 im Allgemeinen aus einem Kunststoff gefertigt ist, wird vorzugsweise ein Kunststoff gewählt, welcher auch bei niedrigen Temperaturen noch elastisch ist. Alternativ ist es auch ausreichend, wenn nur die elastisch verformbaren Abschnitte 25 auch bei tiefen Temperaturen elastisch verformbar bleiben.
Die Tankhülle 21 wird im Allgemeinen so gestaltet, dass sie nach dem Auftauen des Reduktionsmittels wieder reversibel in ihre alte Form zurückkehrt, damit beim nächsten Einfriervorgang des Reduktionsmittels wieder eine Expansion erfolgen kann. Die reversible Rückverformung der elastisch verformbaren Abschnitte 25 der Tankhülle 21 wird zum Beispiel über eine spezielle Formgebung erreicht, alternativ ist es jedoch auch möglich, dass zum Beispiel an der Außenseite der Tankhülle 21 Federelemente wirken, die sich einerseits an der Tankhülle 21 und andererseits an den Bauteilen abstützen, die die Tankhülle 21 umgeben. Die Bauteile, die die Tankhülle 21 umgeben, sind zum Beispiel Karosserieteile eines Kraftfahrzeuges. Die Federelemente, die zwischen den Bauteilen, die die Tankhülle 21 umgeben, und der Tankhülle 21 aufgenommen sind, sind vorzugsweise als Druckfedern ausge- bildete Federelemente. Die Federelemente können zum Beispiel Spiralfedern, Tellerfedern, Schraubenfedern, Blattfedern oder beliebige andere, dem Fachmann bekannte Federn sein. Weiterhin ist es auch möglich, dass die Federelemente zum Beispiel Elastomerblöcke sind, die sich reversibel verformen lassen.
In Figur 3 ist ein erfindungsgemäß ausgebildeter Tank zur Bevorratung eines Reduktionsmittels mit aufgenommenem elastisch verformbaren Körper dargestellt. Gemäß der Ausführungsform in Figur 3 ist im Tank 1 ein elastisch verformbarer Körper 29 aufgenommen. Der elastisch verformbare Körper 29 ist dabei so im Tank 1 angeordnet, dass der Körper 29 nicht an der Tankhülle 21 anliegt.
Auch bei einem ungesteuerten Erstarren des Reduktionsmittels im Tank 1 beginnt der Erstarrungsvorgang an der Tankhülle 21 und setzt sich ins Innere des Tanks fort. Somit liegt zunächst an der Tankhülle 21 erstarrtes Reduktionsmittel 5 an. Das erstarrte Reduktionsmittel 5 umschließt flüssiges Reduktionsmittel 7. Das flüssige Reduktionsmittel 7 umschließt wiederum den elastisch verformbaren Körper 29. Wenn nun das flüssige Reduktionsmittel 7 gefriert, setzt sich der Einfriervorgang zur Mitte hin fort. Das heißt, dass sich der Einfriervorgang in Richtung auf den elastisch verformbaren Körper 29 hin fortsetzt. Durch die Vo- lumenzunahme beim Gefrieren des Reduktionsmittels wird der elastisch verformbare Körper 29 durch den Eisdruck des gefrorenen Reduktionsmittels zusammengepresst. Das Volumen im Raum 23, der von dem Reduktionsmittel befüllt ist, wird hierdurch vergrößert.
Die Verwendung des elastisch verformbaren Körpers 29 ist zum Beispiel dann bevorzugt, wenn der Tank 1 im Vergleich zum Querschnitt lang ist. Durch die kalte Umgebung gefriert das Reduktionsmittel zunächst an der Tankhülle 21. Bei einem langen Tank mit einem kleinen Querschnitt ist die Wahrscheinlichkeit gegeben, dass der Zugang des flüssigen Redukti- onsmittels zu einem Luftraum 31 , der oberhalb des Reduktionsmittels angeordnet ist, durch erstarrtes Reduktionsmittel verschlossen wird. Die Expansion des erstarrenden Reduktionsmittels wird dann durch den elastisch verformbaren Körper 29 aufgenommen.
Damit der Tank 1 mit darin aufgenommenem elastisch verformbaren Körper 29 mehrere Einfriervorgänge des Reduktionsmittels ohne Beschädigungen übersteht, ist der elastisch verformbare Körper 29 bevorzugt reversibel elastisch ausgebildet. Sobald das Reduktionsmittel im Tank 1 wieder aufgetaut wird und damit das Volumen des Reduktionsmittels verkleinert wird, dehnt sich der elastisch verformbare Körper 29 wieder auf sein ursprüngliches Maß aus. Bei einem erneuten Einfrieren des Reduktionsmittels kann der elastisch verform- bare Körper 29 dann wieder zusammengedrückt werden.
Der elastisch verformbare Körper 29 ist zum Beispiel mit einem Fluid gefüllt. Über ein Ventil 33 kann das Fluid beim Zusammenpressen des Körpers 29 aus diesem entweichen. Durch das Ventil 33 lässt sich zum Beispiel der Druck einstellen, welcher zum Verformen des elas- tisch verformbaren Körpers 29 aufgebracht werden soll.
Damit sich der elastisch verformbare Körper 29 wieder in seine Ausgangsform zurückformt, sind in diesem zum Beispiel Federelemente 35 aufgenommen. Als Federelemente 35 eignen sich zum Beispiel handelsübliche Druckfedern in jeder beliebigen, dem Fachmann bekannten Bauart. Weiterhin ist es auch möglich, dass als Federelemente 35 zum Beispiel Elastomerblöcke eingesetzt werden. Weiterhin ist es auch möglich, dass der Körper 29 mit einem elastisch verformbaren Material gefüllt ist. Alternativ kann anstelle des elastisch verformba- ren Körpers 29 selbstverständlich auch ein Körper eingesetzt werden, der aus einem elastisch verformbaren Material besteht.
Wenn ein Ventil 33 vorgesehen ist, durch welches sich der Körper 29 entlüften lässt, so ist vorzugsweise weiterhin ein Ventil zur Belüftung vorgesehen, wenn sich das Volumen des Reduktionsmittels wieder verkleinert. Dabei ist es möglich, dass einerseits ein Entlüftungsventil und andererseits ein Belüftungsventil vorgesehen ist, oder aber dass das Ventil 33 beide Funktionen ausübt.
Wenn der in Figur 3 dargestellte Tank 1 vollständig mit Reduktionsmittel gefüllt ist, so führt dies, wenn der elastisch verformbare Körper 29 mit Luft gefüllt ist, aufgrund der isolierenden Eigenschaft von Luft dazu, dass das Reduktionsmittel von außen, d. h. beginnend von der Tankhülle 21, zur Tankmitte hin erstarrt. Das heißt, dass das Reduktionsmittel in direkter Umgebung um den elastisch verformbaren Körper 29 zuletzt gefriert. Aus diesem Grund kann der elastisch verformbare Körper 29 die Volumenausdehnung aufnehmen.
In Figur 4 ist ein erfindungsgemäß ausgebildeter Tank mit darin aufgenommenem elastisch verformbaren Körper in einer zweiten Ausführungsform dargestellt.
Die in Figur 4 dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich von der in Figur 3 darge- stellten Ausführungsform dadurch, dass der elastisch verformbare Körper 29 an der Tankhülle 21 anliegt.
Die in Figur 4 dargestellte Ausführungsform ist zum Beispiel dann bevorzugt, wenn nur ein Teil der Tankhülle 21 der kalten Umgebungsluft ausgesetzt ist. Dies ist zum Beispiel dann der Fall, wenn der Tank 1 teilweise zum Beispiel an der Karosserie eines Fahrzeugs anliegt. Durch die Fahrzeugkarosserie ist die Umgebung in diesem Bereich wärmer. Der Einfriervorgang des Reduktionsmittels startet somit an der Seite des Tanks 1, die mit der kalten Umgebung in Kontakt kommt. Der Einfriervorgang setzt sich zur warmen Seite des Tanks 1 hin fort. Durch die Anordnung des elastisch verformbaren Körpers 29 an der wärmeren Sei- te des Tanks 1 kann dieser die Volumenausdehnung des Reduktionsmittels aufnehmen, da dieses zuletzt an der der warmen Seite zugewandten Seite des Tanks 1 einfriert.
In Figur 5 ist ein erfindungsgemäß ausgebildeter Tank mit einer zweiten Hülle dargestellt. Im Unterschied zu den in den Figuren 3 und 4 dargestellten Ausfuhrungsformen ist bei der in Figur 5 dargestellten Ausführungsform eine zweite Hülle 37 vorgesehen, welche auf der Innenseite der Tankhülle 21 angeordnet ist. Zwischen der zweiten Hülle 37 und der Tank- hülle 21 sind Lufträume 39 ausgebildet. Damit sich die zweite Hülle 37 nicht verschiebt, kann diese zum Beispiel mit der Tankhülle 21 verbunden sein. Durch die Verbindung der zweiten Hülle 37 mit der Tankhülle 21 werden mehrere Hohlräume 39 abgetrennt, die jeweils kissenförmig ausgebildet sind. Durch das Verbinden der zweiten Hülle 37 mit der Tankhülle 21 ist die Oberfläche der zweiten Hülle 37 größer als die Oberfläche der Tankhül- Ie 21. Dies hat den Vorteil, dass bei einer Verformung der zweiten Hülle 37, bei der diese in Richtung der Tankhülle 21 gedrückt wird, keine Dehnung der zweiten Hülle 37 erforderlich ist. Es besteht somit keine Gefahr, dass die zweite Hülle 37 aufgrund der Dehnung reißt. Der Hohlraum 39 ist vorzugsweise mit einem Fluid, insbesondere mit Luft, gefüllt. Bei einer Verformung der zweiten Hülle 37, bei der diese in Richtung der Tankhülle 21 gedrückt wird, wird die Luft aus dem Hohlraum 39 gepresst. Hierzu kann zum Beispiel, wie auch bei den in Figuren 3 und 4 dargestellten Ausführungsformen, ein Ventil 33 verwendet werden. Sobald das Reduktionsmittel wieder aufgetaut ist und damit sein Volumen verkleinert, wird wieder Luft in den Hohlraum 39 gefüllt, so dass die zweite Hülle 37 wieder ihre ursprüngliche Lage und Form einnimmt. Damit die zweite Hülle 37 mehrere Verformungen unbescha- det übersteht, ist diese vorzugsweise aus einem elastischen Material gefertigt.

Claims

Patentansprüche
1. Tank zur Bevorratung eines Reduktionsmittels, insbesondere eines flüssigen Reduktionsmittels, mit dem Stickstoffoxide aus dem Abgas einer Verbrennungskraftmaschine zu Stickstoff und Wasser reduziert werden, eine Tankhülle (21) umfassend, die einen
Raum (23) umschließt, welcher das Reduktionsmittel aufnimmt, dadurch gekennzeichnet, dass der Tank (1) mindestens eine elastische Vorrichtung (25; 29; 37) enthält, welche sich derart verformen lässt, dass bei einer Volumenzunahme des Reduktionsmittels der Raum (23), in dem das Reduktionsmittel enthalten ist, vergrößert wird.
2. Tank nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elastische Vorrichtung mindestens ein elastisch verformbarer Abschnitt (25) der Tankhülle (21) ist.
3. Tank nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der elastisch verformbare Ab- schnitt (25) in der Tankhülle (21) mindestens eine in den Innenraum des Tanks (1) gerichtete Wölbung ist, die bei einer Volumenzunahme des Reduktionsmittels im Tank (1) nach außen gedrückt wird.
4. Tank nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die elastische Vorrichtung ein elastisch verformbarer Körper (29) ist, der in dem Tank (1) aufgenommen ist.
5. Tank nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der elastisch verformbare Körper (29) ein Hohlkörper ist, der mit einem Fluid gefüllt ist, das durch ein Ventil (33) aus dem Hohlkörper entweichen kann, wenn dieser zur Vergrößerung des Volumens, das das Reduktionsmittel aufnimmt, zusammengepresst wird.
6. Tank nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid, mit dem der als Hohlkörper ausgebildete elastisch verformbare Körper (29) gefüllt ist, ein Gas, vorzugswei- se Luft, ist.
7. Tank nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in dem elastisch verformbaren Körper (29) mindestens ein reversibel verformbares Federelement (35) aufgenommen ist.
8. Tank nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der elastisch verformbare Körper (29) so im Tank (1) angeordnet ist, dass der elastisch verformbare Körper (29) nicht an der Tankhülle (21) anliegt.
9. Tank nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der elastisch verformbare Körper (29) so im Tank (1) angeordnet ist, dass der elastisch verformbare Körper (29) zumindest teilweise an der Tankhülle (21) anliegt.
10. Tank nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die elastische Vorrichtung eine zweite Hülle (37) ist, die auf der Innenseite der Tankhülle (21) angeordnet ist, wobei zwischen der Tankhülle (21) und der zweiten Hülle (37) mindestens ein Hohlraum (39) ausgebildet ist.
11. Tank nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass im Hohlraum (39) zwischen der Tankhülle (21) und der zweiten Hülle (37) enthaltenes Fluid, vorzugsweise Luft, durch ein Ventil (33) entweichen kann.
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