WO2011141502A1 - Tank for storing an operating material - Google Patents

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WO2011141502A1
WO2011141502A1 PCT/EP2011/057597 EP2011057597W WO2011141502A1 WO 2011141502 A1 WO2011141502 A1 WO 2011141502A1 EP 2011057597 W EP2011057597 W EP 2011057597W WO 2011141502 A1 WO2011141502 A1 WO 2011141502A1
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tank
heating device
fuel
motor vehicle
wall
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PCT/EP2011/057597
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Rolf BRÜCK
Jan Hodgson
Sven Schepers
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Emitec Gesellschaft Für Emissionstechnologie Mbh
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    • F01N3/18Exhaust 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
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    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention relates to a tank for storing a fuel for a motor vehicle.
  • a fuel for a motor vehicle typically requires several liquid supplies that can freeze at low temperatures in their tanks.
  • Such fuels are, for example, the fuel for operating an internal combustion engine, windscreen wiper water for cleaning the windows of the motor vehicle, coolant for operating the internal combustion engine or reducing agent for reducing harmful components in the exhaust gas of an internal combustion engine.
  • the use of reducing agent for purifying exhaust gases of an internal combustion engine has recently gained considerable importance in the automotive sector.
  • a frequently used process for exhaust gas purification, for which a reducing agent is required as an additional fuel of the motor vehicle, is the selective catalytic reduction (SCR) process.
  • SCR selective catalytic reduction
  • a reduction agent is supplied to the exhaust gas of the internal combustion engine, with which nitrogen oxide compounds (NOx) in the exhaust gas are effectively reduced within the exhaust system.
  • the method of selective catalytic reduction is used in particular in exhaust systems of lean-burn internal combustion engines, such as diesel engines. These have an increased output of nitrogen oxide compounds.
  • ammonia is used as the reducing agent.
  • Ammonia is regularly not stored in the motor vehicle itself, but in the form of a so-called reducing agent precursor, ie a substance that is still (chemically) converted into ammonia (as needed).
  • a frequently used reducing agent precursor is urea - Water solution.
  • a 32.5% urea-water solution is available for this purpose under the trade name AdBlue and is widely used.
  • AdBlue urea-water solution
  • AdBlue urea-water solution
  • a tank for a reducing agent must therefore be designed such that it is not damaged when the reducing agent stored in the tank freezes.
  • a particularly cost-effective and particularly easy to install tank for a fuel for a motor vehicle with an effective Schuvor- direction and a particularly advantageous method for energetically favorable positioning of a heater can be specified in a tank.
  • the invention therefore relates to a tank for storing a liquid fuel for a motor vehicle, comprising a tank wall and an interior, which is bounded by the tank wall, and at least one heater, which is mounted from the outside through the tank wall and extends into the interior.
  • the tank preferably has a tank wall made of plastic, wherein the tank in particular forms an enclosing (one-piece) tank wall.
  • the operating fluid (under normal operating conditions or room temperature) can now be permanently stored in the interior of the tank.
  • the liquid fuel is preferably a reducing agent or a reducing agent precursor for reducing pollutant components in the exhaust gas of an internal combustion engine.
  • the fuel may be a urea-water solution.
  • the tank wall preferably has a corresponding (second) mounting opening, through which the at least one heating device is mounted.
  • a delivery device for the liquid operating material may also be provided in the tank.
  • the conveying device can be provided, for example, in a metallic housing on the tank wall, which is positioned in a (only) provided (separate or first) mounting opening of the tank.
  • PTC positive temperature coefficient
  • this may also be designed in the manner of a liquid heater, in which a hot fluid flows through a heating loop.
  • a heating fluid for example, the cooling water of the internal combustion engine of a motor vehicle can be used.
  • the at least one heating device may comprise a so-called heat pipe (“heat pipe”)
  • Heat pipes generally contain a hermetically encapsulated volume, usually in the form of a tube, which is filled with a working medium (eg water). It fills the volume to a small extent in the liquid state, and to a large extent in the vapor state, each containing a heat transfer surface for a heat source (near the tank wall or outside the tank wall) and a heat sink (inside the tank or opposite the heat source)
  • a heat transfer surface for a heat source near the tank wall or outside the tank wall
  • a heat sink inside the tank or opposite the heat source
  • the working medium begins to evaporate, causing the pressure in the vapor space to increase locally above the liquid level, resulting in a small pressure gradient within the heat pipe, so that the resulting vapor flows in the direction of the heat sink where it will flow
  • the previously recorded latent heat is released again.
  • this at least one heating device is a local, retrofitted, heat source positioned at a predetermined point through the tank wall for the targeted and effective thawing of frozen fuel in the tank interior.
  • the heating power is deliberately introduced far into the interior of the tank by means of the at least one heating device.
  • a plurality of such heating devices may be provided, so that a predetermined distribution of the heaters is reached deep into the interior.
  • the heating devices can also be designed differently, in particular with regard to their nature, length, orientation, heating power, etc.
  • This embodiment of the tank in particular allows retrofitting with demand-driven, efficient heating devices.
  • the tank is particularly advantageous if the at least one heating device is designed with at least one of the following configurations:
  • the at least one heater has a cross-sectional shape and a length perpendicular to the cross-sectional shape. The cross-sectional shape substantially corresponds to the shape of the second mounting opening, through which the at least one heating device can be mounted.
  • the device according to the invention is advantageous if the at least one heating device is detachably and fluid-tightly connected to the tank wall. It is particularly advantageous to introduce the heater through the second mounting hole in the tank, or to mount in the tank when the second mounting hole is located in the bottom of the tank in the tank wall. In particular, it is then important for the heating device in the second assembly opening to close in a fluid-tight manner to the tank wall, so that no leakage of fuel from the tank occurs.
  • Such a detachable integration of the at least one heating device facilitates repair measures or the integration of other heating devices if the freezing behavior or the thawing behavior of the motor vehicle subsequently changes.
  • the tank has a height and the at least one heating device has a length, and that the length extends at least over 40% of the height. Preferably, the length even extends over at least 70% or even over 100% of the height of the tank.
  • a heater extending over a large portion of the height of the tank is capable of melting an opening in such a closed ceiling, regardless of the height of the closed ceiling in the tank. If for reasons of stability (for example, in motor vehicles for the off-road area) no very long heating device may be desired, this z. B. from different locations of the tank (side, ceiling, floor) are designed with a shorter length, wherein it is preferred that these together at least over 70% or even 90% of the height of the tank extend.
  • the tank according to the invention if the at least one heater is at least partially permeable to liquid fuel.
  • the at least one heater is at least partially permeable to liquid fuel.
  • openings, pores, channels or the like may be provided, which optionally also allow a flow through the heater with liquid fuel.
  • a heating device designed in the manner of a plate represents a considerable flow resistance for operating fluid in the tank. For this reason, it is advantageous to carry out the heating device permeable to liquid operating fluid at least in certain areas.
  • the at least one heating device forms a heatable cage around the conveyor device.
  • the heater separates the conveyor from the rest of the interior of the tank.
  • a partial permeability of the heating device for liquid fuel is then required so that fuel from the remaining interior of the tank can get to the conveyor.
  • condition of use means, in particular, the conditions that can actually occur during operation of the motor vehicle, for example the installation position of the tank, the distribution of the fuel in the tank, the temperature distribution in the vicinity of the tank and the like
  • a tank is provisionally mounted in a motor vehicle and exposed for a predetermined period (possibly repeated with different levels and / or different operating conditions of the motor vehicle as long / short / repeated engine operation) appropriate cold This helps to ensure that actual operating conditions are in place.
  • the environment of the tank in the motor vehicle can play a significant role in the freezing behavior of the tank.
  • the "freezing behavior" describes, for example, where the fuel first freezes or how the ice forms in the tank, in particular until the fuel is completely frozen, thus enabling critical areas to be identified which are eliminated by the subsequent location of heaters
  • the sampling point and / or a venting opening can be free for a longer period of (repeated) frost exposure to be held by ice.
  • the freezing behavior of the tank is preferably monitored by appropriate monitoring methods.
  • the monitoring can take place for example by means of temperature sensors at critical points in the tank.
  • temperature sensors can be provided at locations where a particularly rapid freezing of the fuel is expected. It is also possible to provide several temperature sensors. For example, these may be arranged in the immediate vicinity of a location at which a particularly rapid freezing is expected with a predetermined pattern. It is also possible to provide a three-dimensional grid of temperature sensors for monitoring the freezing behavior in the entire tank. In the monitoring of the freezing behavior, temperature sensors outside the tank can also be included and / or temperature sensors on a conveyor module for conveying fuel out of the tank. Further information, such as the vehicle speed and / or the level, can also be included.
  • a suitable model of the freezing behavior of the fuel tank can be an energy model which takes into account the heat energy stored in the operating fluid and / or the heat flows out of the tank or into the tank.
  • the "thawing behavior" may also be analyzed to pre-determine positions for steps d) and e) to achieve an effective heating system
  • the second mounting opening in the tank wall may be, for example, by means of a saw or by drilling into the tank wall
  • a preparation of the tank wall may be required in the region of the second mounting opening, so that here the at least one heating device is introduced and in particular also one fluid-tight connection between the tank wall and the heater can be generated.
  • step c) a particularly rapid freezing of the tank was determined. This is exactly where frozen reducing agent is first in the tank. Since complete freezing of the fuel in the tank will rarely occur on a regular basis, frozen fuel is often only available at this point. For this reason, a heating device introduced there can be operated particularly energy-saving.
  • the inventive method is particularly suitable for the production of a test tank according to the invention.
  • a test tank With such a test tank, the freezing behavior of the tank can be examined with and without a heater and a particularly advantageous position for a heater in the tank can be determined. Different mounting positions of the heater (s) in the tank can be investigated without having to manufacture the tank directly with the corresponding mounting holes.
  • the ideal installation position for a heating device determined by the method according to the invention for a particular tank geometry can be adopted and the tanks can be manufactured directly with corresponding assembly openings at the determined position, without previously freezing under operating conditions for each individual tank he follows.
  • the implementation of the method according to the invention for producing a tank according to the invention can also be adapted to a specific type of motor vehicle.
  • the installation position of the tank according to the invention the immediate surroundings of the tank according to the invention in the motor vehicle and the conditions of use may be different. Therefore, the same tank in different vehicles may have a different freezing behavior.
  • the inventive method makes it possible to detect these differences and to take into account in the positioning of a heater in the tank.
  • the invention has particular application in a motor vehicle, comprising an internal combustion engine and an exhaust gas treatment device for cleaning the exhaust gases of the internal combustion engine and a tank according to the invention with a heating device and a control unit, wherein the exhaust gas treatment device has a supply device for a fuel, which is stored in the tank and the control unit is adapted to control the heating device of the tank.
  • a liquid urea-water solution is preferably added to the exhaust gas as the operating substance.
  • the motor vehicle has a tank, which is produced by the method according to the invention.
  • FIGS. 1 shows a first embodiment variant of a tank according to the invention in a vertical sectional view
  • FIG. 3 shows a third embodiment variant of a tank according to the invention in a vertical sectional view
  • FIG. 4 shows a fourth variant of an embodiment according to the invention
  • Fig. 6 a motor vehicle having a tank according to the invention.
  • Fig. 1, Fig. 2 and Fig. 3 show three different embodiments of a tank 1 according to the invention for a liquid operating material 2 (in particular urea-water solution), in which in a first mounting opening 4, a conveying device 6 for the Fuel 2 is mounted.
  • a heater 7 is mounted in a second mounting hole 5.
  • the heating device 7 extends with a length 10 over a significant portion of the height 11 of the tank 1.
  • the heating device 7 is designed in the manner of a rod 26.
  • the heating device 7 has a PTC heating element 23 for the conversion of electrical energy into thermal energy and has an electrical connection 22 via which it can be supplied with electrical energy.
  • the conveyor device 6 has at least one system heater 20 (for heating the devices in the conveyor and / or for heating the operating material arranged in the external environment) and has a line connection 21 through which the operating material 2 can be conveyed out of the tank ,
  • the tank wall 18 of the tank 1 defines the interior 8 of the tank 1.
  • the fuel 2 in the illustrated figures
  • the heating device 7 has melted along its extension a channel 25, through which a pressure equalization between the environment and a freely around the conveyor 6 molten cave 29 can take place.
  • both the heating device 7 and the conveying device 6 are mounted in a bottom 9 of the tank.
  • the conveyor 6 extends from the bottom 9 of the tank 1 in the interior 8 of the tank 1 inside, while the heater 7 from above (the ceiling of the tank) into the interior. 8 of the tank 1 extends into it.
  • the heating device 7 of FIG. 2 is executed angled. Thus, the heating device 7 can also reach areas of the interior 8 of the tank 1 that are far away from the second assembly opening 5.
  • the heating device 7 is preferably designed so that it can be introduced into the tank 1 through the second mounting opening 5 despite the bend 30.
  • the heater 7 may also have a plurality of creases 30 or other shapes.
  • the conveying device 6 extends through the bottom 9 into the interior 8 of the tank 1, while the heating device 7 extends from above into the interior 8 of the tank 1.
  • the conveying device 6 has a first coupling part 13, and the heating device 7 has a second coupling part 14.
  • the first coupling part 13 and the second coupling part 14 can be coupled together, so that a firm connection between the heating device 7 and the conveying device 6 is formed.
  • FIG. 4 shows a fourth embodiment variant
  • FIG. 5 shows a fifth embodiment variant of a tank 1 according to the invention. Here, a horizontal sectional view through the tank 1 is illustrated.
  • each of the tank 1 can be seen.
  • the tank wall 18, which limits the interior space 8, is cut. The viewer can see from above the bottom 9 of the tank 1. Also visible is the introduced into a first mounting opening 4 conveyor 6 with its housing 19 and introduced into second mounting holes 5 heaters 7, each having a PTC heating element 23.
  • a heater 7 in the manner of a plate 27 is executed.
  • the other heating device 7 is designed in the manner of a rod 26.
  • a heating device 7 arranged in the manner of a cage 27 in the manner of a cage around the conveying device 6 is shown.
  • the cage 12 is designed semicircular around the conveying device 6.
  • the heating device 7 has openings 24 through which fuel can flow from the interior 8 of the tank 1 to the conveying device 6.
  • the exhaust gas treatment device 16 has an adding device 17, which is supplied with fuel from a tank 1 according to the invention by a conveying device 6.
  • the tank 1 according to the invention has a heating device 7, which can be controlled by a control unit 28.

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Abstract

The invention relates to a tank (1) for storing a liquid operating material (2) for a motor vehicle (3), having a tank wall (18) and an interior (8) that is delimited by the tank wall (18), and at least one heating device (7) that is mounted through the tank wall (18) from outside and extends into the interior (8). The invention further relates to a method for producing a tank.

Description

Tank zur Bevorratung eines Betriebsstoffs  Tank for storing a fuel
Die Erfindung betrifft einen Tank zur Bevorratung eines Betriebsstoffs für ein Kraftfahrzeug. Zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs sind typischerweise mehrere flüssige Betriebsstoffe erforderlich, die bei tiefen Temperaturen in ihren Tanks gefrieren können. Derartige Betriebsstoffe sind beispielsweise der Kraftstoff zum Betrieb einer Verbrennungskraftmaschine, Scheibenwischwasser zum Reinigung der Scheiben des Kraftfahrzeugs, Kühlflüssigkeit zum Betrieb der Verbrennungskraftmaschine oder auch Reduktionsmittel zur Reduktion schädlicher Komponenten im Abgas einer Verbrennungskraftmaschine. Insbesondere der Einsatz von Reduktionsmittel zur Reinigung von Abgasen einer Verbrennungskraftmaschine hat im Kraftfahrzeugbereich in letzter Zeit erheblich an Bedeutung gewonnen. Ein häufig angewandtes Verfahren zur Abgasreinigung, für welches ein Reduktionsmittel als zusätzlicher Betriebsstoff des Kraftfahrzeugs erforderlich ist, ist das Ver- fahren der selektiven katalytischen Reduktion (SCR = Selective Catalytic Reductiori). Bei diesem Verfahren wird dem Abgas der Verbrennungskraftmaschine ein Reduktionsmittel zugeführt, mit welchem innerhalb des Abgassystems Stickoxidverbindungen (NOx) im Abgas wirkungsvoll reduziert werden. Das Verfahren der selektiven katalytischen Reduktion wird insbesondere bei Abgassystemen von mager betriebenen Verbrennungskraftmaschinen, wie beispielsweise Dieselmotoren, eingesetzt. Diese weisen einen erhöhten Ausstoß an Stickoxidverbindungen auf. The invention relates to a tank for storing a fuel for a motor vehicle. The operation of a motor vehicle typically requires several liquid supplies that can freeze at low temperatures in their tanks. Such fuels are, for example, the fuel for operating an internal combustion engine, windscreen wiper water for cleaning the windows of the motor vehicle, coolant for operating the internal combustion engine or reducing agent for reducing harmful components in the exhaust gas of an internal combustion engine. In particular, the use of reducing agent for purifying exhaust gases of an internal combustion engine has recently gained considerable importance in the automotive sector. A frequently used process for exhaust gas purification, for which a reducing agent is required as an additional fuel of the motor vehicle, is the selective catalytic reduction (SCR) process. In this method, a reduction agent is supplied to the exhaust gas of the internal combustion engine, with which nitrogen oxide compounds (NOx) in the exhaust gas are effectively reduced within the exhaust system. The method of selective catalytic reduction is used in particular in exhaust systems of lean-burn internal combustion engines, such as diesel engines. These have an increased output of nitrogen oxide compounds.
Für die Umsetzung der Stickoxide im Rahmen des SCR-Verfahrens wird insbesondere Ammoniak als Reduktionsmittel eingesetzt. Ammoniak wird im Kraftfahrzeug regelmäßig nicht direkt selbst bevorratet, sondern in Form eines so genannten Reduktionsmittelvorläufers, also eine Substanz, die erst noch (chemisch) in Ammoniak (bedarfsgerecht) umgewandelt wird. Ein häufig eingesetzter Reduktionsmittelvorläufer ist Harnstoff - Wasser-Lösung. Eine 32,5 ige Harnstoff -Wasser-Lösung ist zu diesem Zweck unter dem Handelsnamen AdBlue erhältlich und hat eine hohe Verbreitung. Problematisch bei der Bevorratung von Harnstoff -Wasser-Lösung in einem Tank ist, dass diese bei Temperaturen von ca. -11 °C einfriert. Derartige Temperaturen können während des Betriebs eines Kraftfahrzeugs insbesondere bei langen Stillstandszeiten im Winter auftreten. Ein Tank für ein Reduktionsmittel muss daher einerseits so ausgelegt sein, dass er bei Ein- frieren des in dem Tank bevorrateten Reduktionsmittels nicht beschädigt wird. Darüber hinaus ist es erforderlich, dass nach dem Start des Kraftfahrzeugs möglichst schnell flüssiges Reduktionsmittel im Tank bereitsteht. Aus diesem Grund ist es bekannt, in einem Tank zur Bevorratung eines Reduktionsmittels Heiz Vorrichtungen vorzusehen, mittels derer gefrorenes Reduktionsmittel getaut werden kann. For the implementation of nitrogen oxides in the context of the SCR process, in particular ammonia is used as the reducing agent. Ammonia is regularly not stored in the motor vehicle itself, but in the form of a so-called reducing agent precursor, ie a substance that is still (chemically) converted into ammonia (as needed). A frequently used reducing agent precursor is urea - Water solution. A 32.5% urea-water solution is available for this purpose under the trade name AdBlue and is widely used. The problem with the storage of urea-water solution in a tank is that it freezes at temperatures of about -11 ° C. Such temperatures may occur during operation of a motor vehicle, especially during long periods of downtime in winter. On the one hand, a tank for a reducing agent must therefore be designed such that it is not damaged when the reducing agent stored in the tank freezes. In addition, it is necessary that after the start of the vehicle as quickly as possible liquid reducing agent in the tank is available. For this reason, it is known to provide in a tank for storing a reducing agent heating devices by means of which frozen reducing agent can be thawed.
Problematisch bei derartigen Heizvorrichtungen ist, dass diese sowohl bei der Installation als auch im Betrieb häufig einen großen Kostenfaktor darstellen. Darüber hinaus sind derartige Heizvorrichtungen wartungsin- tensiv. Zudem wurde festgestellt, dass das Einfrierverhalten bzw. das Auf tau verhalten stark vom Einsatz bzw. der Position des Tanks im Kraftfahrzeug abhängt. Um hier die oben angesprochenen Kriterien zu erfüllen, sind die bekannten Heizvorrichtungen meist deutlich größer ausgelegt, als es für eine Vielzahl von Anwendungen erforderlich ist, wodurch der Energiebedarf und die Kosten weiter steigen. Folglich fehlt es an einem Konzept, wie derartige Heiz Vorrichtungen nur so viel Energie in den Tank einbringen, wie zum Auftauen des eingefrorenen Reduktionsmittels tatsächlich benötigt wird. Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung, die im Zusammenhang mit dem Stand der Technik geschilderten technischen Probleme zumindest teilweise zu lindern. Es soll insbesondere ein besonders kostengünstiger und besonders einfach zu montierender Tank für einen Betriebsstoff für ein Kraftfahrzeug mit einer effektiven Heizvor- richtung sowie ein besonders vorteilhaftes Verfahren zur energetisch günstigen Positionierung einer Heizvorrichtung in einem Tank angegeben werden. Diese Aufgaben werden gelöst mit einem Tank gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 7. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Tanks und des Verfahrens sind in den abhängig formulierten Patentansprüchen angegeben. Die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in beliebiger, technologisch sinnvoller, Weise miteinander kombinierbar und können durch erläuternde Sachverhalte aus der Beschreibung ergänzt werden, wobei weitere Ausführungsvarianten der Erfindung aufgezeigt werden. Die Erfindung betrifft demnach einen Tank zur Bevorratung eines flüssigen Betriebsstoffs für ein Kraftfahrzeug, aufweisend eine Tankwand und einen Innenraum, der von der Tankwand begrenzt ist, sowie zumindest eine Heizvorrichtung, die von außen durch die Tankwand montiert ist und sich in den Innenraum hinein erstreckt. The problem with such heaters is that they often represent a major cost factor both during installation and during operation. In addition, such heaters are maintenance-intensive. In addition, it was found that the freezing behavior or behavior behaves strongly dependent on the use or the position of the tank in the motor vehicle. In order to meet the above-mentioned criteria, the known heaters are usually designed much larger than is required for a variety of applications, whereby the energy demand and costs continue to rise. Consequently, there is a lack of a concept of how such heating devices introduce as much energy into the tank as is actually needed to thaw the frozen reducing agent. On this basis, it is the object of the present invention to at least partially alleviate the technical problems described in connection with the prior art. In particular, a particularly cost-effective and particularly easy to install tank for a fuel for a motor vehicle with an effective Heizvor- direction and a particularly advantageous method for energetically favorable positioning of a heater can be specified in a tank. These objects are achieved with a tank according to the features of patent claim 1 and with a method according to the features of patent claim 7. Further advantageous embodiments of the tank and the method are given in the dependent formulated claims. The features listed individually in the claims are combinable with each other in any technologically meaningful manner and can be supplemented by explanatory facts from the description, wherein further embodiments of the invention are shown. The invention therefore relates to a tank for storing a liquid fuel for a motor vehicle, comprising a tank wall and an interior, which is bounded by the tank wall, and at least one heater, which is mounted from the outside through the tank wall and extends into the interior.
Der Tank weist vorzugsweise eine aus Kunststoff gefertigte Tankwand auf, wobei der Tank insbesondere eine umschließende (einstückige) Tankwand bildet. Der (bei normalen Betriebsbedingungen bzw. Raumtemperatur) flüssige Betriebsstoff kann nun dauerhaft im Tankinnenraum gespeichert werden. Der flüssige Betriebsstoff ist vorzugsweise ein Reduktionsmittel oder ein Reduktionsmittelvorläufer zur Reduzierung von Schadstoffbestandteilen im Abgas einer Verbrennungskraftmaschine. Beispielsweise kann der Betriebsstoff eine Harnstoff -Wasser-Lösung sein. Zur Montage der zumindest einen Heizvorrichtung von außen durch die Tankwand weist die Tankwand vorzugsweise eine entsprechende (zweite) Montageöffnung auf, durch welche die zumindest eine Heizvorrichtung montiert ist. Über die zumindest eine Heizvorrichtung hinaus kann in dem Tank vorzugsweise auch eine Fördervorrichtung für den flüssigen Betriebsstoff vorgesehen sein. Die Förder Vorrichtung kann beispielsweise in einem metallischen Gehäuse an der Tankwand vorgesehen sein, welches in einer (nur) dafür vorgesehenen (separaten bzw. ersten) Montageöffnung des Tanks positioniert ist. The tank preferably has a tank wall made of plastic, wherein the tank in particular forms an enclosing (one-piece) tank wall. The operating fluid (under normal operating conditions or room temperature) can now be permanently stored in the interior of the tank. The liquid fuel is preferably a reducing agent or a reducing agent precursor for reducing pollutant components in the exhaust gas of an internal combustion engine. For example, the fuel may be a urea-water solution. For mounting the at least one heating device from the outside through the tank wall, the tank wall preferably has a corresponding (second) mounting opening, through which the at least one heating device is mounted. In addition to the at least one heating device, a delivery device for the liquid operating material may also be provided in the tank. The conveying device can be provided, for example, in a metallic housing on the tank wall, which is positioned in a (only) provided (separate or first) mounting opening of the tank.
Die zumindest eine Heizvorrichtung ist vorzugsweise eine elektrisch betreibbare bzw. regelbare Heiz Vorrichtung, die als Heizelement zumindest einen PTC-Heizwiderstand (PTC = positive temperature coefficient) aufweist. Ein solcher Heizwiderstand ist in der Lage, seine Heizleistung über einen vom Heizwiderstand vorgegebenen Temperaturbereich selbst zu regeln und ist damit besonders vorteilhaft, wenn gerade nur die zum Auftauen benötigte Energie in den Betriebsstoff eingebracht werden soll. The at least one heating device is preferably an electrically operable or controllable heating device which has at least one PTC heating resistor (PTC = positive temperature coefficient) as heating element. Such a heating resistor is able to regulate its heating power over a predetermined temperature range from the heating resistor itself and is thus particularly advantageous when just the energy needed for thawing is to be introduced into the operating material.
In einer weiteren Ausgestaltung der Heizvorrichtung kann diese auch nach Art einer Flüssigheizung ausgebildet sein, bei welcher ein heißes Fluid durch eine Heizschleife strömt. Als Heizfluid kann beispielsweise das Kühlwasser der Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeuges verwendet werden. In a further embodiment of the heating device, this may also be designed in the manner of a liquid heater, in which a hot fluid flows through a heating loop. As a heating fluid, for example, the cooling water of the internal combustion engine of a motor vehicle can be used.
Ebenso ist möglich, dass die zumindest eine Heizvorrichtung ein so genanntes Wärmerohr (so genanntes„heatpipe") umfasst. Wärmerohre enthalten grundsätzlich ein hermetisch gekapseltes Volumen, meist in Form eines Rohrs. Es ist mit einem Arbeitsmedium (z. B. Wasser) gefüllt, das das Volumen zu einem kleinen Teil in flüssigem, zum größeren Teil in dampfförmigem Zustand ausfüllt. Darin befinden sich je eine Wärmeübertragungsfläche für eine Wärmequelle (nahe der Tankwand bzw. außerhalb der Tankwand) und eine Wärmesenke (im Tankinneren bzw. ge- genüberliegend der Wärmequelle). Bei einem Wärmeeintrag beginnt das Arbeitsmedium zu verdampfen. Dadurch wird über dem Flüssigkeitsspiegel der Druck im Dampfraum lokal erhöht, was zu einem geringen Druckgefälle innerhalb des Wärmerohrs führt. Der entstandene Dampf strömt deswegen in Richtung der Wärmesenke, wo er wegen der niedrigeren Temperatur z. B. des gefrorenen Reduktionsmittels (Wärmesenke) kondensiert. Dabei wird die zuvor aufgenommene latente Wärme wieder abgegeben. Das nun flüssige Arbeitsmedium kehrt danach durch die Schwerkraft bzw. durch eine Kapillarkraft wieder zurück zum Verdamp- fer (Wärmequelle). It is likewise possible for the at least one heating device to comprise a so-called heat pipe ("heat pipe") Heat pipes generally contain a hermetically encapsulated volume, usually in the form of a tube, which is filled with a working medium (eg water). It fills the volume to a small extent in the liquid state, and to a large extent in the vapor state, each containing a heat transfer surface for a heat source (near the tank wall or outside the tank wall) and a heat sink (inside the tank or opposite the heat source) During a heat input, the working medium begins to evaporate, causing the pressure in the vapor space to increase locally above the liquid level, resulting in a small pressure gradient within the heat pipe, so that the resulting vapor flows in the direction of the heat sink where it will flow Temperature z. B. the frozen reducing agent (heat sink) condensed. The previously recorded latent heat is released again. The now liquid working medium then returns to the evaporator (heat source) by gravity or by a capillary force.
Diese zumindest eine Heizvorrichtung ist demnach mit anderen Worten eine lokale, nachträglich montierte, an einer vorgegebenen Stelle durch die Tankwand hindurch positionierte Wärmequelle zum gezielten und effektiven Auftauen von gefrorenem Betriebsstoff im Tankinneren. Damit ist insbesondere keine sich entlang der Tankwand erstreckende Flächenheizung gemeint, die praktisch auch gleichermaßen großflächig mit der Umgebung eine Grenzfläche bildet (und gegebenenfalls zusätzlich noch vorgesehen sein kann). Vielmehr wird die Heizleistung mittels der min- dest einen Heizvorrichtung weit in den Innenraum des Tanks gezielt eingebracht. Hierfür können mehrere solcher Heizvorrichtungen vorgesehen sein, so dass eine vorgegebene Verteilung der Heizvorrichtungen bis tief in den Innenraum erreicht wird. Hierfür können die Heizvorrichtungen auch unterschiedlich ausgeführt sein, insbesondere im Hinblick auf ihre Art, Länge, Orientierung, Heizleistung, etc. Accordingly, in other words, this at least one heating device is a local, retrofitted, heat source positioned at a predetermined point through the tank wall for the targeted and effective thawing of frozen fuel in the tank interior. This means, in particular, no surface heating extending along the tank wall, which practically also forms an interface with the environment over a large area (and optionally may additionally be provided). Rather, the heating power is deliberately introduced far into the interior of the tank by means of the at least one heating device. For this purpose, a plurality of such heating devices may be provided, so that a predetermined distribution of the heaters is reached deep into the interior. For this purpose, the heating devices can also be designed differently, in particular with regard to their nature, length, orientation, heating power, etc.
Diese Ausgestaltung des Tanks erlaubt insbesondere eine Nachrüstung mit bedarfsgerechten, effizienten Heizvorrichtungen. Der Tank ist besonders vorteilhaft, wenn die zumindest eine Heizvorrichtung mit zumindest einer der folgenden Ausgestaltungen ausgeführt ist:This embodiment of the tank in particular allows retrofitting with demand-driven, efficient heating devices. The tank is particularly advantageous if the at least one heating device is designed with at least one of the following configurations:
- nach Art eines Stabes; und - in the manner of a staff; and
- nach Art einer Platte. Es hat sich herausgestellt, dass derart ausgestaltete Heizvorrichtungen besonders einfach und schnell in den erfindungsgemäßen Tank montiert werden können. Für derartig ausgestaltete Heizvorrichtungen sind entsprechend geformte (zweite) Montageöffnungen im Tank bzw. einer Tankwand des Tanks vorteilhaft, durch welche die Heizvorrichtungen von außen montiert werden können. Eine nach Art eines Stabes ausgeführte Heizvorrichtung weist eine Richtung auf, in welcher sie eine gegenüber den anderen beiden Raumrichtungen erheblich vergrößerte Länge hat. Eine nach Art einer Platte ausgeführte Heizvorrichtung weist zwei Rich- tungen auf, in welche sie gegenüber einer dritten Richtung eine erheblich vergrößerte Länge hat. Vorzugsweise hat die zumindest eine Heizvorrichtung eine Querschnittsform und eine senkrecht auf der Querschnittsform stehende Länge. Die Querschnittsform entspricht im Wesentlichen der Form der zweiten Montageöffnung, durch welche die zumindest eine Heiz Vorrichtung montierbar ist. - in the manner of a plate. It has been found that such designed heaters can be particularly easily and quickly mounted in the tank according to the invention. For such configured heaters appropriately shaped (second) mounting holes in the tank or a tank wall of the tank are advantageous, through which the heaters of can be mounted outside. A running in the manner of a rod heater has a direction in which it has a relation to the other two spatial directions significantly increased length. A heater designed in the manner of a plate has two directions, in which it has a considerably increased length compared to a third direction. Preferably, the at least one heater has a cross-sectional shape and a length perpendicular to the cross-sectional shape. The cross-sectional shape substantially corresponds to the shape of the second mounting opening, through which the at least one heating device can be mounted.
Weiterhin vorteilhaft ist die erfindungsgemäße Vorrichtung, wenn die zumindest eine Heizvorrichtung lösbar und fluiddicht mit der Tankwand verbunden ist. Es ist insbesondere vorteilhaft, die Heizvorrichtung durch die zweite Montageöffnung in den Tank einzubringen, bzw. in dem Tank zu montieren, wenn die zweite Montageöffnung sich im Boden des Tanks in der Tankwand befindet. Insbesondere dann ist es wichtig, dass die Heizvorrichtung in der zweiten Montageöffnung fluiddicht mit der Tankwand abschließt, damit keine Leckage an Betriebsstoff aus dem Tank hin- aus auftritt. Eine solche lösbare Integration der zumindest einen Heizeinrichtung erleichtert Reparaturmaßnahmen bzw. die Integration anderer Heizeinrichtungen, wenn sich das Einfrierverhalten bzw. das Auftauverhalten bei dem Kraftfahrzeug nachträglich ändert. Gemäß einer Weiterbildung wird auch vorgeschlagen, dass der Tank eine Höhe und die zumindest eine Heizvorrichtung eine Länge aufweist, und sich die Länge zumindest über 40 % die Höhe erstreckt. Vorzugsweise erstreckt sich die Länge sogar über zumindest 70 % oder sogar über 100 % der Höhe des Tanks. Wenn der flüssige Betriebsstoff in einem Tank einfriert, entsteht regelmäßig zunächst eine in sich geschlossene Decke an eingefrorenem Betriebsstoff an der Oberfläche des vormals flüssigen Betriebsstoffs. Bei Inbetriebnahme des Kraftfahrzeugs startet normalerweise eine Fördervorrichtung für den Betriebsstoff diesen aus dem Tank hinaus zu fördern. Dies kann dann einen Unter druck unterhalb der ge- schlossenen Decke an gefrorenem Betriebsstoff im Tank erzeugen. Dieser Unterdruck verhindert eine weitere Förderung von Betriebsstoff aus dem Tank hinaus. Eine sich über einen großen Anteil der Höhe des Tanks erstreckende Heizvorrichtung ist in der Lage, in eine derartige geschlossene Decke eine Öffnung zu schmelzen, unabhängig davon, in welcher Höhe die geschlossene Decke in dem Tank vorliegt. Sollten aus Stabilitätsgründen (zum Beispiel bei Kraftfahrzeugen für den off-road Bereich) keine sehr langen Heiz Vorrichtung gewünscht sein, könnten diese z. B. von verschiedenen Stellen des Tanks (Seite, Decke, Boden) mit einer geringeren Länge ausgeführt sein, wobei bevorzugt ist, dass diese sich zusammen zumindest über 70 % oder sogar 90 % der Höhe des Tanks erstrecken. Furthermore, the device according to the invention is advantageous if the at least one heating device is detachably and fluid-tightly connected to the tank wall. It is particularly advantageous to introduce the heater through the second mounting hole in the tank, or to mount in the tank when the second mounting hole is located in the bottom of the tank in the tank wall. In particular, it is then important for the heating device in the second assembly opening to close in a fluid-tight manner to the tank wall, so that no leakage of fuel from the tank occurs. Such a detachable integration of the at least one heating device facilitates repair measures or the integration of other heating devices if the freezing behavior or the thawing behavior of the motor vehicle subsequently changes. According to a further development, it is also proposed that the tank has a height and the at least one heating device has a length, and that the length extends at least over 40% of the height. Preferably, the length even extends over at least 70% or even over 100% of the height of the tank. When the liquid feedstock freezes in a tank, a self-contained blanket of frozen feedstock regularly forms on the surface of the formerly liquid feedstock. When commissioning the motor vehicle usually starts a conveyor for the fuel to promote this out of the tank. This can then be a negative pressure below the closed ceiling to produce frozen fuel in the tank. This negative pressure prevents further delivery of fuel from the tank. A heater extending over a large portion of the height of the tank is capable of melting an opening in such a closed ceiling, regardless of the height of the closed ceiling in the tank. If for reasons of stability (for example, in motor vehicles for the off-road area) no very long heating device may be desired, this z. B. from different locations of the tank (side, ceiling, floor) are designed with a shorter length, wherein it is preferred that these together at least over 70% or even 90% of the height of the tank extend.
Weiterhin vorteilhaft ist der erfindungsgemäße Tank, wenn die zumindest eine Heizvorrichtung zumindest bereichsweise durchlässig für flüssigen Betriebsstoff ist. Hierfür können z. B. Öffnungen, Poren, Kanäle oder ähnliches vorgesehen sein, die gegebenenfalls auch ein Durchströmen der Heizvorrichtung mit flüssigem Betriebsstoff ermöglichen. Insbesondere eine nach Art einer Platte ausgestaltete Heizvorrichtung stellt einen erheblichen Strömungswiderstand für Betriebsstoff im Tank dar. Aus die- sem Grund ist es vorteilhaft, die Heizvorrichtung zumindest bereichsweise durchlässig für flüssigen Betriebsstoff auszuführen. Further advantageous is the tank according to the invention, if the at least one heater is at least partially permeable to liquid fuel. For this purpose, for. As openings, pores, channels or the like may be provided, which optionally also allow a flow through the heater with liquid fuel. In particular, a heating device designed in the manner of a plate represents a considerable flow resistance for operating fluid in the tank. For this reason, it is advantageous to carry out the heating device permeable to liquid operating fluid at least in certain areas.
Zudem wird auch als vorteilhaft angesehen, wenn die zumindest eine Heizvorrichtungen einen beheizbaren Käfig um die Fördervorrichtung bildet. Bei einer nach Art eines in sich abgeschlossenen bzw. umlaufenden Käfigs oder nach Art einer in sich abgeschlossenen bzw. umlaufenden Wandung um eine Fördervorrichtung herum ausgebildeten Heizvorrichtung trennt die Heizvorrichtung die Fördervorrichtung vom restlichen Innenraum des Tanks ab. Eine bereichsweise Durchlässigkeit der Heizvor- richtung für flüssigen Betriebsstoff ist dann erforderlich, damit Betriebsstoff aus dem restlichen Innenraum des Tanks zu der Fördervorrichtung gelangen kann. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Positionierung einer Heizvorrichtung in einem Tank zur Bevorratung eines flüssigen Betriebsstoffs vorgeschlagen, das zumindest die folgenden Schritte ausweist: In addition, it is also considered advantageous if the at least one heating device forms a heatable cage around the conveyor device. In a manner of a self-contained or circumferential cage or in the manner of a self-contained or circumferential wall around a conveyor device around designed heater, the heater separates the conveyor from the rest of the interior of the tank. A partial permeability of the heating device for liquid fuel is then required so that fuel from the remaining interior of the tank can get to the conveyor. According to a further aspect of the invention, a method is proposed for positioning a heating device in a tank for storing a liquid fuel, which comprises at least the following steps:
a) Füllen des Tanks mit dem Betriebsstoff; a) filling the tank with the fuel;
b) Einfrieren des befüllten Tanks unter Einsatzbedingungen; b) freezing the filled tank under conditions of use;
c) Erfassen des Einfrierverhaltens des befüllten Tanks; c) detecting the freezing behavior of the filled tank;
d) Herstellen einer zweiten Montageöffnung in der Tankwand; und e) Montieren der Heizvorrichtung an der zweiten Montageöffnung durch die Tankwand, so dass sich die Heiz Vorrichtung in einen Innenraum des Tanks erstreckt. d) producing a second mounting opening in the tank wall; and e) mounting the heater at the second mounting opening through the tank wall such that the heater extends into an interior of the tank.
Mit dem Begriff „Einsatzbedingungen" sind hier insbesondere die Bedingungen gemeint, wie sie während des Betriebs des Kraftfahrzeugs tat- sächlich auftreten können. Hierbei können beispielsweise die Einbaulage des Tanks, die Verteilung des Betriebstoffs im Tank, die Temperaturverteilung in der Umgebung des Tanks und dergleichen relevant sein. Vorzugsweise wird demnach zur Durchführung von Schritt b) ein Tank provisorisch in einem Kraftfahrzeug montiert und über einen vorgegebenen Zeitraum (ggf. wiederholt mit verschiedenen Füllständen und/oder nach unterschiedlichen Betriebszuständen des Kraftfahrzeuges wie langem/kurzem/wiederholtem Motorbetrieb) entsprechender Kälte ausgesetzt. So kann sichergestellt werden, dass tatsächlich Einsatzbedingungen vorliegen. Die Umgebung des Tanks im Kraftfahrzeug kann eine erhebli- che Rolle auf das Einfrierverhalten des Tanks haben. The term "conditions of use" here means, in particular, the conditions that can actually occur during operation of the motor vehicle, for example the installation position of the tank, the distribution of the fuel in the tank, the temperature distribution in the vicinity of the tank and the like Preferably, therefore, to carry out step b), a tank is provisionally mounted in a motor vehicle and exposed for a predetermined period (possibly repeated with different levels and / or different operating conditions of the motor vehicle as long / short / repeated engine operation) appropriate cold This helps to ensure that actual operating conditions are in place.The environment of the tank in the motor vehicle can play a significant role in the freezing behavior of the tank.
Das„Einfrierverhalten" beschreibt beispielsweise, an welchen Stellen der Betriebsstoff zuerst einfriert bzw. wie die Eisbildung im Tank eintritt, insbesondere bis der Betriebsstoff vollständig gefroren ist. Anhand dieser Analyse können somit kritische Bereiche identifiziert werden, die mittels der nachträglichen Position von Heizvorrichtungen beseitigt werden können. Insbesondere kann so beispielsweise länger die Entnahmestelle und/oder eine Entlüftungsöffnung bei (wiederholter) Frostbelastung frei von Eis gehalten werden. Das Einfrierverhalten des Tanks wird vorzugsweise mit entsprechenden Überwachungsmethoden überwacht. The "freezing behavior" describes, for example, where the fuel first freezes or how the ice forms in the tank, in particular until the fuel is completely frozen, thus enabling critical areas to be identified which are eliminated by the subsequent location of heaters In particular, for example, the sampling point and / or a venting opening can be free for a longer period of (repeated) frost exposure to be held by ice. The freezing behavior of the tank is preferably monitored by appropriate monitoring methods.
Die Überwachung kann beispielsweise mit Hilfe von Temperatursensoren an kritischen Stellen im Tank erfolgen. Hierfür können Temperatursensoren an Stellen vorgesehen sein, an denen ein besonders schnelles Einfrieren des Betriebsstoffs erwartet wird. Auch ist möglich, mehrere Temperatursensoren vorzusehen. Beispielsweise können diese in der unmittelbaren Umgebung einer Stelle, an der ein besonders schnelles Einfrieren er- wartet wird, mit einem vorgegebenen Muster angeordnet sein. Weiter ist möglich, für die Überwachung des Einfrierverhaltens in dem gesamten Tank ein dreidimensionales Raster an Temperatursensoren vorzusehen. In die Überwachung des Einfrierverhaltens können auch Temperatursensoren außerhalb des Tanks mit einbezogen werden und/oder Tempera- tursensoren an einem Fördermodul zur Förderung von Betriebsstoff aus dem Tank hinaus. Auch weitere Informationen, wie die Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder der Füllstand, können mit einbezogen werden. Alle diese Informationen können in einem geeigneten Modell des Einfrierverhaltens des Tanks mit Betriebsstoff verarbeitet werden, um das tat- sächlich auftretende Einfrierverhalten des Tanks in einer konkreten Anwendung zu bestimmen. Ein solches Modell kann insbesondere ein Energiemodell sein, welches die in dem Betriebsstoff gespeicherte Wärmeenergie und/oder die Wärmeflüsse aus dem Tank hinaus bzw. in den Tank hinein berücksichtigt. The monitoring can take place for example by means of temperature sensors at critical points in the tank. For this purpose, temperature sensors can be provided at locations where a particularly rapid freezing of the fuel is expected. It is also possible to provide several temperature sensors. For example, these may be arranged in the immediate vicinity of a location at which a particularly rapid freezing is expected with a predetermined pattern. It is also possible to provide a three-dimensional grid of temperature sensors for monitoring the freezing behavior in the entire tank. In the monitoring of the freezing behavior, temperature sensors outside the tank can also be included and / or temperature sensors on a conveyor module for conveying fuel out of the tank. Further information, such as the vehicle speed and / or the level, can also be included. All this information can be processed in a suitable model of the freezing behavior of the fuel tank to determine the actual freezing behavior of the tank in a specific application. In particular, such a model can be an energy model which takes into account the heat energy stored in the operating fluid and / or the heat flows out of the tank or into the tank.
Selbstverständlich kann ebenso das„Auftauverhalten" analysiert werden, um Positionen für die Schritte d) und e) zur Erzielung eines effektiven Heiz Systems vorher zu bestimmen. Die zweite Montageöffnung in der Tankwand kann beispielsweise mit Hilfe einer Säge oder mit Hilfe einer Bohrung in die Tankwand eingebracht werden. Außerdem ist im Bereich der zweiten Montageöffnung gegebenenfalls eine Präparation der Tankwand erforderlich, so dass hier die zumindest eine Heizvorrichtung eingebracht und insbesondere auch eine fluiddichte Verbindung zwischen der Tankwand und der Heizvorrichtung erzeugt werden kann. Of course, the "thawing behavior" may also be analyzed to pre-determine positions for steps d) and e) to achieve an effective heating system The second mounting opening in the tank wall may be, for example, by means of a saw or by drilling into the tank wall In addition, a preparation of the tank wall may be required in the region of the second mounting opening, so that here the at least one heating device is introduced and in particular also one fluid-tight connection between the tank wall and the heater can be generated.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders vorteilhaft, wenn die zweite Montageöffnung in Schritt d) dort vorbereitet wird, wo in Schritt c) ein besonders schnelles Einfrieren des Tanks bestimmt wurde. Genau an dieser Stelle liegt im Tank zuerst gefrorenes Reduktionsmittel vor. Da ein vollständiges Durchfrieren des Betriebsstoffs im Tank regelmäßig nur sehr selten auftreten wird, liegt sogar häufig nur an dieser Stelle gefrore- ner Betriebsstoff vor. Aus diesem Grunde kann eine dort eingebrachte Heizvorrichtung besonders energiesparend betrieben werden. The method according to the invention is particularly advantageous if the second assembly opening is prepared in step d) where in step c) a particularly rapid freezing of the tank was determined. This is exactly where frozen reducing agent is first in the tank. Since complete freezing of the fuel in the tank will rarely occur on a regular basis, frozen fuel is often only available at this point. For this reason, a heating device introduced there can be operated particularly energy-saving.
Die für das erfindungsgemäße Verfahren dargestellten Vorteile und besonderen Ausgestaltungen sind in analoger Weise auf den erfindungsge- mäßen Tank übertragbar. Gleiches gilt für die für den erfindungsgemäßen Tank geschilderten besonderen Vorteile und Ausgestaltungen, welche auf das erfindungsgemäße Verfahren anwendbar und übertragbar sind. The advantages and special configurations shown for the method according to the invention can be transferred in an analogous manner to the tank according to the invention. The same applies to the particular advantages and embodiments described for the tank according to the invention, which are applicable and transferable to the method according to the invention.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere für die Herstellung eines erfindungsgemäßen Versuchstanks geeignet. Mit einem solchen Versuchstank kann das Einfrierverhalten des Tanks mit und ohne Heizvorrichtung untersucht werden und eine besonders vorteilhafte Position für eine Heizvorrichtung in dem Tank ermittelt werden. Unterschiedliche Einbaupositionen der Heizvorrichtung(en) im Tank können untersucht werden, ohne dass der Tank direkt mit den entsprechenden Montageöffnungen hergestellt werden muss. Für die Serienproduktion von erfindungsgemäßen Tanks kann die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren für eine bestimmte Tankgeometrie ermittelte ideale Einbauposition für eine Heizvorrichtung übernommen werden und die Tanks können direkt mit entsprechenden Montageöffnungen an der ermittelten Position hergestellt werden, ohne das vorher ein Einfrieren unter Einsatzbedingungen für jeden einzelnen Tank erfolgt. Die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Tanks kann auch auf einen bestimmten Kraftfahrzeugtyp angepasst erfolgen. Je nach Kraftfahrzeugtyp können die Einbauposition des erfindungsgemäßen Tanks, die unmittelbare Umge- bung des erfindungsgemäßen Tanks im Kraftfahrzeug und die Einsatzbedingungen unterschiedlich sein. Daher kann der gleiche Tank in verschiedenen Kraftfahrzeugen ein unterschiedliches Einfrierverhalten aufweisen. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird es ermöglicht, diese Unterschiede zu erfassen und bei der Positionierung einer Heizvorrichtung im Tank zu berücksichtigen. The inventive method is particularly suitable for the production of a test tank according to the invention. With such a test tank, the freezing behavior of the tank can be examined with and without a heater and a particularly advantageous position for a heater in the tank can be determined. Different mounting positions of the heater (s) in the tank can be investigated without having to manufacture the tank directly with the corresponding mounting holes. For series production of tanks according to the invention, the ideal installation position for a heating device determined by the method according to the invention for a particular tank geometry can be adopted and the tanks can be manufactured directly with corresponding assembly openings at the determined position, without previously freezing under operating conditions for each individual tank he follows. The implementation of the method according to the invention for producing a tank according to the invention can also be adapted to a specific type of motor vehicle. Depending on the type of motor vehicle, the installation position of the tank according to the invention, the immediate surroundings of the tank according to the invention in the motor vehicle and the conditions of use may be different. Therefore, the same tank in different vehicles may have a different freezing behavior. The inventive method makes it possible to detect these differences and to take into account in the positioning of a heater in the tank.
Die Erfindung findet insbesondere Anwendung in einem Kraftfahrzeug, aufweisend eine Verbrennungskraftmaschine und eine Abgasbehandlungsvorrichtung zur Reinigung der Abgase der Verbrennungskraftma- schine sowie einen erfindungsgemäßen Tank mit einer Heizvorrichtung und eine Steuereinheit, wobei die Abgasbehandlungsvorrichtung eine Zugabevorrichtung für einen Betriebsstoff aufweist, welcher in dem Tank bevorratet wird und die Steuereinheit dazu eingerichtet ist, die Heizvorrichtung des Tanks zu steuern. Dabei wird hier als Betriebsstoff bevor- zugt eine flüssige Harnstoff-Wasser-Lösung dem Abgas zugegeben. Insbesondere hat das Kraftfahrzeug dabei einen Tank, welcher nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist. The invention has particular application in a motor vehicle, comprising an internal combustion engine and an exhaust gas treatment device for cleaning the exhaust gases of the internal combustion engine and a tank according to the invention with a heating device and a control unit, wherein the exhaust gas treatment device has a supply device for a fuel, which is stored in the tank and the control unit is adapted to control the heating device of the tank. In this case, a liquid urea-water solution is preferably added to the exhaust gas as the operating substance. In particular, the motor vehicle has a tank, which is produced by the method according to the invention.
Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele, auf die die Erfindung jedoch nicht begrenzt ist. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Es zeigen: Fig. 1: eine erste Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Tanks in einer senkrechten Schnittansicht, The invention and the technical environment will be explained in more detail with reference to FIGS. The figures show particularly preferred embodiments, to which the invention is not limited. In particular, it should be noted that the figures and in particular the illustrated proportions are only schematic. 1 shows a first embodiment variant of a tank according to the invention in a vertical sectional view,
Fig. 2: eine zweite Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen 2 shows a second embodiment of an inventive
Tanks in einer senkrechten Schnittansicht, Fig. 3: eine dritte Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Tanks in einer senkrechten Schnittansicht, Fig. 4: eine vierte Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Tanks in a vertical section view, 3 shows a third embodiment variant of a tank according to the invention in a vertical sectional view, FIG. 4 shows a fourth variant of an embodiment according to the invention
Tanks in einer waagerechten Schnittansicht,  Tanks in a horizontal sectional view,
Fig. 5: eine fünfte Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen 5 shows a fifth embodiment of an inventive
Tanks in einer waagerechten Schnittansicht, und  Tanks in a horizontal sectional view, and
Fig. 6: ein Kraftfahrzeug aufweisend einen erfindungsgemäßen Tank. Fig. 6: a motor vehicle having a tank according to the invention.
Die Fig. 1, die Fig. 2 und die Fig. 3 zeigen drei verschiedene Ausführungsvarianten eines erfindungsgemäßen Tanks 1 für einen flüssigen Betriebs- Stoff 2 (insbesondere Harnstoff -Wasser-Lösung), bei denen in eine erste Montageöffnung 4 eine Fördervorrichtung 6 für den Betriebsstoff 2 montiert ist. Darüber hinaus ist in eine zweite Montageöffnung 5 eine Heizvorrichtung 7 montiert. Die Heizvorrichtung 7 erstreckt sich mit einer Länge 10 über einen signifikanten Anteil der Höhe 11 des Tanks 1. Die Heizvorrichtung 7 ist nach Art eines Stabes 26 ausgeführt. Die Heizvorrichtung 7 weist zur Umwandlung von elektrischer Energie in Wärmeenergie ein PTC-Heizelement 23 auf und hat einen elektrischen Anschluss 22, über welchen sie mit elektrischer Energie versorgt werden kann. Die Fördervorrichtung 6 weist zumindest eine Systemheizung 20 (zum Er- wärmen der Einrichtungen in der Fördereinrichtung und/oder zum Erwärmen des in der äußeren Umgebung angeordneten Betriebsstoffs) auf und hat einen Leitungsanschluss 21, durch welchen der Betriebsstoff 2 aus dem Tank hinaus gefördert werden kann. Die Tankwand 18 des Tanks 1 begrenzt den Innenraum 8 des Tanks 1. In dem Innenraum 8 liegt der Betriebsstoff 2 (in den veranschaulichten Figuren) größtenteils in gefrorener Form vor. Die Heizvorrichtung 7 hat entlang ihrer Erstreckung einen Kanal 25 freigeschmolzen, durch welchen ein Druckausgleich zwischen der Umgebung und einer rund um die Fördervorrichtung 6 frei geschmolzenen Höhle 29 erfolgen kann. Bei der ersten Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Tanks gemäß Fig. 1 sind sowohl die Heizvorrichtung 7 als auch die Fördervorrichtung 6 in einen Boden 9 des Tanks montiert. Fig. 1, Fig. 2 and Fig. 3 show three different embodiments of a tank 1 according to the invention for a liquid operating material 2 (in particular urea-water solution), in which in a first mounting opening 4, a conveying device 6 for the Fuel 2 is mounted. In addition, a heater 7 is mounted in a second mounting hole 5. The heating device 7 extends with a length 10 over a significant portion of the height 11 of the tank 1. The heating device 7 is designed in the manner of a rod 26. The heating device 7 has a PTC heating element 23 for the conversion of electrical energy into thermal energy and has an electrical connection 22 via which it can be supplied with electrical energy. The conveyor device 6 has at least one system heater 20 (for heating the devices in the conveyor and / or for heating the operating material arranged in the external environment) and has a line connection 21 through which the operating material 2 can be conveyed out of the tank , The tank wall 18 of the tank 1 defines the interior 8 of the tank 1. In the interior 8, the fuel 2 (in the illustrated figures) is largely in frozen form. The heating device 7 has melted along its extension a channel 25, through which a pressure equalization between the environment and a freely around the conveyor 6 molten cave 29 can take place. In the first embodiment variant of the tank according to the invention according to FIG. 1, both the heating device 7 and the conveying device 6 are mounted in a bottom 9 of the tank.
Bei der zweiten Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Tanks 1 gemäß Fig. 2 erstreckt sich die Fördervorrichtung 6 vom Boden 9 des Tanks 1 aus in den Innenraum 8 des Tanks 1 hinein, während die Heizvorrichtung 7 sich von oben (der Decke des Tanks) in den Innenraum 8 des Tanks 1 hinein erstreckt. Die Heiz Vorrichtung 7 gemäß Fig. 2 ist abgewinkelt ausgeführt. So kann die Heizvorrichtung 7 auch von der zweiten Montageöffnung 5 weit entfernte Bereiche des Innenraums 8 des Tanks 1 erreichen. Die Heizvorrichtung 7 ist bevorzugt so ausgeführt, dass sie trotz des Knicks 30 durch die zweite Montageöffnung 5 in den Tank 1 eingeführt werden kann. Die Heizvorrichtung 7 kann auch mehrere Knicke 30 oder andere Formen aufweisen. 2, the conveyor 6 extends from the bottom 9 of the tank 1 in the interior 8 of the tank 1 inside, while the heater 7 from above (the ceiling of the tank) into the interior. 8 of the tank 1 extends into it. The heating device 7 of FIG. 2 is executed angled. Thus, the heating device 7 can also reach areas of the interior 8 of the tank 1 that are far away from the second assembly opening 5. The heating device 7 is preferably designed so that it can be introduced into the tank 1 through the second mounting opening 5 despite the bend 30. The heater 7 may also have a plurality of creases 30 or other shapes.
Bei der dritten Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Tanks 1 gemäß Fig. 3 erstreckt sich die Fördervorrichtung 6 durch den Boden 9 in den Innenraum 8 des Tanks 1 hinein, während die Heiz Vorrichtung 7 sich von oben in den Innenraum 8 des Tanks 1 hinein erstreckt. Die Fördervorrichtung 6 weist ein erstes Kupplungsteil 13 auf, und die Heizvorrichtung 7 hat ein zweites Kupplungsteil 14. Das erste Kupplungsteil 13 und das zweite Kupplungsteil 14 können miteinander gekoppelt werden, so dass eine feste Verbindung zwischen der Heizvorrichtung 7 und der Fördervorrichtung 6 entsteht. So kann eine erhöhte Stabilität des Tanks 1 erreicht werden, weil der Tank 1 durch die Fördervorrichtung 6 und die Heizvorrichtung 7 stabilisiert wird. Die Fig. 4 zeigt eine vierte Ausführungsvariante und die Fig. 5 zeigt eine fünfte Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Tanks 1. Hier wird jeweils eine waagerechte Schnittansicht durch den Tank 1 veranschaulicht. Bei beiden Ausführungsvarianten ist jeweils der Tank 1 zu erkennen. Die Tankwand 18, die den Innenraum 8 begrenzt, ist geschnitten. Der Betrachter sieht von oben den Boden 9 des Tanks 1. Zu erkennen ist ferner die in eine erste Montageöffnung 4 eingebrachte Fördervorrichtung 6 mit ihrem Gehäuse 19 sowie in zweite Montageöffnungen 5 eingebrachte Heizvorrichtungen 7, die jeweils ein PTC-Heizelement 23 aufweisen. In the third variant of the inventive tank 1 according to FIG. 3, the conveying device 6 extends through the bottom 9 into the interior 8 of the tank 1, while the heating device 7 extends from above into the interior 8 of the tank 1. The conveying device 6 has a first coupling part 13, and the heating device 7 has a second coupling part 14. The first coupling part 13 and the second coupling part 14 can be coupled together, so that a firm connection between the heating device 7 and the conveying device 6 is formed. Thus, increased stability of the tank 1 can be achieved because the tank 1 is stabilized by the conveying device 6 and the heating device 7. FIG. 4 shows a fourth embodiment variant and FIG. 5 shows a fifth embodiment variant of a tank 1 according to the invention. Here, a horizontal sectional view through the tank 1 is illustrated. In both variants, each of the tank 1 can be seen. The tank wall 18, which limits the interior space 8, is cut. The viewer can see from above the bottom 9 of the tank 1. Also visible is the introduced into a first mounting opening 4 conveyor 6 with its housing 19 and introduced into second mounting holes 5 heaters 7, each having a PTC heating element 23.
In Fig. 4 ist die eine Heizvorrichtung 7 nach Art einer Platte 27 ausgeführt. Die andere Heizvorrichtung 7 ist nach Art eines Stabes 26 ausgeführt. Als Besonderheit in Fig. 5 ist eine nach Art einer Platte 27 käfigartig um die Fördervorrichtung 6 herum angeordnete Heizvorrichtung 7 dargestellt. Der Käfig 12 ist halbkreisförmig um die Fördervorrichtung 6 ausgeführt. Die Heizvorrichtung 7 hat Öffnungen 24, durch welche Betriebsstoff vom Innenraum 8 des Tanks 1 zu der Fördervorrichtung 6 fließen kann. In Fig. 4, a heater 7 in the manner of a plate 27 is executed. The other heating device 7 is designed in the manner of a rod 26. As a special feature in FIG. 5, a heating device 7 arranged in the manner of a cage 27 in the manner of a cage around the conveying device 6 is shown. The cage 12 is designed semicircular around the conveying device 6. The heating device 7 has openings 24 through which fuel can flow from the interior 8 of the tank 1 to the conveying device 6.
Fig. 6 zeigt ein Kraftfahrzeug 3 aufweisend eine Verbrennungskraftmaschine 15 und eine Abgasbehandlungsvorrichtung 16 zur Reinigung der Abgase der Verbrennungskraftmaschine 15. Die Abgasbehandlungsvor- richtung 16 weist eine Zugabevorrichtung 17 auf, welche von einer Fördervorrichtung 6 mit Betriebsstoff aus einem erfindungsgemäßen Tank 1 versorgt wird. Der erfindungsgemäße Tank 1 hat eine Heizvorrichtung 7, welche von einer Steuereinheit 28 gesteuert werden kann. 6 shows a motor vehicle 3 having an internal combustion engine 15 and an exhaust gas treatment device 16 for cleaning the exhaust gases of the internal combustion engine 15. The exhaust gas treatment device 16 has an adding device 17, which is supplied with fuel from a tank 1 according to the invention by a conveying device 6. The tank 1 according to the invention has a heating device 7, which can be controlled by a control unit 28.
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Tank 1 tank
2 Betriebsstoff  2 fuel
3 Kraftfahrzeug  3 motor vehicle
4 erste Montageöffnung  4 first mounting hole
5 zweite Montageöffnung  5 second mounting hole
6 Fördervorrichtung  6 conveyor
7 Heizvorrichtung  7 heating device
8 Innenraum  8 interior
9 Boden  9 floor
10 Länge  10 length
11 Höhe  11 height
12 Käfig  12 cage
13 erstes Kupplungsteil  13 first coupling part
14 zweites Kupplungsteil  14 second coupling part
15 Verbrennungskraftmaschine  15 internal combustion engine
16 Abgasbehandlungsvorrichtung 16 exhaust treatment device
17 Zugabevorrichtung 17 adding device
18 Tankwand  18 tank wall
19 Gehäuse  19 housing
20 Systemheizung  20 system heating
21 Leitungsanschluss  21 pipe connection
22 elektrischer Anschluss  22 electrical connection
23 PTC-Heizelement  23 PTC heating element
24 Öffnung  24 opening
25 Kanal  25 channel
26 Stab  26 staff
27 Platte  27 plate
28 Steuereinheit  28 control unit
29 Höhle  29 cave
30 Knick  30 kink

Claims

Patentansprüche claims
1. Tank (1) zur Bevorratung eines flüssigen Betriebsstoffs (2) für ein Kraftfahrzeug (3), aufweisend eine Tankwand (18) und einen Innen- räum (8), der von der Tankwand (18) begrenzt ist, sowie zumindest eine Heiz Vorrichtung (7), die von außen durch die Tankwand (18) montiert ist und sich in den Innenraum (8) hinein erstreckt. 1. tank (1) for storing a liquid fuel (2) for a motor vehicle (3), comprising a tank wall (18) and an inner space (8) which is bounded by the tank wall (18), and at least one heating Device (7) which is mounted from the outside through the tank wall (18) and extends into the interior space (8).
Tank (1) nach Patentanspruch 1, wobei die zumindest eine Heizvorrichtung (7) zumindest entsprechend einer der folgenden Ausgestaltungen ausgeführt ist: Tank (1) according to claim 1, wherein the at least one heating device (7) is designed according to at least one of the following configurations:
nach Art eines Stabes (26); und  in the manner of a rod (26); and
nach Art einer Platte (27).  like a plate (27).
Tank (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die zumindest eine Heiz Vorrichtung (7) lösbar und fluiddicht mit der Tankwand (18) verbunden ist. Tank (1) according to one of the preceding claims, wherein the at least one heating device (7) is detachably and fluid-tightly connected to the tank wall (18).
Tank (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei der Tank (1) eine Höhe (11) und die zumindest eine Heizvorrichtung (7) eine Länge (10) aufweist, und sich die Länge (10) zumindest über 40 % der Höhe (11) erstreckt. Tank (1) according to one of the preceding claims, wherein the tank (1) has a height (11) and the at least one heating device (7) has a length (10), and the length (10) at least over 40% of the height ( 11).
Tank (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die zumindest eine Heizvorrichtung (7) zumindest bereichsweise durchlässig für flüssigen Betriebsstoff (2) ist. Tank (1) according to one of the preceding claims, wherein the at least one heating device (7) is at least partially permeable to liquid fuel (2).
Tank (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die zumindest eine Heiz Vorrichtung (7) einen beheizbaren Käfig (12) um die Fördervorrichtung (6) bildet. Tank (1) according to one of the preceding claims, wherein the at least one heating device (7) forms a heatable cage (12) around the conveying device (6).
7. Verfahren zur Positionierung einer Heizvorrichtung (7) in einem Tank (1) zur Bevorratung eines flüssigen Betriebsstoffs (2) aufweisend zumindest die folgenden Schritte: a) Füllen des Tanks (1) mit dem Betriebsstoff (2); 7. A method for positioning a heating device (7) in a tank (1) for storing a liquid fuel (2) comprising at least the following steps: a) filling the tank (1) with the operating material (2);
b) Einfrieren des befüllten Tanks (1) unter Einsatzbedingungen; c) Erfassen des Einfrierverhaltens des befüllten Tanks (1); b) freezing the filled tank (1) under conditions of use; c) detecting the freezing behavior of the filled tank (1);
d) Herstellen einer zweiten Montageöffnung (5) in der Tankwand (18); und d) producing a second mounting opening (5) in the tank wall (18); and
e) Montieren der Heiz Vorrichtung (7) an der zweiten Montageöffnung (5) durch die Tankwand (18), so dass sich die Heizvorrichtung (7) in einen Innenraum (8) des Tanks (1) erstreckt. e) mounting the heating device (7) at the second mounting opening (5) through the tank wall (18), so that the heating device (7) extends into an inner space (8) of the tank (1).
Verfahren nach Patentanspruch 7, wobei die zweite Montageöffnung (5) in Schritt d) dort vorbereitet wird, wo in Schritt c) ein besonders schnelles Einfrieren des befüllten Tanks (1) bestimmt wurde. A method according to claim 7, wherein the second mounting opening (5) in step d) is prepared where in step c) a particularly rapid freezing of the filled tank (1) has been determined.
Kraftfahrzeug (3) aufweisend eine Verbrennungskraftmaschine (15) und eine Abgasbehandlungsvorrichtung (16) zur Reinigung der Abgase der Verbrennungskraftmaschine (15) und einen Tank (1) mit einer Heiz Vorrichtung (7) nach einem der Patentansprüche 1 bis 6, sowie eine Steuereinheit (28), wobei die Abgasbehandlungsvorrichtung (16) eine Zugabevorrichtung (17) für einen Betriebsstoff (2) aufweist, welcher in dem Tank (1) bevorratet wird und die Steuereinheit (28) dazu eingerichtet ist, die Heizvorrichtung (7) des Tanks (1) zu steuern. Motor vehicle (3) comprising an internal combustion engine (15) and an exhaust gas treatment device (16) for cleaning the exhaust gases of the internal combustion engine (15) and a tank (1) with a heating device (7) according to one of the claims 1 to 6, and a control unit ( 28), wherein the exhaust gas treatment device (16) has a supply device (17) for a fuel (2) which is stored in the tank (1) and the control unit (28) is adapted to control the heating device (7) of the tank (1 ) to control.
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