WO2020192999A1 - Device for heating a tank - Google Patents

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WO2020192999A1
WO2020192999A1 PCT/EP2020/053529 EP2020053529W WO2020192999A1 WO 2020192999 A1 WO2020192999 A1 WO 2020192999A1 EP 2020053529 W EP2020053529 W EP 2020053529W WO 2020192999 A1 WO2020192999 A1 WO 2020192999A1
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WO
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heat
heat pipe
wall
tank
housing
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Application number
PCT/EP2020/053529
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German (de)
French (fr)
Inventor
Juergen Hanneke
Jan Ruigrok van de Werve
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Publication date
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    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10Exhaust 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
    • F01N3/18Exhaust 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
    • F01N3/20Exhaust 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
    • F01N3/2066Selective catalytic reduction [SCR]
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01N2610/02Adding substances to exhaust gases the substance being ammonia or urea
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    • F01N2610/14Arrangements for the supply of substances, e.g. conduits
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    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention relates to a device for heating a tank in which a freezable operating / auxiliary material is stored.
  • the invention also relates to the use of the device in a tank for storing an operating / auxiliary material for the aftertreatment of exhaust gas from an internal combustion engine.
  • Tank systems for storing liquids require a suitable tank, a delivery unit and corresponding connecting lines to provide the liquid to the consumer. Due to physical
  • a medium such as a reducing agent, which freezes at temperatures of -11 ° C
  • tanks that store this medium must be equipped with heaters. These enable the operating / auxiliary material to be in a liquid state even at low ambient temperatures.
  • the heaters used today are usually powered by electricity and transfer their heat to the medium via heat conductors and are referred to as “point heaters” due to their expansion
  • the electrical or electronic components located inside a heater can be damaged or signs of corrosion can set in.
  • a reducing agent such as a freezable urea-water solution or other liquids, especially plastic materials
  • the electrical or electronic components located inside a heater can be damaged or signs of corrosion can set in.
  • the heating effect is the previously used heaters limited to their installation area and their surroundings.
  • a device for heating a tank is provided
  • a freezable operating / auxiliary material is stored in the tank, which is conveyed by a conveyor unit which sucks the freezable operating / auxiliary material through a filter, which is preceded by a heater.
  • At least one integrated heat-emitting surface enlarging a heat radiation surface is integrated at least in the bottom area of the tank and / or in the housing of the delivery unit and / or in a slosh wall or in a pot wall
  • Arranged heat pipe which is connected to at least one heat generator, the at least one integrated heat pipe being assigned at least one cooling element.
  • the service life in particular of flat heat pipes coupled with a heat generator, can be increased considerably, and on the other hand, a considerable increase in the area usable for heat radiation in a tank storing a freezable operating / auxiliary material is achieved.
  • the at least one heat generator is designed, for example, as a PTC element or a resistance heater, which is connected via at least one conductor rail to an electrical
  • Interface is electrically contacted.
  • Heat pipes can advantageously be designed as heat pipes in a flat design, which are held pressed between a first cooling element and a second cooling element by a clamping force. By applying the clamping force, intimate contact between the
  • reducing agents for example reducing agents, which in turn improve the service life and permeability behavior of the protective covering.
  • the heat pipe is accommodated in a flat design by means of an axial pressing device between the cooling elements, wherein the wall thickness of a protective cover can vary in a range between 0.2 mm and 1.5 mm.
  • the wall thickness is varied depending on the location and position, with a thicker wall thickness range of up to 1.5 mm being selected in the end areas of the protective cover that are exposed to direct contact with aggressive media, whereas the wall thickness in the areas that are are not in direct contact with aggressive media, can be made significantly lower.
  • Axial compression of the heat generator and the cooling elements minimizes the number and size of air chambers between an envelope of the busbars and the cooling elements, so that a contact area of the plastic material to the operating / auxiliary material is significantly reduced.
  • the heat pipes in particular designed in a flat construction, are embedded in slosh walls, in housings or in floor areas and are designed as floor-integrated heat pipes or wall-integrated heat pipes.
  • a delivery unit which is received in the tank, a number of delivery units, which is received in the tank, a number of delivery units, which is received in the tank, a number of delivery units, which is received in the tank, a number of delivery units, which is received in the tank, a number of delivery units, which is received in the tank, a number of delivery units, which is received in the tank, a number of delivery units, which is received in the tank, a number of
  • Heat pipes can be arranged in a flat design, so that the housing for example, the delivery unit arranged in the tank serves to enlarge the heat radiation surface.
  • the housing of the delivery unit is connected to heat conduction channels extending to the bottom area below the filter.
  • a wall-integrated heat pipe can be installed in a pot wall of a pot or in a
  • a circumferential angle a within which the wall-integrated heat pipe runs in the slosh wall and / or the pot wall, can be in an angular range between 80 ° and 270 °.
  • a corresponding area of the tank storing the freezable medium can be supplied with heat, so that a significantly larger thawing volume results compared to solutions according to the prior art that tend to act at points.
  • the number of flat heat pipes arranged in the housing of the delivery unit is coupled to the bottom area of a pot inside the tank in such a way that an additional floor heating surface is created below the filter and the housing.
  • heat can thus be introduced into the volume of freezable operating / auxiliary material stored directly in the pot of the tank. Since there is already thawed volume underneath the conveying unit via which the freezable operating / auxiliary material is conveyed, a device for post-treating the exhaust gas, the medium that is now in the liquid state of aggregation, ie the freezable Introducing the operating / auxiliary material into the exhaust gas of the internal combustion engine while it is still cold.
  • the at least one heat generator can be used as an individual PTC heater, as a
  • Resistance heater as a PTC belt heater or as a PTC liquid heater. This is coupled, for example, to a cylindrical heat pipe, a flat heat pipe, an oscillating heat pipe or an ultra-flat heat pipe.
  • the invention also relates to the use of the device in a tank for storing an operating / auxiliary material for the aftertreatment of exhaust gas from an internal combustion engine of a passenger car, a utility vehicle or a truck.
  • the busbars and heat generators used in the device proposed according to the invention for heating a tank can be provided with a plastic extrusion coating and coupled with a heat pipe.
  • the complete encapsulation of plastic material, in which the busbars and the heat generator, for example as a PTC element, is embedded, is preferably connected to two heat sink elements of equal size and weight with regard to their surface.
  • Axial compression of the two cooling elements and the casing in which the busbars and the heat generator are accommodated can reduce air inclusions and improve heat conduction, as can also be achieved by axial compression of the above
  • the end faces of the plastic casing have a higher internal stress.
  • the penetration of the extremely creeping reducing agent is hindered, so that the service life of the composite of at least one heat generator, the plastic casing and the
  • Busbars is improved.
  • Plastic casing and cooling elements air gaps between the heat pipe and the protective coating are avoided, so that there is a significantly improved heat transfer.
  • Another advantageous effect of this solution is the improvement of the cooling of the heat generators, for example designed as PTC elements, and an increased cooling capacity. If a high degree of efficiency is achieved, the PTC element used must be cooled evenly so that it only reaches its specified cut-off point later, from which the thermal output is reduced.
  • the solution proposed according to the invention can minimize the permeation area by reducing the contact area between the plastic material and the operating / auxiliary material. This results from the fact that the
  • At least one cooling element is largely covered.
  • a possible penetration of the reducing agent into the plastic encapsulation can only take place via the end faces, on which, however, there is an increased internal stress in the material, which makes penetration of the reducing agent more difficult.
  • cooling elements which are designed simply and inexpensively can be used, for example in panel construction or as a continuously cast profile, since these no longer have to be overmolded and there is therefore no risk of cracking and thus flooding.
  • the solution proposed according to the invention results in a reduced component weight, since the heat pipes are generally designed as hollow bodies.
  • the choice of material for the heat pipes used in their different geometries, depending on the configuration of the tank, depends on the areas of application, for example in the case of a reducing agent such as Ad Blue stainless steel or in the case of a water tank, copper material. Relatively simple connections of additional heat sink geometries can be made to the heat sinks, whereby a further increase in component cooling is possible.
  • hydrocarbon nanotubes can be incorporated, which allow a heat transfer rate of up to 6000 watts (mk) to be achieved in the final expansion stage.
  • CNT hydrocarbon nanotubes
  • the solution proposed according to the invention also makes it possible to use almost the entire base area of a carrier, in particular arranged in a recess in the tank, as a heat radiation surface by almost completely utilizing the available installation space.
  • the solution proposed according to the invention allows, for example, the housing wall of a cylindrically designed pump dome to be used as a possible heat radiation surface. If, for example, heat conduction structures extend from heat pipes in a flat design to the bottom area of the tank, then in particular a continuous
  • Heat is introduced below a filter arranged in the tank and thus accelerated thawing of the entire filter area.
  • Ultra-flat design can be installed, so that the entire volume of the freezable reducing agent located above the bottom of the tank could be thawed.
  • Heating elements such as PTC individual heaters, PTC band heaters or PTC liquid heaters or resistance heaters can be achieved. This can be done through the improved cooling, whereby an effective heat dissipation can be realized. Furthermore, by distributing the heat within a slosh wall or in a pot wall of a pot inside the tank and by means of concealed heat pipes, a further enlargement of the heat radiation surfaces can be achieved so that a larger volume of the freezable reducing agent stored in the tank can be thawed. According to the respective tank geometry, any desired geometries of heat pipes can be coupled with the heat generators used, so that the available installation spaces can always be taken into account.
  • the solution proposed according to the invention can achieve a significant reduction in the heating in the area of the heating surfaces; For example, a surface that is up to six times larger can be heated to a temperature three times higher in just half the time.
  • Point heaters used so far weigh, for example, 250 g, while with the solution proposed according to the invention, the weight can be reduced by up to 60% with the same heating power, which in turn has a positive influence on the CC ⁇ balance of one with the one according to the invention
  • Radiators are used to attach and / or position the heating elements (PTC), which can lead to breaks in the heating element over the service life.
  • the solution proposed according to the invention results in a specifically adjustable pressing or screwing, clamping or riveting, so that failure, for example through breakage, can be excluded. It is ensured that the generation of the heating power remains essentially constant over the service life.
  • Figure 1 shows the representation of a tank, arranged in a recess
  • Figure 2 is a plan view of the arrangement according to Figure 1,
  • FIG. 3 shows a section through a tank according to the invention
  • FIG. 4 shows a plan view of the configuration of the device for heating a tank according to FIG. 3
  • FIG. 5 shows a sectional illustration of a further embodiment variant of the device proposed according to the invention for heating a tank
  • Figure 6 is a plan view of the arrangement according to Figure 5,
  • FIG. 7 shows a section through a heat pipe arranged, for example, in a slosh wall or a pot wall with a heat generator in between,
  • FIG. 9 shows the representation of an axially compressed composite
  • Cooling elements busbars, heat generators and
  • Figure 10 is a schematic representation of an oscillating heat pipe
  • FIG. 11 shows a representation of heat conduction channels in the tank bottom
  • FIG. 1 shows a tank 10 in which a freezable operating / auxiliary material 12, which is, for example, a reducing agent in the form of a urea-water solution, is stored.
  • a level within the tank 10 is identified by reference numeral 14.
  • reference numeral 14 In the area of the tank bottom 16, within a recess 24 provided there, there is a
  • a heater 20 is located above the filter
  • the delivery unit 18 is with its housing 30 on a carrier 26
  • the housing of the delivery unit 18 is denoted by reference numeral 30.
  • a possible thawing area that results from the arrangement shown in FIG. 1 within the tank 10 is indicated by reference numeral 28 and is - as can be seen from FIG. 1 - essentially limited to the area above the recess 24 in the tank 10.
  • FIG. 2 shows a plan view of the arrangement according to FIG. 1. It can be seen from FIG. 2 that the feed unit 18 is received on the recess 24 shown here in the top view. Next to this is the crescent-shaped filter 22, above which the external heater 20 is arranged.
  • a dashed arrangement analogously to the illustration according to FIG. 1 - denotes a possible structural area which is located according to FIG.
  • Figure 3 shows a first variant embodiment of the invention
  • the recess 24 is located in the area of the tank bottom 16 of the tank 10, which is formed by a lowered support.
  • the housing 30 of the delivery unit 18 is received on this. From the illustration according to FIG. 3 it can be seen that the carrier 26 has a double bottom because there is
  • a heat conduction channel 38 extends. This is connected to a similar one that runs in the housing 30 of the conveyor unit 18.
  • the tank 10 is closed by the tank lid 58.
  • a number of heat pipes 40 in a flat or ultra-flat design are accommodated in the housing 30 of the delivery unit 18. These are, for example, let into the housing wall of the housing 30 in a 90 ° distribution in relation to one another, preferably injected (see position 46).
  • the extrusion coating 46 ensures that the heat pipes 40 have a flat construction or
  • Ultra-flat design against the extremely creeping reducing agent, which is stored in the tank 10, are protected.
  • the at least one heat pipe 40 in a flat design or in an ultra-flat design in the jacket of the housing 30 of the delivery unit 18, it is achieved that the surface of the housing 30 of the delivery unit 18 also represents a radiation surface 42.
  • the housing 30 is configured in such a way that at least one heat conduction channel 38 extends into the base area 44 of the double base extends within the carrier 26. This makes it possible to thaw frozen reducing agent immediately below the filter 22.
  • the embodiment variant according to the invention in FIG. 3 can achieve a considerable increase in the radiating surface 42 of the heat.
  • FIG. 4 shows a plan view of the embodiment variant of the device proposed according to the invention for heating the tank 10, shown in FIG. 3. In the illustration according to FIG. 4, they are in
  • Housing 30 arranged in a 120 ° division, for example (see. Distribution 52), heat pipes 40 in flat design or ultra-flat design. This turns the housing 30 of the delivery unit 18 into an additional radiation surface 42.
  • an additional floor heating surface 50 is created, which lies within the pot 54, which is delimited by a pot wall 56. It can also be seen from FIG. 4 that the external heater 20 lies above the filter 22, below which, as shown in FIG. 3, the floor area 44 runs within the carrier 26.
  • the variant of the device proposed according to the invention according to FIGS. 3 and 4 creates an additional floor heating surface 50 which extends over the floor of the entire pot 54 within the pot wall 56.
  • FIG. 5 shows another embodiment of the invention
  • Slosh wall 68 is located.
  • the slosh wall 68 can also be attached to the Heat conduction channel 38 may be connected, which in the variant embodiment according to FIG. 5 extends below the tank bottom 16.
  • the slosh wall 68 itself can comprise a wall-integrated heat pipe 62, as can the pot wall 56 of the pot 54, which is received in the interior of the tank 10.
  • a wall-integrated heat pipe 62 can also run in the pot wall 56.
  • the pot 54 which is bounded by the circumferential pot wall 56, is closed on its underside by the carrier 26 in which the conveyor unit 18 is located. Analogous to the illustration according to FIG. 3, a filter 22 is received in the pot 54, above which a heater 20 is arranged. From the illustration according to FIG.
  • a floor-integrated heat pipe 60 is not arranged in the carrier 26, but in the floor 16 of the tank 10.
  • the pot wall 56 is added, which is provided with a
  • FIG. 6 shows a plan view of the arrangement shown in FIG.
  • the plan view according to FIG. 6 shows that both floor-integrated heat pipes 60 in tubular form 66 and floor-integrated heat pipes 60 in flat form 64 run in the tank bottom 16 of tank 10.
  • the slosh wall 68 shown here in the top view is supported by a wall-integrated heat pipe 62 (cf. dashed illustration)
  • a wall-integrated heat pipe 62 also extends in the pot wall 56 of the pot 54.
  • a circumferential angle region 70 is shown.
  • the angle a is approximately 150 °, which denotes an area within which the operating / auxiliary material 12 stored in the tank 10 is heated via the heat pipes 60, 62 shown.
  • the circumferential angle range 70 (cf. angle a) can extend from 90 ° to 270 °, which in each case depends on the structural space conditions and the geometry of the tank 10.
  • the pot 54 is delimited by the pot wall 56.
  • the Conveying unit 18 designed for example according to the one in FIG.
  • the illustrated embodiment variant with a number of heat pipes 40 embedded in the housing 30 in a flat design or in an ultra-flat design.
  • the filter 22, above which the external heater 20 is arranged, is located in the bottom surface of the pot 54.
  • FIG. 7 schematically shows a wall-integrated heat pipe 62 which, for example, can be let into the pot wall 56 of the pot 54 as well as the slosh wall 68 (see illustration according to FIG. 6) located in front of it in the tank 10.
  • FIG. 7 shows that the wall-integrated heat pipe 62 shown here includes a heat generator 80 in the center.
  • Heat generator 80 can be, for example, an individual PTC element, a resistance heater, a PTC strip element or a PTC liquid heater.
  • the heat generator 80 is made up of one
  • Plastic material 112 manufactured protective cover 82 surrounded.
  • An electrical interface 84 representing two busbars 86 is located in the protective covering 82.
  • FIG. 7 shows that the heat generator 80 or its protective casing 82 are each connected to a first heat pipe part 90 and a second heat pipe part 92.
  • the two heat pipe parts 90, 92 extend in the form of branches in the direction of a first cooling element 104 and a second cooling element 106, which are only indicated schematically in the illustration according to FIG.
  • a common feature of both heat pipe parts 90 and 92 is that heat is transferred from the heat generator 80 to a respective evaporation area 100 which is located in the lower part of the first heat pipe part 90 or the second heat pipe part 92. From the evaporation regions 100, vapor channels 94 extend into the heat pipe parts 90 and 92, respectively
  • FIGS. 8.1 and 8.2 show design variants of an electrical interface 84.
  • busbars 86 are provided, which are surrounded by a protective covering 82. This is usually injection molded from plastic material 112, so that busbars 86 are cast into it.
  • the busbars 86 can extend in the longitudinal or circumferential direction 116 and the respective heat generators 80, for example individual PTEC elements, can extend electrically
  • FIG. 8.2 It can be seen from FIG. 8.2 that the busbars 86 open into the electrical interface 84 and are surrounded by a protective coating 110.
  • the protective encapsulation 110 essentially corresponds to the protective covering 82.
  • a wall thickness of the protective encapsulation 110 made of plastic material 112 is denoted by reference numeral 114.
  • the wall thickness 114 of the protective encapsulation 110 is in the illustration according to FIG. 8.2 in the range between 0.2 mm and 1.5 mm.
  • the variant of the electrical interface 84 shown in FIG. 8.2 can be used, for example, in the wall-integrated heat pipe 62 shown in FIG. 7 with the first heat pipe part 90 and the second heat pipe part 92.
  • FIG. 9 shows a composite of cooling elements 104, 106, protective cover 82 and heat generator 80, which is pressed in the axial direction.
  • FIG. 9 shows that a first cooling element 104 and a second cooling element 106 are pressed together by means of clamping components 120 by generating a clamping force 122 by an axial clamping device shown in more detail.
  • Clamping force 122 leads can by screws, bolts or other
  • Ultra-flat design media channels of the heat pipe 40 can be designed in a round design 124 or in a square design 126.
  • the channels running in the first cooling element 104 can be formed either in a first cross section 130 or also in a smaller, second cross section 132 and are used for the schematic illustration of the
  • the clamping force 122 is generated, for example, by screws, springs or also by magnets or other suitable methods as well as magnetic pulse welding.
  • the two cooling elements 104, 106 which are shown in FIG. 9, serve as axial clamping devices, between which the at least one heat generator 80 is embedded.
  • An oscillating heat pipe 128 is shown schematically in the illustration in FIG. This comprises a closed channel 134 in which a heat transport medium 136 circulates. The circulation takes place in such a way that there are gaps 138 between individual quantities of the heat transport medium 136. Oscillating heat pipes 128 make it possible that areas below a heating source level can also be heated. The heat is distributed evenly and quickly and over the entire surface of the oscillating heat pipe 128. Thus, depending on requirements and installation space, the size of the oscillating heat pipe 128 can be adapted or selected in order to achieve optimal heating of a respectively desired area. The desired temperatures can be set depending on the heat source by means of adapted filling media that are present in the oscillating heat pipe 128.
  • FIG. 11 shows a representation of heat conduction channels 140 in the tank bottom
  • a floor-integrated heat pipe 60 is received in the carrier 26 below the filter 22 and is connected to at least one heat conduction channel 140.
  • Heat pipe 60 and at least one connected to it
  • Heat conduction channel 140 offers.
  • the heat pipes 40 have a flat design
  • Heat conduction channels 38 have, which run into the carrier 26, which is also embodied twice here, or into the bottom region 44 defined by the double embodiment of the carrier 26.

Abstract

The invention relates to a device for heating a tank (10) in which an operating/auxiliary agent (12) that is capable of freezing is stored. The operating/auxiliary agent is conveyed by a conveying unit (18). The conveying unit sucks in the operating/auxiliary agent (12) that is capable of freezing through a filter (22), upstream of which a heating means (20) is connected. At least in the bottom region (44) of the tank (10), and/or in the housing (30) of the conveying unit (18), and/or in a slosh wall (68), an integrated heat pipe (40, 60, 62) is arranged, which enlarges a heat emission surface (42) and is connected to at least one heat generator (80), to which at least one cooling element (104, 106) is assigned.

Description

Vorrichtung zur Beheizung eines Tanks Device for heating a tank
Technisches Gebiet Technical area
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Beheizung eines Tanks, in dem ein gefrierfähiger Betriebs-/Hilfsstoff bevorratet ist. Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auf die Verwendung der Vorrichtung in einem Tank zur Bevorratung eines Betriebs-/Hilfsstoffs zur Nachbehandlung von Abgas einer Verbrennungskraftmaschine. The invention relates to a device for heating a tank in which a freezable operating / auxiliary material is stored. The invention also relates to the use of the device in a tank for storing an operating / auxiliary material for the aftertreatment of exhaust gas from an internal combustion engine.
Stand der Technik State of the art
Tanksysteme zur Bevorratung von Flüssigkeiten benötigen zur Bereitstellung der Flüssigkeit am Verbraucher einen geeigneten Tank, ein Förderaggregat und entsprechende Verbindungsleitungen. Aufgrund von physikalischen Tank systems for storing liquids require a suitable tank, a delivery unit and corresponding connecting lines to provide the liquid to the consumer. Due to physical
Eigenschaften eines Mediums, wie beispielsweise eines Reduktionsmittels, welches bei Temperaturen von -11° C gefriert, sind entsprechende dieses Medium bevorratende Tanks mit Heizungen auszustatten. Diese ermöglichen auch bei niedrigen Umgebungstemperaturen einen flüssigen Aggregatzustand des Betriebs-/Hilfsmittels. Heute eingesetzte Heizungen sind in der Regel strombetrieben und geben ihre Wärme über Wärmeleitkörper an das Medium ab und werden aufgrund ihrer Ausdehnung als„Punktheizer“ bezeichnet Properties of a medium, such as a reducing agent, which freezes at temperatures of -11 ° C, tanks that store this medium must be equipped with heaters. These enable the operating / auxiliary material to be in a liquid state even at low ambient temperatures. The heaters used today are usually powered by electricity and transfer their heat to the medium via heat conductors and are referred to as “point heaters” due to their expansion
Durch die Permeabilisationsfähigkeit eines Reduktionsmittels, wie beispielsweise einer gefrierfähigen Harnstoff-Wasser-Lösung oder anderen Flüssigkeiten, insbesondere durch Kunststoffmaterialien, können die im Inneren einer Heizung befindlichen elektrischen oder elektronischen Bauteile geschädigt werden oder es setzen Korrosionserscheinungen ein. In der Regel ist die Heizwirkung der bisher eingesetzten Heizungen auf deren Einbaubereich sowie deren Umgebung beschränkt. Due to the permeability of a reducing agent, such as a freezable urea-water solution or other liquids, especially plastic materials, the electrical or electronic components located inside a heater can be damaged or signs of corrosion can set in. Usually the heating effect is the previously used heaters limited to their installation area and their surroundings.
Darstellung der Erfindung Presentation of the invention
Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung zur Beheizung eines Tanks According to the invention a device for heating a tank is provided
vorgeschlagen, wobei in dem Tank ein gefrierfähiger Betriebs-/Hilfsstoff bevorratet ist, der durch ein Förderaggregat gefördert wird, welches den gefrierfähigen Betriebs-/Hilfsstoff durch einen Filter ansaugt, dem eine Heizung vorgeschaltet ist. Zumindest im Bodenbereich des Tanks und/oder im Gehäuse des Förderaggregates und/oder in einer Schwappwand oder in einer Topfwand ist mindestens ein eine Wärmeabstrahlfläche vergrößerndes integriertes proposed, wherein a freezable operating / auxiliary material is stored in the tank, which is conveyed by a conveyor unit which sucks the freezable operating / auxiliary material through a filter, which is preceded by a heater. At least one integrated heat-emitting surface enlarging a heat radiation surface is integrated at least in the bottom area of the tank and / or in the housing of the delivery unit and / or in a slosh wall or in a pot wall
Wärmerohr angeordnet, welches mit mindestens einem Wärmeerzeuger verbunden ist, wobei dem mindestens einen integrierten Wärmerohr mindestens ein Kühlelement zugeordnet ist. Arranged heat pipe which is connected to at least one heat generator, the at least one integrated heat pipe being assigned at least one cooling element.
Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung lässt sich einerseits die Lebensdauer, insbesondere von flachbauenden mit einem Wärmeerzeuger gekoppelten Wärmerohren erheblich steigern, andererseits wird eine erhebliche Vergrößerung der zur Wärmeabstrahlung nutzbaren Fläche in einem einen gefrierfähigen Betriebs-/Hilfsstoff bevorratenden Tank erreicht. With the solution proposed according to the invention, on the one hand, the service life, in particular of flat heat pipes coupled with a heat generator, can be increased considerably, and on the other hand, a considerable increase in the area usable for heat radiation in a tank storing a freezable operating / auxiliary material is achieved.
Bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung ist der mindestens eine Wärmeerzeuger beispielsweise als ein PTC-Element oder ein Widerstandsheizer ausgebildet, der über mindestens eine Stromschiene einer elektrischen In the solution proposed according to the invention, the at least one heat generator is designed, for example, as a PTC element or a resistance heater, which is connected via at least one conductor rail to an electrical
Schnittstelle elektrisch kontaktiert ist. Interface is electrically contacted.
Die bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung eingesetzten Those used in the solution proposed according to the invention
Wärmerohre können in vorteilhafter Weise als Wärmerohre in Flachbauweise ausgebildet sein, die zwischen einem ersten Kühlelement und einem zweiten Kühlelement durch eine Klemmkraft verpresst aufgenommen sind. Durch das Aufbringen der Klemmkraft kann ein inniger Kontakt zwischen dem Heat pipes can advantageously be designed as heat pipes in a flat design, which are held pressed between a first cooling element and a second cooling element by a clamping force. By applying the clamping force, intimate contact between the
Wärmeerzeuger einerseits und den Kühlkörpern andererseits erreicht werden.Heat generator on the one hand and the heat sinks on the other hand.
Ein weiterer vorteilhafter Effekt einer axialen Verpressung insbesondere flachbauender Wärmerohre liegt in dem Umstand, dass eine Schutzumhüllung des Wärmeerzeugers in axiale Richtung durch die Klemmkraft verpresst wird, wodurch sich an den Stirnseiten der Schutzumhüllung Eigenspannungen aufbauen, die ein Einbringen eines extrem kriechfähigen Stoffes, wie Another advantageous effect of an axial compression, in particular of flat heat pipes, lies in the fact that a protective covering of the heat generator is compressed in the axial direction by the clamping force, as a result, internal stresses build up on the front sides of the protective covering, which would prevent the introduction of an extremely creeping substance, such as
beispielsweise Reduktionsmittel, behindern, wodurch wiederum die Lebensdauer und das Permeabilitätsverhalten der Schutzumhüllung verbessert werden. for example reducing agents, which in turn improve the service life and permeability behavior of the protective covering.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäß In a further advantageous embodiment of the invention
vorgeschlagenen Lösung wird das Wärmerohr in Flachbauweise mittels einer Axialpressvorrichtung zwischen den Kühlelementen aufgenommen, wobei die Wandstärke einer Schutzhülle in einem Bereich zwischen 0,2 mm und 1,5 mm variieren kann. Die Variation der Wandstärke erfolgt je nach Lage und Position, wobei in den Stirnbereichen der Schutzhülle, die einem direkten Kontakt mit aggressiven Medien ausgesetzt sind, eher ein dickerer Wandstärkenbereich von bis zu 1,5 mm gewählt wird, wohingegen die Wandstärke in den Bereichen, die nicht unmittelbar in Kontakt mit aggressiven Medien stehen, deutlich geringer ausgeführt werden kann. proposed solution, the heat pipe is accommodated in a flat design by means of an axial pressing device between the cooling elements, wherein the wall thickness of a protective cover can vary in a range between 0.2 mm and 1.5 mm. The wall thickness is varied depending on the location and position, with a thicker wall thickness range of up to 1.5 mm being selected in the end areas of the protective cover that are exposed to direct contact with aggressive media, whereas the wall thickness in the areas that are are not in direct contact with aggressive media, can be made significantly lower.
Bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung wird durch die In the solution proposed according to the invention, the
Axialverpressung des Wärmeerzeugers und der Kühlelemente eine Minimierung der Anzahl und der Größe von Luftkammern zwischen einer Umhüllung der Stromschienen und den Kühlelementen erreicht, so dass eine Kontaktfläche des Kunststoffmaterials zu dem Betriebs-/Hilfsstoff erheblich reduziert ist. Axial compression of the heat generator and the cooling elements minimizes the number and size of air chambers between an envelope of the busbars and the cooling elements, so that a contact area of the plastic material to the operating / auxiliary material is significantly reduced.
Bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung sind die Wärmerohre, insbesondere ausgebildet in Flachbauweise, in Schwappwände, in Gehäuse oder in Bodenbereichen eingelassen und als bodenintegrierte Wärmerohre oder als wandintegrierte Wärmerohre ausgeführt. Durch diese Einbauvarianten kann durch den Einsatz der Wärmerohre in Flachbauweise eine erhebliche In the solution proposed according to the invention, the heat pipes, in particular designed in a flat construction, are embedded in slosh walls, in housings or in floor areas and are designed as floor-integrated heat pipes or wall-integrated heat pipes. With these installation variants, the use of the heat pipes in flat construction can result in a considerable
Vergrößerung der Wärmeabstrahlfläche durch nahezu alle Komponenten im Tank erreicht werden. Somit ist bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung eine erhebliche Vergrößerung einer Gestaltung der Beheizung der Flächenheizung möglich im Vergleich zu bisher eingesetzten punktuellen Heizungen. Enlargement of the heat radiation surface can be achieved by almost all components in the tank. Thus, with the solution proposed according to the invention, a considerable increase in the design of the heating of the surface heating is possible in comparison to the point heating used previously.
Im Gehäuse, beispielsweise eines Förderaggregates, welches im Tank aufgenommen ist, kann am Umfang des Gehäuses eine Anzahl von In the housing, for example a delivery unit, which is received in the tank, a number of
Wärmerohren in Flachbauweise angeordnet sein, so dass das Gehäuse beispielsweise dem im Tank angeordneten Förderaggregat als Vergrößerung der Wärmeabstrahlfläche dient. Heat pipes can be arranged in a flat design, so that the housing for example, the delivery unit arranged in the tank serves to enlarge the heat radiation surface.
In vorteilhafter Weiterbildung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung ist das Gehäuse des Förderaggregates mit sich zum Bodenbereich unterhalb des Filters erstreckenden Wärmeleitungskanälen verbunden. Dadurch kann die durch das Wärmerohr transportierte Wärme bis in den Bodenbereich des Tanks entsprechend der Ausdehnung der Wärmeleitungskanäle transportiert werden, so dass eine erheblich größere Fläche des das gefrierfähige Reduktionsmittel bevorratenden Tanks erwärmt werden kann. In an advantageous further development of the solution proposed according to the invention, the housing of the delivery unit is connected to heat conduction channels extending to the bottom area below the filter. As a result, the heat transported through the heat pipe can be transported into the bottom area of the tank in accordance with the expansion of the heat conduction channels, so that a considerably larger area of the tank storing the freezable reducing agent can be heated.
Bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung kann beispielsweise ein wandintegriertes Wärmerohr in eine Topfwand eines Topfs oder in eine In the solution proposed according to the invention, for example, a wall-integrated heat pipe can be installed in a pot wall of a pot or in a
Schwappwand eingelassen werden. Durch diese Ausführungsvarianten ist gleichermaßen eine Vergrößerung der zur Wärmeabstrahlung erforderlichen Abstrahlungsfläche gegeben im Vergleich zu eher punktuell wirkenden Lösungen gemäß dem Stand der Technik. Slosh wall. These design variants also result in an enlargement of the radiation surface required for heat radiation in comparison to solutions according to the prior art that tend to act punctually.
Bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung kann ein Umfangswinkel a, innerhalb dessen das wandintegrierte Wärmerohr in der Schwappwand und/oder der Topfwand verläuft, in einem Winkelbereich zwischen 80° und 270° liegen. Je nach Wahl des Umfangswinkels a kann ein entsprechender Bereich des das gefrierfähige Medium bevorratenden Tanks mit Wärme versorgt werden, so dass sich ein wesentlich größeres Auftauvolumen im Vergleich zu eher punktuell wirkenden Lösungen gemäß dem Stand der Technik ergibt. In the solution proposed according to the invention, a circumferential angle a, within which the wall-integrated heat pipe runs in the slosh wall and / or the pot wall, can be in an angular range between 80 ° and 270 °. Depending on the choice of the circumferential angle a, a corresponding area of the tank storing the freezable medium can be supplied with heat, so that a significantly larger thawing volume results compared to solutions according to the prior art that tend to act at points.
Bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung ist die im Gehäuse des Förderaggregates angeordnete Anzahl von Wärmerohren in Flachbauweise mit dem Bodenbereich eines Topfs innerhalb des Tanks derart gekoppelt, dass eine zusätzliche Bodenheizfläche unterhalb des Filters und des Gehäuses entsteht. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung kann somit Wärme in das unmittelbar im Topf des Tanks bevorratete Volumen von gefrierfähigem Betriebs- /Hilfsstoff eingeleitet werden. Da unterhalb des Förderaggregates, über welches der gefrierfähige Betriebs-/Hilfsstoff gefördert wird, bereits aufgetautes Volumen vorliegt, kann eine Vorrichtung zur Nachbehandlung des Abgases, das nun im flüssigen Aggregatszustand vorliegende Medium, d. h. den gefrierfähigen Betriebs -/Hilfsstoff, in auch noch kaltem Zustand der Verbrennungskraftmaschine in deren Abgas einbringen. In the solution proposed according to the invention, the number of flat heat pipes arranged in the housing of the delivery unit is coupled to the bottom area of a pot inside the tank in such a way that an additional floor heating surface is created below the filter and the housing. With the solution proposed according to the invention, heat can thus be introduced into the volume of freezable operating / auxiliary material stored directly in the pot of the tank. Since there is already thawed volume underneath the conveying unit via which the freezable operating / auxiliary material is conveyed, a device for post-treating the exhaust gas, the medium that is now in the liquid state of aggregation, ie the freezable Introducing the operating / auxiliary material into the exhaust gas of the internal combustion engine while it is still cold.
In Weiterbildung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung kann der mindestens eine Wärmeerzeuger als ein PTC-Einzelheizer, als ein In a further development of the solution proposed according to the invention, the at least one heat generator can be used as an individual PTC heater, as a
Widerstandsheizer, als ein PTC-Bandheizer oder auch als ein PTC- Flüssigkeitsheizer ausgebildet sein. Dieser ist beispielsweise mit einem zylindrischen Wärmerohr, einem flachen Wärmerohr, einem oszillierenden Wärmerohr oder auch einem ultraflachbauenden Wärmerohr gekoppelt. Resistance heater, as a PTC belt heater or as a PTC liquid heater. This is coupled, for example, to a cylindrical heat pipe, a flat heat pipe, an oscillating heat pipe or an ultra-flat heat pipe.
Die Erfindung bezieht sich darüber hinaus auf die Verwendung der Vorrichtung in einem Tank zur Bevorratung eines Betriebs-/Hilfsstoffs zur Nachbehandlung von Abgas einer Verbrennungskraftmaschine eines Personenkraftwagens, eines Nutzfahrzeuges oder eines Lastkraftwagens. The invention also relates to the use of the device in a tank for storing an operating / auxiliary material for the aftertreatment of exhaust gas from an internal combustion engine of a passenger car, a utility vehicle or a truck.
Vorteile der Erfindung Advantages of the invention
Die bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Vorrichtung zur Beheizung eines Tanks eingesetzten Stromschienen und Wärmeerzeuger können mit einer Kunststoffumspritzung versehen werden und mit einem Wärmerohr gekoppelt werden. Bevorzugt wird die komplette Umspritzung aus Kunststoff material, in welchem die Stromschienen sowie der Wärmeerzeuger, beispielsweise als PTC- Element, eingebettet wird mit zwei hinsichtlich ihrer Oberfläche gleich großen und gleichgewichtigen Kühlkörperelementen verbunden. Durch eine The busbars and heat generators used in the device proposed according to the invention for heating a tank can be provided with a plastic extrusion coating and coupled with a heat pipe. The complete encapsulation of plastic material, in which the busbars and the heat generator, for example as a PTC element, is embedded, is preferably connected to two heat sink elements of equal size and weight with regard to their surface. By a
Axialverpressung der beiden Kühlelemente und der Umhüllung, in der die Stromschienen sowie der Wärmeerzeuger aufgenommen sind, kann eine Verringerung von Lufteinschlüssen und eine Verbesserung der Wärmeleitung erreicht werden, wie auch durch eine Axialverpressung des genannten Axial compression of the two cooling elements and the casing in which the busbars and the heat generator are accommodated can reduce air inclusions and improve heat conduction, as can also be achieved by axial compression of the above
Verbundes die Stirnseiten der Kunststoffumhüllung eine höhere Eigenspannung aufweisen. Dadurch wiederum wird das Eindringen des extrem kriechfähigen Reduktionsmittels behindert, so dass die Lebensdauer des Verbundes aus mindestens einem Wärmeerzeuger, der Kunststoffumhüllung und den Composite, the end faces of the plastic casing have a higher internal stress. As a result, the penetration of the extremely creeping reducing agent is hindered, so that the service life of the composite of at least one heat generator, the plastic casing and the
Stromschienen verbessert wird. Busbars is improved.
Durch die Kopplung des Wärmeerzeugers mit einem Wärmerohr kann Wärme mit einer vergleichsweise geringen Temperaturdifferenz übertragen werden, wodurch bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung die Möglichkeit gegeben ist, auch in Heizelemente-ferne Regionen des Tanks den dort möglicherweise gefrorenen Betriebs-/Hilfsstoff schnell aufzutauen. Durch die Verpressung des Verbundes aus Stromschienen, Wärmeerzeuger, By coupling the heat generator with a heat pipe, heat can be transferred with a comparatively small temperature difference, whereby in the solution proposed according to the invention there is the possibility of quickly thawing the operating / auxiliary material that may be frozen there even in regions of the tank remote from the heating elements. By pressing the composite of busbars, heat generator,
Kunststoffumhüllung und Kühlelementen werden Luftspalte zwischen dem Wärmerohr und der Schutzumspritzung vermieden, so dass sich eine erheblich verbesserte Wärmeübertragung ergibt. Ein weiterer vorteilhafter Effekt dieser Lösung ist die Verbesserung der Kühlung der beispielsweise als PTC- Elemente ausgeführten Wärmeerzeuger und eine erhöhte Kühlleistung. Bei Erzielen eines hohen Wirkungsgrades ist das eingesetzte PTC- Element gleichmäßig stark zu kühlen, wodurch dieses erst später seinen festgelegten Abregelpunkt erreicht, ab dem die Wärmeleistung reduziert wird. Plastic casing and cooling elements, air gaps between the heat pipe and the protective coating are avoided, so that there is a significantly improved heat transfer. Another advantageous effect of this solution is the improvement of the cooling of the heat generators, for example designed as PTC elements, and an increased cooling capacity. If a high degree of efficiency is achieved, the PTC element used must be cooled evenly so that it only reaches its specified cut-off point later, from which the thermal output is reduced.
Wie obenstehend bereits angedeutet, kann durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung eine Minimierung der Permeationsfläche durch eine Reduktion der Kontaktfläche zwischen dem Kunststoffmaterial und dem Betriebs- /Hilfsstoff erreicht werden. Dies resultiert aus dem Umstand, dass das As already indicated above, the solution proposed according to the invention can minimize the permeation area by reducing the contact area between the plastic material and the operating / auxiliary material. This results from the fact that the
mindestens eine Kühlelement zum größten Teil abgedeckt ist. Ein mögliches Eindringen des Reduktionsmittels in die Kunststoffumspritzung kann nur noch über die Stirnflächen erfolgen, an denen jedoch eine erhöhte Eigenspannung im Werkstoffmaterial herrscht, die ein Eindringen des Reduktionsmittels erschwert. at least one cooling element is largely covered. A possible penetration of the reducing agent into the plastic encapsulation can only take place via the end faces, on which, however, there is an increased internal stress in the material, which makes penetration of the reducing agent more difficult.
Bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung können einfach und kostengünstig gestaltete Kühlelemente zum Beispiel in Plattenbauweise oder als Stranggussprofil eingesetzt werden, da diese nicht mehr umspritzt werden müssen und somit keine Gefahr von Rissbildung und damit einer Flutung besteht. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung stellt sich ein reduziertes Bauteilgewicht ein, da die Wärmerohre in der Regel als Hohlkörper ausgeführt sind. Die Materialwahl der jeweils eingesetzten Wärmerohre in ihrer unterschiedlichen Geometrie je nach Konfiguration des Tanks wird nach den Einsatzgebieten wie zum Beispiel im Falle eines Reduktionsmittels wie Ad Blue Edelstahl oder im Falle der Ausbildung eines Wassertanks Kupfermaterial. Es können relativ einfache Anschlüsse von zusätzlichen Kühlkörpergeometrien an die Wärmekörper vorgenommen werden, wodurch eine weitere Steigerung der Bauteilkühlung möglich ist. In einer Ausbaustufe kann eine Einbindung von Kohlenwasserstoffnanoröhren (CNT) erfolgen, die eine Wärmeübertragungsrate von bis 6000 Watt (mk) in der Endausbaustufe erreichen lassen. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung besteht darüber hinaus die Möglichkeit, nahezu die komplette Grundfläche eines Trägers, insbesondere angeordnet in einer Vertiefung des Tanks, durch die fast vollständige Ausnutzung der zur Verfügung stehenden Bauraumfläche als Wärmeabstrahlfläche zu nutzen. Hinzu kommt, dass durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung beispielsweise die Gehäusewand eines zylindrisch ausgebildeten Pumpendoms als mögliche Wärmeabstrahlfläche herangezogen werden kann. Erstrecken sich beispielsweise Wärmeleitstrukturen von Wärmerohren in Flachbauweise bis in den Bodenbereich des Tanks, so kann insbesondere ein kontinuierlicher In the solution proposed according to the invention, cooling elements which are designed simply and inexpensively can be used, for example in panel construction or as a continuously cast profile, since these no longer have to be overmolded and there is therefore no risk of cracking and thus flooding. The solution proposed according to the invention results in a reduced component weight, since the heat pipes are generally designed as hollow bodies. The choice of material for the heat pipes used in their different geometries, depending on the configuration of the tank, depends on the areas of application, for example in the case of a reducing agent such as Ad Blue stainless steel or in the case of a water tank, copper material. Relatively simple connections of additional heat sink geometries can be made to the heat sinks, whereby a further increase in component cooling is possible. In an expansion stage, hydrocarbon nanotubes (CNT) can be incorporated, which allow a heat transfer rate of up to 6000 watts (mk) to be achieved in the final expansion stage. The solution proposed according to the invention also makes it possible to use almost the entire base area of a carrier, in particular arranged in a recess in the tank, as a heat radiation surface by almost completely utilizing the available installation space. In addition, the solution proposed according to the invention allows, for example, the housing wall of a cylindrically designed pump dome to be used as a possible heat radiation surface. If, for example, heat conduction structures extend from heat pipes in a flat design to the bottom area of the tank, then in particular a continuous
Wärmeeintrag unterhalb eines im Tank angeordneten Filters erfolgen und damit zusätzlich ein beschleunigtes Auftauen des gesamten Filterbereiches erzielen.Heat is introduced below a filter arranged in the tank and thus accelerated thawing of the entire filter area.
Im Bodenbereich könnten auch bodenintegrierte Wärmerohre in In the floor area, floor-integrated heat pipes in
Ultraflachbauweise eingebaut werden, so dass das gesamte oberhalb des Tankbodens befindliche Volumen des gefrierfähigen Reduktionsmittels aufgetaut werden könnte. Insbesondere ergibt sich durch die erfindungsgemäß Ultra-flat design can be installed, so that the entire volume of the freezable reducing agent located above the bottom of the tank could be thawed. In particular, results from the invention
vorgeschlagene Lösung die Möglichkeit, das gesamte Tankvolumen in allen Fahrzeugschräglagen aufzutauen. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung kann eine bedeutende Effizienzsteigerung der eingesetzten proposed solution the possibility of thawing the entire tank volume in all vehicle inclines. The solution proposed according to the invention can significantly increase the efficiency of the
Heizelemente beispielsweise PTC-Einzelheizer, PTC-Bandheizer oder PTC- Flüssigkeitsheizer oder Widerstandsheizer erreicht werden. Dies kann durch die verbesserte Kühlung erfolgen, wodurch ein effektiver Wärmeabtransport realisiert werden kann. Des Weiteren kann durch die Wärmeverteilung innerhalb einer Schwappwand beziehungsweise in einer Topfwand eines Topfs im Inneren des Tanks sowie mittels verdeckt verlegter Wärmerohre eine weitere Vergrößerung der Wärmeabstrahlflächen erreicht werden, so dass ein größeres Volumen des im Tank bevorrateten gefrierfähigen Reduktionsmittels aufgetaut werden kann. Entsprechend der jeweiligen Tankgeometrie können mit den eingesetzten Wärmeerzeugern beliebige Geometrien von Wärmerohren gekoppelt werden, so dass den zur Verfügung stehenden Bauräumen stets Rechnung getragen werden kann. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung kann eine deutliche Verkürzung der Erwärmung im Bereich der Heizoberflächen erzielt werden; so kann beispielsweise eine bis zu sechsmal größere Fläche auf eine dreimal höhere Temperatur in nur der Hälfte der Zeit erwärmt werden. Bei Heating elements such as PTC individual heaters, PTC band heaters or PTC liquid heaters or resistance heaters can be achieved. This can be done through the improved cooling, whereby an effective heat dissipation can be realized. Furthermore, by distributing the heat within a slosh wall or in a pot wall of a pot inside the tank and by means of concealed heat pipes, a further enlargement of the heat radiation surfaces can be achieved so that a larger volume of the freezable reducing agent stored in the tank can be thawed. According to the respective tank geometry, any desired geometries of heat pipes can be coupled with the heat generators used, so that the available installation spaces can always be taken into account. The solution proposed according to the invention can achieve a significant reduction in the heating in the area of the heating surfaces; For example, a surface that is up to six times larger can be heated to a temperature three times higher in just half the time. At
herkömmlichen Heizern wird eine Temperatur von 30° C nach ca. 30 Sekunden erreicht, bei mit Wärmerohren ausgerüsteten Heizern wird eine Temperatur von 90° C nach ca. 15 Sekunden erreicht; somit sind auch zukünftig verkürzte gesetzliche Systembereitschaftszeiten problemlos zu erreichen. Es lassen sich wesentlich schneller größere Mengen des Betriebs/Hilfsstoffs zum Eindosieren zur Verfügung stellen, wobei heute ca. 200 g/h - 250 g/h zur Verfügung gestellt werden, zukünftig jedoch mit 500 g/h zu rechnen ist. Conventional heaters reach a temperature of 30 ° C after approx. 30 seconds, with heaters equipped with heat pipes a temperature of 90 ° C is reached after approx. 15 seconds; thus are also shortened in the future to achieve legal system availability times without any problems. Larger quantities of the operating / auxiliary substance can be made available for metering in much faster, with approx. 200 g / h - 250 g / h being made available today, but 500 g / h being expected in the future.
Bisher eingesetzte Punktheizer wiegen beispielsweise 250 g, während bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung bei gleicher Heizleistung das Gewicht um bis zu ca. 60 % reduziert werden kann, was wiederum einen positiven Einfluss auf die CC^-Bilanz eines mit der erfindungsgemäß Point heaters used so far weigh, for example, 250 g, while with the solution proposed according to the invention, the weight can be reduced by up to 60% with the same heating power, which in turn has a positive influence on the CC ^ balance of one with the one according to the invention
vorgeschlagenen Lösung ausgestatteten Fahrzeugs mit sich bringt. Bei bisher eingesetzten Lösungen werden Spannelemente oder Verpressungen im proposed solution equipped vehicle with it. In the solutions used so far, clamping elements or pressings are in
Heizkörper zum Befestigen und/oder Positionieren der Heizelemente (PTC) genutzt, was, über die Lebensdauer gesehen, zu Brüchen im Heizelement führen kann. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung erfolgt eine gezielt einstellbare Verpressung oder eine Verschraubung, ein Verklammern oder ein Vernieten, so dass ein Versagen, beispielsweise durch Bruch, ausgeschlossen werden kann. Es ist sichergestellt, dass die Erzeugung der Heizleistung über die Lebensdauer im Wesentlichen konstant bleibt. Radiators are used to attach and / or position the heating elements (PTC), which can lead to breaks in the heating element over the service life. The solution proposed according to the invention results in a specifically adjustable pressing or screwing, clamping or riveting, so that failure, for example through breakage, can be excluded. It is ensured that the generation of the heating power remains essentially constant over the service life.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings
Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Embodiments of the invention are explained in more detail with reference to the drawings and the following description.
Es zeigen: Show it:
Figur 1 die Darstellung eines Tanks, mit in einer Vertiefung angeordneter Figure 1 shows the representation of a tank, arranged in a recess
Heizung, einem darunterliegenden Filter und einem Förderaggregat, Heating, an underlying filter and a conveyor unit,
Figur 2 eine Draufsicht auf die Anordnung gemäß Figur 1, Figure 2 is a plan view of the arrangement according to Figure 1,
Figur 3 einen Schnitt durch einen Tank nach dem erfindungsgemäßen Figure 3 shows a section through a tank according to the invention
Vorschlag, Suggestion,
Figur 4 eine Draufsicht auf die Konfiguration der Vorrichtung zur Beheizung eines Tanks gemäß Figur 3, Figur 5 eine Schnittdarstellung einer weiteren Ausführungsvariante der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Vorrichtung zur Beheizung eines Tanks, FIG. 4 shows a plan view of the configuration of the device for heating a tank according to FIG. 3, FIG. 5 shows a sectional illustration of a further embodiment variant of the device proposed according to the invention for heating a tank,
Figur 6 eine Draufsicht auf die Anordnung gemäß Figur 5, Figure 6 is a plan view of the arrangement according to Figure 5,
Figur 7 einen Schnitt durch ein beispielsweise in einer Schwappwand oder einer Topfwand angeordnetes Wärmerohr mit dazwischen liegendem Wärmeerzeuger, FIG. 7 shows a section through a heat pipe arranged, for example, in a slosh wall or a pot wall with a heat generator in between,
Figuren 8.1 und 8.2 Ausführungsvarianten einer elektrischen Schnittstelle, Figures 8.1 and 8.2 design variants of an electrical interface,
Figur 9 die Darstellung eines axial verpressten Verbundes aus FIG. 9 shows the representation of an axially compressed composite
Kühlelementen, Stromschienen, Wärmeerzeuger und Cooling elements, busbars, heat generators and
Ku nststoffsch utzu m h ü 11 u ng, Plastic protection 11 u ng,
Figur 10 eine schematische Darstellung eines oszillierenden Wärmerohres und Figure 10 is a schematic representation of an oscillating heat pipe and
Figur 11 eine Darstellung von Wärmeleitungskanälen im Tankboden FIG. 11 shows a representation of heat conduction channels in the tank bottom
Figur 1 zeigt einen Tank 10, in dem ein gefrierfähiger Betriebs-/Hilfsstoff 12, bei dem es sich beispielsweise um ein Reduktionsmittel in Form einer Harnstoff- Wasser-Lösung handelt, bevorratet wird. Ein Pegelstand innerhalb des Tanks 10 ist durch Bezugszeichen 14 gekennzeichnet. Im Bereich des Tankbodens 16, innerhalb einer dort vorgesehenen Vertiefung 24 befindet sich ein FIG. 1 shows a tank 10 in which a freezable operating / auxiliary material 12, which is, for example, a reducing agent in the form of a urea-water solution, is stored. A level within the tank 10 is identified by reference numeral 14. In the area of the tank bottom 16, within a recess 24 provided there, there is a
Förderaggregat 18. In der Vertiefung 24 ist des Weiteren ein Filter 22 Delivery unit 18. Furthermore, there is a filter 22 in recess 24
eingelassen. Oberhalb des Filters befindet sich eine Heizung 20. Das let in. A heater 20 is located above the filter
Förderaggregat 18 ist mit seinem Gehäuse 30 auf einem Träger 26 The delivery unit 18 is with its housing 30 on a carrier 26
aufgenommen. Das Gehäuse des Förderaggregates 18 ist mit Bezugszeichen 30 bezeichnet. Ein möglicher Auftaubereich, der sich durch die in Figur 1 dargestellte Anordnung innerhalb des Tanks 10 ergibt, ist durch Bezugszeichen 28 angedeutet und ist - wie aus Figur 1 hervorgeht - im Wesentlichen auf den Bereich oberhalb der Vertiefung 24 im Tank 10 beschränkt. recorded. The housing of the delivery unit 18 is denoted by reference numeral 30. A possible thawing area that results from the arrangement shown in FIG. 1 within the tank 10 is indicated by reference numeral 28 and is - as can be seen from FIG. 1 - essentially limited to the area above the recess 24 in the tank 10.
Figur 2 zeigt eine Draufsicht auf die Anordnung gemäß Figur 1. Aus Figur 2 geht hervor, dass auf der hier in der Draufsicht dargestellten Vertiefung 24 das Förderaggregat 18 aufgenommen ist. Neben diesem befindet sich der halbmondförmige Filter 22, oberhalb dessen die externe Heizung 20 angeordnet ist. In gestrichelter Anordnung ist - analog zur Darstellung gemäß Figur 1 - ein möglicher Aufbaubereich bezeichnet, der sich gemäß der FIG. 2 shows a plan view of the arrangement according to FIG. 1. It can be seen from FIG. 2 that the feed unit 18 is received on the recess 24 shown here in the top view. Next to this is the crescent-shaped filter 22, above which the external heater 20 is arranged. In a dashed arrangement - analogously to the illustration according to FIG. 1 - denotes a possible structural area which is located according to FIG
Anordnung, die in Figur 1 dargestellt ist, ergibt. In Bezug auf die Figuren 1 und 2 ist festzu halten, dass sich ein möglicher Auftaubereich 28 im Wesentlichen oberhalb der Vertiefung 24 des Tanks 10 zur Aufnahme des gefrierfähigen Betriebs -/Hilfsstoffs 12 befindet. Arrangement, which is shown in Figure 1, results. With reference to FIGS. 1 and 2, it should be noted that a possible thawing area 28 is located essentially above the recess 24 of the tank 10 for receiving the freezable operating / auxiliary material 12.
Ausführungsvarianten Design variants
Figur 3 zeigt eine erste Ausführungsvariante der erfindungsgemäß Figure 3 shows a first variant embodiment of the invention
vorgeschlagenen Lösung, wobei im Tank 10 ein Vorrat von gefrierfähigem Betriebs -/Hilfsstoff 12 bevorratet wird. Auch in der in Figur 3 dargestellten Ausführungsvariante der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung befindet sich im Bereich des Tankbodens 16 des Tanks 10 die Vertiefung 24, die durch einen tiefergelegten Träger gebildet ist. Auf diesem ist das Gehäuse 30 des Förderaggregates 18 aufgenommen. Aus der Darstellung gemäß Figur 3 geht hervor, dass der Träger 26 einen doppelten Boden aufweist, weil sich im proposed solution, a supply of freezable operating / auxiliary material 12 being stored in the tank 10. Also in the embodiment variant of the solution proposed according to the invention shown in FIG. 3, the recess 24 is located in the area of the tank bottom 16 of the tank 10, which is formed by a lowered support. The housing 30 of the delivery unit 18 is received on this. From the illustration according to FIG. 3 it can be seen that the carrier 26 has a double bottom because there is
Bodenbereich 44 ein Wärmeleitungskanal 38 erstreckt. Dieser ist mit einem ebensolchen verbunden, der im Gehäuse 30 des Förderaggregates 18 verläuft. Der Tank 10 ist durch den Tankdeckel 58 verschlossen. Im Gehäuse 30 des Förderaggregates 18 ist eine Anzahl von Wärmerohren 40 in Flachbauweise oder Ultraflachbauweise aufgenommen. Diese sind beispielsweise in einer 90°- Verteilung in Bezug zueinander in die Gehäusewand des Gehäuses 30 eingelassen, bevorzugt eingespritzt (vgl. Position 46). Durch die Umspritzung 46 ist gewährleistet, dass die Wärmerohre 40 in Flachbauweise oder Floor area 44 a heat conduction channel 38 extends. This is connected to a similar one that runs in the housing 30 of the conveyor unit 18. The tank 10 is closed by the tank lid 58. A number of heat pipes 40 in a flat or ultra-flat design are accommodated in the housing 30 of the delivery unit 18. These are, for example, let into the housing wall of the housing 30 in a 90 ° distribution in relation to one another, preferably injected (see position 46). The extrusion coating 46 ensures that the heat pipes 40 have a flat construction or
Ultraflachbauweise gegen das extrem kriechfähige Reduktionsmittel, welches im Tank 10 bevorratet wird, geschützt sind. Durch die Anordnung des mindestens einen Wärmerohres 40 in Flachbauweise beziehungsweise in Ultraflachbauweise im Mantel des Gehäuses 30 des Förderaggregates 18 wird erreicht, dass auch die Fläche des Gehäuses 30 des Förderaggregates 18 eine Abstrahlfläche 42 darstellt. Des Weiteren ist das Gehäuse 30 so konfiguriert, dass sich mindestens ein Wärmeleitungskanal 38 bis in den Bodenbereich 44 des doppelten Bodens innerhalb des Trägers 26 erstreckt. Damit besteht die Möglichkeit, unmittelbar unterhalb des Filters 22 gefrorenes Reduktionsmittel aufzutauen. Im Vergleich zum eher punktuell wirkenden Wärmeeintrag gemäß der Lösung nach den Figuren 1 und 2 kann durch die erfindungsgemäße Ausführungsvariante in Figur 3 eine erhebliche Vergrößerung der Abstrahlfläche 42 der Wärme erreicht werden. Ultra-flat design against the extremely creeping reducing agent, which is stored in the tank 10, are protected. By arranging the at least one heat pipe 40 in a flat design or in an ultra-flat design in the jacket of the housing 30 of the delivery unit 18, it is achieved that the surface of the housing 30 of the delivery unit 18 also represents a radiation surface 42. Furthermore, the housing 30 is configured in such a way that at least one heat conduction channel 38 extends into the base area 44 of the double base extends within the carrier 26. This makes it possible to thaw frozen reducing agent immediately below the filter 22. In comparison to the rather punctiform heat input according to the solution according to FIGS. 1 and 2, the embodiment variant according to the invention in FIG. 3 can achieve a considerable increase in the radiating surface 42 of the heat.
Figur 4 zeigt eine Draufsicht auf die in Figur 3 dargestellte Ausführungsvariante der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Vorrichtung zur Beheizung des Tanks 10. Figur 4 zeigt, dass in der Wand des Gehäuses 30 des Förderaggregates 18 eine Anzahl von Wärmerohren 40 in Flachbauweise oder Ultraflachbauweise aufgenommen ist. In der Darstellung gemäß Figur 4 befinden sie sich im FIG. 4 shows a plan view of the embodiment variant of the device proposed according to the invention for heating the tank 10, shown in FIG. 3. In the illustration according to FIG. 4, they are in
Gehäuse 30 in einer 120°-Teilung beispielsweise angeordnet (vgl. Verteilung 52), Wärmerohre 40 in Flachbauweise oder Ultraflachbauweise. Durch diese wird das Gehäuse 30 des Förderaggregates 18 zu einer zusätzlichen Abstrahlfläche 42. Wie aus der Draufsicht gemäß Figur 4 des Weiteren hervorgeht, wird eine zusätzliche Bodenheizfläche 50 geschaffen, die innerhalb des Topfs 54, der durch eine Topfwand 56 begrenzt ist, liegt. Aus Figur 4 geht des Weiteren hervorgeht, dass die externe Heizung 20 oberhalb des Filters 22 liegt, unterhalb welchem wiederum, wie in Figur 3 dargestellt, der Bodenbereich 44 innerhalb des Trägers 26 verläuft. Durch die Ausführungsvariante der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Vorrichtung gemäß den Figuren 3 und 4 wird eine zusätzliche Bodenheizfläche 50 geschaffen, die sich über den Boden des gesamten Topfs 54 innerhalb der Topfwand 56 erstreckt. Housing 30 arranged in a 120 ° division, for example (see. Distribution 52), heat pipes 40 in flat design or ultra-flat design. This turns the housing 30 of the delivery unit 18 into an additional radiation surface 42. As can also be seen from the top view according to FIG. 4, an additional floor heating surface 50 is created, which lies within the pot 54, which is delimited by a pot wall 56. It can also be seen from FIG. 4 that the external heater 20 lies above the filter 22, below which, as shown in FIG. 3, the floor area 44 runs within the carrier 26. The variant of the device proposed according to the invention according to FIGS. 3 and 4 creates an additional floor heating surface 50 which extends over the floor of the entire pot 54 within the pot wall 56.
Anstelle der in Figur 4 dargestellten 120°-Teilung als Verteilung 52 angeordneter Wärmerohre 40 in Flachbauweise oder Ultraflachbauweise können auch zwei oder vier Wärmerohre 40 in Flachbauweise oder Ultraflachbauweise Instead of the 120 ° division shown in FIG. 4 as a distribution 52 arranged heat pipes 40 in flat design or ultra-flat design, two or four heat pipes 40 in flat design or ultra-flat design can also be used
übereinander oder nebeneinander liegend am Gehäuse 30 des one above the other or lying next to one another on the housing 30 of the
Förderaggregates 18 aufgenommen sein und auf diese Art und Weise die Abstrahlfläche 42 des Gehäuses 30 vergrößern, so dass ein flächiger Be included delivery unit 18 and in this way enlarge the radiating surface 42 of the housing 30, so that a flat
Wärmeeintrag in das im Tank 10 gemäß Figur 3 bevorratete Medium Heat input into the medium stored in the tank 10 according to FIG. 3
insbesondere einen gefrierfähigen Betriebs-/Hilfsstoff 12 erfolgt. in particular a freezable operating / auxiliary material 12 takes place.
Figur 5 zeigt eine weitere Ausführungsvariante der erfindungsgemäß Figure 5 shows another embodiment of the invention
vorgeschlagenen Lösung, bei der sich im Bereich des Topfs 54 eine proposed solution in which in the area of the pot 54 a
Schwappwand 68 befindet. Die Schwappwand 68 kann auch an den Wärmeleitungskanal 38 angebunden sein, der sich in der Ausführungsvariante gemäß Figur 5 unterhalb des Tankbodens 16 erstreckt. Die Schwappwand 68 selbst kann ein wand integriertes Wärmerohr 62 umfassen ebenso wie die Topfwand 56 des Topfs 54, der im Inneren des Tanks 10 aufgenommen ist. Auch in der Topfwand 56 kann ein wandintegriertes Wärmerohr 62 verlaufen. Der Topf 54, der durch die umlaufende Topfwand 56 begrenzt ist, ist an seiner Unterseite durch den Träger 26 verschlossen, in dem sich das Förderaggregat 18 befindet. Analog zur Darstellung gemäß Figur 3 ist im Topf 54 ein Filter 22 aufgenommen, über dem eine Heizung 20 angeordnet ist. Aus der Darstellung gemäß Figur 5 geht hervor, dass in dieser Ausführungsvariante der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung nicht im Träger 26, sondern im Boden 16 des Tanks 10 ein bodenintegriertes Wärmerohr 60 angeordnet ist. In der Ausführungsvariante gemäß Figur 5 wird nicht nur eine zusätzliche Bodenheizfläche 50 erreicht, sondern es treten vielmehr die Topfwand 56 hinzu, die mit einem Slosh wall 68 is located. The slosh wall 68 can also be attached to the Heat conduction channel 38 may be connected, which in the variant embodiment according to FIG. 5 extends below the tank bottom 16. The slosh wall 68 itself can comprise a wall-integrated heat pipe 62, as can the pot wall 56 of the pot 54, which is received in the interior of the tank 10. A wall-integrated heat pipe 62 can also run in the pot wall 56. The pot 54, which is bounded by the circumferential pot wall 56, is closed on its underside by the carrier 26 in which the conveyor unit 18 is located. Analogous to the illustration according to FIG. 3, a filter 22 is received in the pot 54, above which a heater 20 is arranged. From the illustration according to FIG. 5 it can be seen that in this embodiment variant of the solution proposed according to the invention, a floor-integrated heat pipe 60 is not arranged in the carrier 26, but in the floor 16 of the tank 10. In the embodiment according to FIG. 5, not only is an additional floor heating surface 50 achieved, but rather the pot wall 56 is added, which is provided with a
wandintegrierten Wärmerohr 62 versehen sein kann, ebenso wie die wall integrated heat pipe 62 can be provided, as well as the
Schwappwand 68 sowie der mit einem doppelten Boden ausgeführte Boden 16 des Tanks 10. Damit kann ein wesentlich größeres Volumen des im Tank 10 bevorrateten Betriebs -/Hilfsstoffs 12 vom gefrorenen Zustand in den flüssigen Zustand überführt werden. Sloshing wall 68 as well as the bottom 16 of the tank 10, which is designed with a double bottom. This allows a significantly larger volume of the operating / auxiliary material 12 stored in the tank 10 to be transferred from the frozen state to the liquid state.
Der Darstellung gemäß Figur 6 ist eine Draufsicht auf die in Figur 5 dargestellte Anordnung zu entnehmen. Aus der Draufsicht gemäß Figur 6 geht hervor, dass im Tankboden 16 des Tanks 10 sowohl bodenintegrierte Wärmerohre 60 in Rohrform 66 als auch bodenintegrierte Wärmerohre 60 in Flächenform 64 verlaufen. Die hier in der Draufsicht dargestellte Schwappwand 68 wird von einem wandintegrierten Wärmerohr 62 (vgl. gestrichelte Darstellung) The illustration according to FIG. 6 shows a plan view of the arrangement shown in FIG. The plan view according to FIG. 6 shows that both floor-integrated heat pipes 60 in tubular form 66 and floor-integrated heat pipes 60 in flat form 64 run in the tank bottom 16 of tank 10. The slosh wall 68 shown here in the top view is supported by a wall-integrated heat pipe 62 (cf. dashed illustration)
durchzogen. Gleiches gilt für einen Umfangsbereich der Topfwand 56, die den Topf 54, der in den Tank 10 eingelassen ist, begrenzt. Auch in der Topfwand 56 des Topfs 54 erstreckt sich ein wandintegriertes Wärmerohr 62. Ausgehend von der Symmetrieachse des Topfs 54 ist ein Umfangswinkelbereich 70 dargestellt. Der Winkel a beträgt in der Darstellung gemäß Figur 6 ca. 150°, womit ein Bereich bezeichnet ist, innerhalb dessen der im Tank 10 bevorratete Betriebs- /Hilfsstoff 12 über die dargestellten Wärmerohre 60, 62 erwärmt wird. Der Umfangswinkelbereich 70 (vgl. Winkel a) kann sich von 90° bis 270° erstrecken, was jeweils von den Bauraumverhältnissen sowie der Geometrie des Tanks 10 abhängig ist. Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass der Topf 54 von der Topfwand 56 begrenzt ist. Innerhalb der Topfwand 56 befindet sich das Förderaggregat 18, ausgestaltet beispielsweise gemäß der in Figur 3 streaked. The same applies to a peripheral region of the pot wall 56 which delimits the pot 54 which is let into the tank 10. A wall-integrated heat pipe 62 also extends in the pot wall 56 of the pot 54. Starting from the axis of symmetry of the pot 54, a circumferential angle region 70 is shown. In the illustration according to FIG. 6, the angle a is approximately 150 °, which denotes an area within which the operating / auxiliary material 12 stored in the tank 10 is heated via the heat pipes 60, 62 shown. The circumferential angle range 70 (cf. angle a) can extend from 90 ° to 270 °, which in each case depends on the structural space conditions and the geometry of the tank 10. For the sake of completeness, it should be mentioned that the pot 54 is delimited by the pot wall 56. Inside the pot wall 56 is the Conveying unit 18, designed for example according to the one in FIG
dargestellten Ausführungsvariante mit einer Anzahl in das Gehäuse 30 eingelassener Wärmerohre 40 in Flachbauweise oder in Ultraflachbauweise. In der Bodenfläche des Topfs 54 befindet sich der Filter 22, oberhalb dessen die externe Heizung 20 angeordnet ist. The illustrated embodiment variant with a number of heat pipes 40 embedded in the housing 30 in a flat design or in an ultra-flat design. The filter 22, above which the external heater 20 is arranged, is located in the bottom surface of the pot 54.
Figur 7 zeigt in schematischer Weise ein wandintegriertes Wärmerohr 62, welches beispielsweise in die Topfwand 56 des Topfs 54 als auch die diesem im Tank 10 vorgelagerte Schwappwand 68 (vgl. Darstellung gemäß Figur 6) eingelassen sein kann. Figur 7 zeigt, dass das hier dargestellte wandintegrierte Wärmerohr 62 mittig einen Wärmeerzeuger 80 umfasst. Bei dem FIG. 7 schematically shows a wall-integrated heat pipe 62 which, for example, can be let into the pot wall 56 of the pot 54 as well as the slosh wall 68 (see illustration according to FIG. 6) located in front of it in the tank 10. FIG. 7 shows that the wall-integrated heat pipe 62 shown here includes a heat generator 80 in the center. In which
Wärmeerzeuger 80 kann es sich beispielsweise um ein PTC-Einzelelement, einen Widerstandsheizer, ein PTC-Bandelement oder einen PTC- Flüssigkeitsheizer handeln. Der Wärmeerzeuger 80 ist von einer aus Heat generator 80 can be, for example, an individual PTC element, a resistance heater, a PTC strip element or a PTC liquid heater. The heat generator 80 is made up of one
Kunststoff material 112 gefertigten Schutzumhüllung 82 umgeben. In der Schutzumhüllung 82 befinden sich eine elektrische Schnittstelle 84 darstellend zwei Stromschienen 86. Plastic material 112 manufactured protective cover 82 surrounded. An electrical interface 84 representing two busbars 86 is located in the protective covering 82.
Des Weiteren zeigt Figur 7, dass der Wärmeerzeuger 80 beziehungsweise dessen Schutzumhüllung 82 jeweils mit einem ersten Wärmerohrteil 90 sowie einem zweiten Wärmerohrteil 92 verbunden sind. Die beiden Wärmerohrteile 90, 92 erstrecken sich astförmig in Richtung auf ein erstes Kühlelement 104 sowie ein zweites Kühlelement 106, die in der Darstellung gemäß Figur 7 lediglich schematisch angedeutet sind. Beiden Wärmerohrteilen 90 beziehungsweise 92 ist gemeinsam, dass ein Wärmeübergang 88 ausgehend vom Wärmeerzeuger 80 in einen jeweiligen Verdampfungsbereich 100 erfolgt, der sich im unteren Teil des ersten Wärmerohrteils 90 beziehungsweise des zweiten Wärmerohrteils 92 befindet. Von den Verdampfungsbereichen 100 erstrecken sich innerhalb der Wärmerohrteile 90 beziehungsweise 92 Dampfkanäle 94 in den Furthermore, FIG. 7 shows that the heat generator 80 or its protective casing 82 are each connected to a first heat pipe part 90 and a second heat pipe part 92. The two heat pipe parts 90, 92 extend in the form of branches in the direction of a first cooling element 104 and a second cooling element 106, which are only indicated schematically in the illustration according to FIG. A common feature of both heat pipe parts 90 and 92 is that heat is transferred from the heat generator 80 to a respective evaporation area 100 which is located in the lower part of the first heat pipe part 90 or the second heat pipe part 92. From the evaporation regions 100, vapor channels 94 extend into the heat pipe parts 90 and 92, respectively
Kondensationsbereich 98 der beiden Wärmerohrteile 90 beziehungsweise 92. Abgekühlt durch das erste Kühlelement 104 beziehungsweise das zweite Kühlelement 106 erfolgt im Kondensationsbereich 98 die Wärmeabgabe, so dass das zirkulierende Medium auf dem Wege eines kapillaren Flüssigkeitsrücklaufes 102 durch Kondensatkanäle 96 zurück in den Verdampfungsbereich 100 am unteren Ende der Wärmerohrteile 90 beziehungsweise 92 gelangt. Figuren 8.1 und 8.2 zeigen Ausführungsvarianten einer elektrischen Schnittstelle 84. In der elektrischen Schnittstelle 84 sind Stromschienen 86 vorgesehen, die von einer Schutzumhüllung 82 umgeben sind. Diese wird in der Regel aus Kunststoff material 112 spritzgegossen, so dass Stromschienen 86 in dieses eingegossen werden. Wie aus Figur 8.1 hervorgeht, können die Stromschienen 86 sich in Längs- oder Umfangsrichtung 116 erstrecken und die jeweiligen Wärmeerzeuger 80, beispielsweise PTEC-Einzelelemente, elektrisch Condensation area 98 of the two heat pipe parts 90 and 92.Cooled by the first cooling element 104 and the second cooling element 106, the heat is released in the condensation area 98, so that the circulating medium by means of a capillary liquid return 102 through condensate channels 96 back into the evaporation area 100 at the lower end the heat pipe parts 90 and 92 respectively. FIGS. 8.1 and 8.2 show design variants of an electrical interface 84. In the electrical interface 84, busbars 86 are provided, which are surrounded by a protective covering 82. This is usually injection molded from plastic material 112, so that busbars 86 are cast into it. As can be seen from FIG. 8.1, the busbars 86 can extend in the longitudinal or circumferential direction 116 and the respective heat generators 80, for example individual PTEC elements, can extend electrically
kontaktieren. Dies ist in Figur 8.1 dargestellt. Aus Figur 8.2 geht hervor, dass die Stromschienen 86 in der elektrischen Schnittstelle 84 münden und von einer Schutzumspritzung 110 umgeben sind. Die Schutzumspritzung 110 entspricht im Wesentlichen der Schutzumhüllung 82. Eine Wandstärke der Schutzumspritzung 110 aus Kunststoffmaterial 112 ist mit Bezugszeichen 114 bezeichnet. Die Wandstärke 114 der Schutzumspritzung 110 liegt in der Darstellung gemäß Figur 8.2 im Bereich zwischen 0,2 mm und 1,5 mm. to contact. This is shown in Figure 8.1. It can be seen from FIG. 8.2 that the busbars 86 open into the electrical interface 84 and are surrounded by a protective coating 110. The protective encapsulation 110 essentially corresponds to the protective covering 82. A wall thickness of the protective encapsulation 110 made of plastic material 112 is denoted by reference numeral 114. The wall thickness 114 of the protective encapsulation 110 is in the illustration according to FIG. 8.2 in the range between 0.2 mm and 1.5 mm.
Die in Figur 8.2 dargestellte Ausführungsvariante der elektrischen Schnittstelle 84 kann beispielsweise bei dem in Figur 7 dargestellten wandintegrierten Wärmerohr 62 mit dem ersten Wärmerohrteil 90 und dem zweiten Wärmerohrteil 92 eingesetzt werden. The variant of the electrical interface 84 shown in FIG. 8.2 can be used, for example, in the wall-integrated heat pipe 62 shown in FIG. 7 with the first heat pipe part 90 and the second heat pipe part 92.
Figur 9 zeigt einen in axiale Richtung verpressten Verbund aus Kühlelementen 104, 106, Schutzumhüllung 82 sowie Wärmeerzeuger 80. FIG. 9 shows a composite of cooling elements 104, 106, protective cover 82 and heat generator 80, which is pressed in the axial direction.
Aus der Darstellung gemäß Figur 9 geht hervor, dass durch eine näher dargestellte Axialspannvorrichtung ein erstes Kühlelement 104 und ein zweites Kühlelement 106 durch Erzeugung einer Klemmkraft 122 durch Klemmbauteile 120 miteinander verpresst werden. Die Axialkraft, die zur Erzeugung der The illustration according to FIG. 9 shows that a first cooling element 104 and a second cooling element 106 are pressed together by means of clamping components 120 by generating a clamping force 122 by an axial clamping device shown in more detail. The axial force required to generate the
Klemmkraft 122 führt, kann durch Schrauben, Bolzen oder andere Clamping force 122 leads, can by screws, bolts or other
Verbindungstechniken oder Impulsschweißen erzeugt werden. Durch die Connection techniques or pulse welding are generated. Through the
Axialverspannung der Kühlelemente 104, 106 in Bezug auf die Schutzumhüllung 82 des Wärmeerzeugers 80 erfolgt ein intimer Kontakt der beteiligten Axial bracing of the cooling elements 104, 106 in relation to the protective covering 82 of the heat generator 80 results in intimate contact between those involved
Komponenten sowie eine Verpressung der Materialien in axiale Richtung, so dass vorhandene Luftkammern und Lufteinschlüsse reduziert werden und sich die Materialien ineinander krallen. Durch diese Gestaltung wird einerseits ein sehr guter Wärmeübergang 88 erreicht, andererseits kann durch die Components as well as a compression of the materials in the axial direction, so that existing air chambers and air pockets are reduced and the materials claw into one another. On the one hand, this design achieves a very good heat transfer 88, on the other hand, the
Verpressung in axialer Richtung erreicht werden, dass die Schutzumhüllung 82, die aus Kunststoffmaterial 112 gefertigt ist, in dem Bereich, in dem sie mit dem Betriebs -/Hilfsstoff 12 in Kontakt gerät, eine relative hohe Eigenspannung aufweist. Diese relativ hohe Eigenspannung an den dem Betriebs -/Hilfsstoff 12 ausgesetzten Stirnflächen bewirkt eine Behinderung des Eindringens des extrem kriechfähigen Betriebs-/Hilfsstoffs 12 und behindert die Permeabilität. Dadurch wird die Lebensdauer des in Figur 9 dargestellten Verbundes erheblich erhöht. Aus der Darstellung gemäß Figur 9 geht des Weiteren hervor, dass bei dieser Ausführungsvariante des Wärmerohres 40 in Flachbauweise oder Compression can be achieved in the axial direction that the protective cover 82, which is made of plastic material 112, in the area in which it is with the Operating / auxiliary material 12 comes into contact, has a relatively high internal stress. This relatively high internal stress on the end faces exposed to the operating / auxiliary material 12 hinders the penetration of the extremely creeping operating / auxiliary material 12 and impairs the permeability. This considerably increases the service life of the assembly shown in FIG. The illustration according to FIG. 9 also shows that in this embodiment variant of the heat pipe 40 in a flat design or
Ultraflachbauweise Medienkanäle des Wärmerohres 40 in Rundbauweise 124 beziehungsweise in Vierkantbauweise 126 beschaffen sein können. Die in dem ersten Kühlelement 104 verlaufenden Kanäle können entweder in einem ersten Querschnitt 130 oder auch in einem geringeren, zweiten Querschnitt 132 ausgebildet sein und dienen zur schematischen Verdeutlichung des Ultra-flat design media channels of the heat pipe 40 can be designed in a round design 124 or in a square design 126. The channels running in the first cooling element 104 can be formed either in a first cross section 130 or also in a smaller, second cross section 132 and are used for the schematic illustration of the
Wärmeabtransportes aus dem ersten Kühlelement 104. Die Erzeugung der Klemmkraft 122 erfolgt beispielsweise durch Schrauben, Federn oder auch durch Magnete oder andere geeignete Verfahren sowie ein Magnetimpulsschweißen. Heat dissipation from the first cooling element 104. The clamping force 122 is generated, for example, by screws, springs or also by magnets or other suitable methods as well as magnetic pulse welding.
Die beiden Kühlelemente 104, 106, die in Figur 9 darstellt sind, dienen als Axialspannvorrichtung, zwischen denen der mindestens eine Wärmeerzeuger 80 eingebettet ist. The two cooling elements 104, 106, which are shown in FIG. 9, serve as axial clamping devices, between which the at least one heat generator 80 is embedded.
In der Darstellung in Figur 10 ist in schematischer Weise ein oszillierendes Wärmerohr 128 dargestellt. Dieses umfasst einen geschlossenen Kanal 134, in dem ein Wärmetransportmedium 136 zirkuliert. Die Zirkulation erfolgt derart, dass zwischen einzelnen Mengen des Wärmetransportmediums 136 Lücken 138 vorhanden sind. Oszillierende Wärmerohre 128 ermöglichen es, dass auch Bereiche unterhalb eines Heizungsquellenniveaus erwärmt werden können. Die Wärmeverteilung erfolgt gleichmäßig und schnell und auf der gesamten Fläche des oszillierenden Wärmerohres 128. Somit kann je nach Bedarf und Bauraum die Größe des oszillierenden Wärmerohres 128 angepasst beziehungsweise gewählt werden, um eine optimale Erwärmung eines jeweils gewünschten Bereiches zu erzielen. Durch angepasste Füllmedien, die im oszillierenden Wärmerohr 128 vorhanden sind, können je nach Wärmequelle die gewünschten Temperaturen eingestellt werden. An oscillating heat pipe 128 is shown schematically in the illustration in FIG. This comprises a closed channel 134 in which a heat transport medium 136 circulates. The circulation takes place in such a way that there are gaps 138 between individual quantities of the heat transport medium 136. Oscillating heat pipes 128 make it possible that areas below a heating source level can also be heated. The heat is distributed evenly and quickly and over the entire surface of the oscillating heat pipe 128. Thus, depending on requirements and installation space, the size of the oscillating heat pipe 128 can be adapted or selected in order to achieve optimal heating of a respectively desired area. The desired temperatures can be set depending on the heat source by means of adapted filling media that are present in the oscillating heat pipe 128.
Figur 11 zeigt eine Darstellung von Wärmeleitungskanälen 140 im Tankboden Entsprechend der im Zusammenhang mit Figur 4 widergegebenen Draufsicht auf den Topf 54, der durch die Topfwand 56 begrenzt wird, ist im Träger 26 unterhalb des Filters 22 ein bodenintegriertes Wärmerohr 60 aufgenommen, welches mit mindestens einem Wärmeleitungskanal 140 verbunden ist. Aus der FIG. 11 shows a representation of heat conduction channels 140 in the tank bottom Corresponding to the top view of the pot 54, which is delimited by the pot wall 56, shown in connection with FIG. 4, a floor-integrated heat pipe 60 is received in the carrier 26 below the filter 22 and is connected to at least one heat conduction channel 140. From the
Schnittdarstellung, die in Figur 11 widergegeben ist, ergibt sich, dass der TrägerSectional view, which is shown in Figure 11, shows that the carrier
26 einen doppelten Boden aufweist, der Raum für das bodenintegrierte 26 has a double floor, the space for the floor-integrated
Wärmerohr 60 sowie mindestens einen mit diesem verbundenen Heat pipe 60 and at least one connected to it
Wärmeleitungskanal 140 bietet. Im Zusammenhang mit Figur 3 sei darauf verwiesen, dass die Wärmerohre 40 in Flachbauweise über Heat conduction channel 140 offers. In connection with FIG. 3, it should be pointed out that the heat pipes 40 have a flat design
Wärmeleitungskanäle 38 verfügen, die bis in den hier ebenfalls doppelt ausgebildeten Träger 26 beziehungsweise den durch die doppelte Ausbildung des Trägers 26 definierten Bodenbereich 44 verlaufen. Heat conduction channels 38 have, which run into the carrier 26, which is also embodied twice here, or into the bottom region 44 defined by the double embodiment of the carrier 26.
Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen. The invention is not restricted to the exemplary embodiments described here and the aspects emphasized therein. Rather, within the range specified by the claims, a large number of modifications are possible that are within the scope of expert knowledge.

Claims

Ansprüche Expectations
1. Vorrichtung zur Beheizung eines Tanks (10), in dem ein gefrierfähiger Betriebs -/Hilfsstoff (12) bevorratet ist, der durch ein Förderaggregat (18) gefördert wird, welches den gefrierfähigen Betriebs-/Hilfsstoff (12) durch einen Filter (22) ansaugt, dem eine Heizung (20) vorgeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest im Bodenbereich (44) des Tanks (10) und/oder im Gehäuse (30) des Förderaggregates (18) und/oder in einer Schwappwand (68) mindestens ein eine 1. Device for heating a tank (10) in which a freezable operating / auxiliary material (12) is stored, which is conveyed by a conveying unit (18), which the freezable operating / auxiliary material (12) through a filter (22 ), which is preceded by a heater (20), characterized in that at least in the bottom area (44) of the tank (10) and / or in the housing (30) of the delivery unit (18) and / or in a slosh wall (68) at least an
Wärmeabstrahlfläche (42) vergrößerndes integriertes Wärmerohr (40, Integrated heat pipe (40) enlarging the heat radiation surface (42)
60, 62) angeordnet ist, welche mit mindestens einem Wärmeerzeuger (80) verbunden ist, dem mindestens ein Kühlelement (104, 106) zugeordnet ist. 60, 62), which is connected to at least one heat generator (80) to which at least one cooling element (104, 106) is assigned.
2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Wärmeerzeuger (80) ein PTC-Element oder ein Widerstandsheizer ist, der über mindestens eine Stromschiene (86) einer elektrischen Schnittstelle (84) elektrisch kontaktiert ist. 2. Device according to claim 1, characterized in that the at least one heat generator (80) is a PTC element or a resistance heater, which is electrically contacted via at least one busbar (86) of an electrical interface (84).
3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein 3. Device according to claim 1, characterized in that a
Wärmerohr (40) in Flachbauweise zwischen einem ersten Kühlelement (104) und einem zweiten Kühlelement (106) durch eine Klemmkraft (122) verpresst ist. Heat pipe (40) is pressed in flat design between a first cooling element (104) and a second cooling element (106) by a clamping force (122).
4. Vorrichtung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmerohr (40) in Flachbauweise mittels einer Axialspannvorrichtung zwischen den Kühlelementen (104, 106) verpresst und in eine 4. The device according to claim 3, characterized in that the heat pipe (40) in a flat design by means of an axial clamping device between the cooling elements (104, 106) and pressed into a
Schutzumhüllung (82) eingelassen ist, deren Wandstärke in einem Bereich zwischen 0,2 mm und 1,5 mm variiert. Protective covering (82) is embedded, the wall thickness of which varies in a range between 0.2 mm and 1.5 mm.
5. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Axialverpressung von Wärmeerzeuger (80) und Kühlelementen (104, 106) minimierte Luftkammern zwischen einer Schutzumhüllung (82) der Stromschiene (86) und den Kühlelementen (104, 106) verbleiben und eine Kontaktfläche des Kunststoffmaterials (112) und dem Betriebs- /Hilfsstoff (12) erheblich reduziert ist. 5. The device according to claim 1, characterized in that the axial compression of the heat generator (80) and cooling elements (104, 106) minimized air chambers between a protective covering (82) of the busbar (86) and the cooling elements (104, 106) remain and a contact area of the plastic material (112) and the operating / auxiliary material (12) is considerably reduced.
6. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die 6. The device according to claim 1, characterized in that the
Wärmerohre (40) in Flachbauweise mit einer Schwappwand (68), einem Gehäuse (30) oder Bodenbereichen (44) gekoppelt sind und als bodenintegrierte Wärmerohre (60) oder wandintegrierte Wärmerohre (62) ausgeführt sind. Flat design heat pipes (40) are coupled to a slosh wall (68), a housing (30) or floor areas (44) and are designed as floor-integrated heat pipes (60) or wall-integrated heat pipes (62).
7. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im 7. The device according to claim 1, characterized in that im
Gehäuse (30) des Förderaggregates (18) in einer Vertiefung (52) entlang des Umfangs eine Anzahl von Wärmerohren (40) in Housing (30) of the delivery unit (18) in a recess (52) along the circumference a number of heat pipes (40) in
Flachbauweise angeordnet ist. Flat design is arranged.
8. Vorrichtung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (30) des Förderaggregates (18) sich zum Bodenbereich (44) unterhalb des Filters (22) erstreckende Wärmeleitungskanäle (38, 140) aufweist. 8. The device according to claim 7, characterized in that the housing (30) of the delivery unit (18) has heat conduction channels (38, 140) extending to the bottom region (44) below the filter (22).
9. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein 9. The device according to claim 1, characterized in that a
wand integriertes Wärmerohr (62) in einer Topfwand (56) eines Topfs (54) oder eine Schwappwand (68) eingelassen ist. wall integrated heat pipe (62) is embedded in a pot wall (56) of a pot (54) or a slosh wall (68).
10. Vorrichtung gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein 10. The device according to claim 9, characterized in that a
Umfangswinkel a, innerhalb dessen das wand integrierte Wärmerohr (62) in der Schwappwand (68) und/oder der Topfwand (56) verläuft, in einem Winkelbereich zwischen 80° und 270° liegt. Circumferential angle a, within which the wall-integrated heat pipe (62) runs in the slosh wall (68) and / or the pot wall (56), lies in an angular range between 80 ° and 270 °.
11. Vorrichtung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die im Gehäuse (30) des Förderaggregates (18) angeordnete Anzahl von Wärmerohren (40) in Flachbauweise mit dem Bodenbereich (44) des Topfs (54) derart gekoppelt ist, dass eine zusätzliche Bodenheizfläche (50) unterhalb des Filters (22) und des Gehäuses (30) entsteht. 11. The device according to claim 7, characterized in that the number of flat heat pipes (40) arranged in the housing (30) of the delivery unit (18) is coupled to the bottom area (44) of the pot (54) in such a way that an additional floor heating surface (50) below the filter (22) and the housing (30) arises.
12. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein 12. The device according to claim 1, characterized in that a
erstes Wärmerohrteil (90) und ein zweites Wärmerohrteil (92) am Wärmeerzeuger (80) angebunden sind und sich bogenförmig zu einem ersten Kühlelement (104) und zu einem zweiten Kühlelement (106) erstrecken. first heat pipe part (90) and a second heat pipe part (92) are connected to the heat generator (80) and extend in an arc shape to a first cooling element (104) and to a second cooling element (106).
13. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Wärmeerzeuger (80) ein PTC-Einzelheizer, ein Widerstandsheizer, ein PTC-Band- oder ein PTC-Flüssigkeitsheizer ist, der mit einem zylindrischen Wärmerohr, einem flachen Wärmerohr (40), einem oszillierenden Wärmerohr (128) oder einem ultraflachen 13. The device according to claim 1, characterized in that the at least one heat generator (80) is a PTC individual heater, a resistance heater, a PTC tape or a PTC liquid heater, which is equipped with a cylindrical heat pipe, a flat heat pipe (40) , an oscillating heat pipe (128) or an ultra-flat
Wärmerohr gekoppelt ist. Heat pipe is coupled.
14. Verwendung der Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche in einem Tank (10) zur Bevorratung eines Betriebs-/Hilfsstoffes (12) zur Nachbehandlung von Abgas einer Verbrennungskraftmaschine eines PKW, eines Nutzfahrzeuges oder eines LKW. 14. Use of the device according to one of the preceding claims in a tank (10) for storing an operating / auxiliary material (12) for the aftertreatment of exhaust gas from an internal combustion engine of a car, a commercial vehicle or a truck.
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