-
Die Erfindung betrifft einen Vorratstank zur Bevorratung eines gefrierfähigen Betriebs- oder Hilfsstoffs mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Bei dem Betriebs- oder Hilfsstoff handelt es sich insbesondere um ein Reduktionsmittel zur Nachbehandlung von Abgasen eines Verbrennungsmotors, vorzugsweise um eine wässrige Harnstofflösung. Ein solches Reduktionsmittel ist zum Beispiel unter dem Markennamen „AdBlue“ bekannt.
-
Stand der Technik
-
Da ein Reduktionsmittel der vorstehend genannten Art bei tiefen Außentemperaturen gefriert, wird es in der Regel in einem beheizbaren Vorratstank bevorratet. Dadurch ist sichergestellt, dass auch bei tiefen Außentemperaturen flüssiges Reduktionsmittel zur Verfügung steht, das über eine Pumpe angesaugt und einem Abgasnachbehandlungssystem zugeführt werden kann. Die Beheizung des Vorratstanks kann mittels einer elektrischen Heizung erfolgen, die beispielsweise in eine Tankeinbaueinheit integriert sein kann.
-
Aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2013 224 734 A1 ist ein Vorratstank mit einer modular ausgebildeten Tankeinbaueinheit bekannt, die ein Förderaggregat, einen Filter und eine Heizung umfasst, wobei alle Elemente von einem Topfelement umgeben sind, das der Rückhaltung einer bestimmten Menge des flüssigen oder wieder verflüssigten Reduktionsmittels dient. Das Topfelement der Tankeinbaueinheit wird über eine Öffnung in einem Tankboden des Vorratstanks eingeführt, anschließend wird die Tankeinbaueinheit mit dem Tankboden fluiddicht verbunden, in der Regel verschweißt. Um das Topfvolumen unter Beibehaltung des Durchmesser der im Tankboden vorgesehenen Öffnung vergrößern zu können, so dass dementsprechend eine größere Menge flüssigen Reduktionsmittels vorgehalten werden kann, wird in der
DE 10 2013 224 734 A1 vorgeschlagen, dass das Topfelement verstellbare Topfwandteile aufweist.
-
Ausgehend von dem vorstehend genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Beheizung eines in einem Vorratstank aufgenommenen gefrierfähigen Betriebs- oder Hilfsstoffs zu optimieren. Insbesondere soll die Beheizung effektiver und nachhaltiger sein, so dass bei tiefen Außentemperaturen eine größere Menge flüssigen Betriebs- oder Hilfsstoffs zur Verfügung steht.
-
Zur Lösung der Aufgabe wird der Vorratstank mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Der zur Bevorratung eines gefrierfähigen Betriebs- oder Hilfsstoffs vorgeschlagene Vorratstank umfasst einen innerhalb des Vorratstanks angeordneten Topf zur Rückhaltung eines Teils des Betriebs- oder Hilfsstoffs. Der Topf ist dabei mittelbar über eine Tankeinbaueinheit oder unmittelbar mit dem Vorratstank verbunden. Erfindungsgemäß weist der Topf eine Wandung auf, die zur Ausbildung eines Hohlraums zumindest bereichsweise hohl und/oder doppelwandig ausgebildet ist, wobei der Hohlraum über einen Zulauf und einen Rücklauf an einen Fluidkreislauf anschließbar ist. Bei dem Fluidkreislauf kann es sich insbesondere um einen Kraftstoff oder Kühlwasser führenden Kreislauf handeln, so dass Kraftstoff oder Kühlwasser in den Hohlraum der Topfwandung gelangt. Der Hohlraum kann jedoch auch mit einem anderen Fluid befüllbar sein, das als Wärmeträger geeignet ist. Die Wärme kann über eine Heizeinrichtung oder einen Wärmetauscher eingebracht werden.
-
Der mit dem erwärmten Fluid gefüllte Hohlraum gibt die Wärme über die Wandung des Topfes an den Betriebs- oder Hilfsstoff ab, so dass dieser nicht gefrieren kann. Da sich der Hohlraum über den gesamten Umfang und/oder die gesamte Höhe des Topfes erstrecken kann, lassen sich auf diese Weise große Wärmeübertragungs- bzw. Heizflächen realisieren. Auf diese Weise kann eine größere Menge des Betriebs- oder Hilfsstoffs am Gefrieren gehindert werden.
-
Bevorzugt ist der Hohlraum durch mindestens eine Zwischenwand unterteilt. Über die Zwischenwand kann eine Strömungsführung innerhalb des Hohlraums erreicht werden, so dass eine gleichmäßige Verteilung des Fluids im Hohlraum sichergestellt ist. Auf diese Weise kann eine noch effektivere Heizleistung erreicht werden.
-
Alternativ oder ergänzend wird vorgeschlagen, dass der Hohlraum durch mindestens einen hohlraumfreien Bereich der Wandung unterteilt ist. Beispielsweise kann der Hohlraum als Kanal ausgeführt sein, der innerhalb der Wandung des Topfes ausgebildet ist. Auch auf diese Weise lässt sich eine Strömungsführung realisieren.
-
In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Topf einen Durchmesser besitzt, der variabel ist. Der variable Durchmesser erlaubt eine Vergrößerung des Topfvolumens, so dass eine größere Menge des Betriebs- oder Hilfsstoffs über den Topf zurückgehalten werden kann. Das maximale Topfvolumen hängt somit nicht mehr vom Durchmesser einer Öffnung im Tankboden ab, durch welche vorzugsweise der Topf in den Vorratstank eingesetzt wird. Die serienmäßig vorgesehene Öffnung im Tankboden kann somit beibehalten werden.
-
Vorzugsweise ist der Topf als Schnapptopf ausgebildet, der in Umfangsrichtung relativ zueinander verschiebbare Wandungsendabschnitte besitzt. Werden die Wandungsendabschnitte gegeneinander verschoben, so dass sie überlappend angeordnet sind, verkleinert sich der Durchmesser und der Topf lässt sich in einfacher Weise durch die Öffnung im Tankboden in den Vorratstank einsetzen. Fällt die zum Verschieben der Wandungsendabschnitte erforderliche Kraft nach dem Einsetzen des Topfs in den Vorratstank weg, springen die Wandungsendabschnitte wieder auseinander, wobei sich der Durchmesser des Topfes vergrößert.
-
Vorteilhafterweise ist im Vorratstank, und zwar außerhalb des Topfs mindestens eine Schwappwand angeordnet. Die Schwappwand soll ein übermäßiges Schwappen des im Vorratstank bevorrateten Betriebs- oder Hilfsstoffs verhindern, wenn dieses nicht gefroren ist. Beispielsweise können mehrere solcher Schwappwände um den Topf herum im Vorratstank angeordnet sein. In Weiterbildung der Erfindung kann die mindestens eine Schwappwand zur Ausbildung eines Hohlraums zumindest bereichsweise hohl und/oder doppelwandig ausgebildet sein. Der Hohlraum ist dabei über einen Zulauf und einen Rücklauf an den Fluidkreislauf anschließbar, an den auch der in der Wandung des Topfes ausgebildete Hohlraum angeschlossen ist. Durch diese Maßnahme lässt sich die Heizfläche weiter vergrößern.
-
Bevorzugt umfasst der Vorratstank eine Tankeinbaueinheit, die einen Filter, eine Pumpe und/oder eine Heizvorrichtung umfasst. Der Filter dient der Abscheidung etwaiger im Betriebs- oder Hilfsstoff enthaltener Partikel, so dass diese nicht außerhalb des Vorratstanks und/oder nicht in die ferner vorgesehene Pumpe gelangen. Über die Pumpe ist der Betriebs- oder Hilfsstoff ansaugbar, um diesen beispielweise einem Dosiermodul zuzuführen, über welches der Betriebs- oder Hilfsstoff in einen Abgaskanal einbringbar ist. Die Heizvorrichtung kann der zusätzlichen Erwärmung des im Topf vorhandenen Betriebs- oder Hilfsstoffs dienen. Je nach Auslegung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Beheizung des Vorratstanks ist eine zusätzliche Heizvorrichtung jedoch entbehrlich.
-
Sofern ein Filter vorhanden ist, wird als weiterbildende Maßnahme vorgeschlagen, dass der Filter ein Gehäuse aufweist, das zur Ausbildung eines Hohlraums zumindest bereichsweise hohl und/oder doppelwandig ausgebildet ist. Der Hohlraum ist dabei über einen Zulauf und einen Rücklauf an den Fluidkreislauf anschließbar, an den auch der in der Wandung des Topfes ausgebildete Hohlraum angeschlossen ist. Auf diese Weise lässt sich die Heizfläche weiter vergrößern. Zudem ermöglicht die Nähe des Filters zu der ferner vorhandenen Pumpe eine Beheizung unmittelbar im Ansaugbereich der Pumpe.
-
Vorteilhafterweise ist bzw. sind der Topf und/oder die Tankeinbaueinheit mit einem Boden des Vorratstanks verbunden, vorzugsweise verschweißt. Durch die Anordnung des Topfes und/oder der Tankeinbaueinheit im Bodenbereich des Vorratstanks, kann - je nachdem, ob der Topf mittelbar über die Tankeinbaueinheit oder unmittelbar mit dem Boden des Vorratstanks verbunden ist -, der Betriebs- oder Hilfsstoff schwerkraftgetrieben in den Topf nachströmen, so dass dieser stets mit flüssigem Betriebs- oder Hilfsstoff gefüllt ist.
-
Bevorzugt weist der Topf mindestens eine die Wandung durchsetzende Öffnung als Zuströmöffnung für den Betriebs- oder Hilfsstoff auf, wobei vorzugsweise die Öffnung ebenfalls im Bereich des Bodens des Vorratstanks angeordnet ist. Dadurch wird ein Rückstauen des Betriebs- oder Hilfsstoffs verhindert.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Topf im Wesentlichen hohlzylinderförmig ausgebildet und der Innendurchmesser beträgt 150 bis 300 mm, vorzugsweise 200 bis 250 mm, weiterhin vorzugsweise 230 mm. Bei entsprechenden Abmessungen des Topfes lassen sich Heizflächengrößen realisieren, die eine besonders effektive und nachhaltige Beheizung ermöglichen.
-
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
-
1 einen schematischen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Vorratstank gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform im Bereich einer Tankeinbaueinheit,
-
2 einen schematischen Querschnitt durch den Vorratstank der 1,
-
3 einen schematischen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Vorratstank gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform im Bereich einer Tankeinbaueinheit,
-
4 einen schematischen Querschnitt durch den Vorratstank der 3,
-
5 einen schematischen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Vorratstank gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform im Bereich einer Tankeinbaueinheit,
-
6 einen schematischen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Vorratstank gemäß einer vierten bevorzugten Ausführungsform und
-
7 einen schematischen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Vorratstank gemäß einer fünften bevorzugten Ausführungsform.
-
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
-
Der 1 ist ein Vorratstank 1 zur Bevorratung eines gefrierfähigen Betriebs- oder Hilfsstoffs 2, vorliegend eine wässrige Harnstofflösung, zu entnehmen, der einen Boden 22 mit einer Öffnung 25 aufweist, in der eine Tankeinbaueinheit 4 eingesetzt ist. Die Tankeinbaueinheit 4 umfasst einen Topf 3, der einen Filter 15, eine Pumpe 16 und eine Heizvorrichtung 17 umgibt. Bodenseitige Öffnungen 23 des Topfes 3 verbinden das Topfvolumen mit dem Tankvolumen. Über die Öffnungen 23 kann demnach die wässrige Harnstofflösung in Richtung des Filters 15 und der Pumpe 16 strömen, wobei der Filter 15 verhindert, dass in der wässrigen Harnstofflösung enthaltene Partikel in die Pumpe 16 gelangen. Erreichen die Außentemperaturen Werte von unter 10°C beginnt die wässrige Harnstofflösung zu gefrieren. Das heißt, es bildet sich Eis 24.
-
Um der Pumpe 16 auch bei tiefen Außentemperaturen wässrige Harnstofflösung zuführen zu können, kann zumindest ein Teilvolumen des Topfes 3 über die Heizvorrichtung 17 erwärmt werden. Die Heizvorrichtung 17 verhindert, dass im Ansaugbereich der Pumpe 16 vorhandene wässrige Harnstofflösung gefriert. Der Wirkungsbereich der Heizvorrichtung 17 ist jedoch auf einen sehr kleinen Raum begrenzt, so dass ggf. nicht genügend wässrige Harnstofflösung angesaugt und zur Abgasnachbehandlung eingesetzt werden kann. Damit dies nicht eintritt, weist der erfindungsgemäße Vorratstank 1 eine weitere Heizvorrichtung auf, die mit einer als Wärmeträger dienenden Flüssigkeit beschickbar ist. Bei der Flüssigkeit kann es sich beispielsweise um Kraftstoff oder Kühlwasser aus einem externen Kraftstoff- oder Kühlwasserkreislauf handeln.
-
Zur Realisierung der Flüssigkeitsheizung ist der Topf 3 der Tankeinbaueinheit 4 doppelwandig ausgeführt. Das heißt, dass innerhalb einer Wandung 5 des Topfes 3 ein Hohlraum 6 zur Aufnahme der als Wärmeträger dienenden Flüssigkeit ausgebildet ist. Der Hohlraum 6 ist hierzu über einen Zulauf 7 und einen Rücklauf 8, der in der 1 hinter dem Zulauf 7 liegt, an den externen Flüssigkeitskreislauf (nicht dargestellt) angeschlossen. Die Wandung 5 des Topfes 3 dient somit als Heizfläche, wenn der Hohlraum 6 von einer erwärmten Flüssigkeit durchströmt wird. Der Wirkungsbereich der Flüssigkeitsheizung ist demnach deutlich größer als der der Heizvorrichtung 17.
-
Besonders deutlich ist dies der 2 zu entnehmen, die einen Querschnitt durch den Vorratstank 1 der 1 zeigt. Während die Heizvorrichtung 17 nur ein Teilvolumen des Topfes 3 erfasst, kann über die Wandung 5 des Topfes 3 aufgrund der großen Heizfläche eine wesentlich effektivere Beheizung bewirkt werden.
-
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Vorratstanks 1 ist der 3 zu entnehmen. Hier ist der Topf 3 als Schnapptopf ausgeführt, um einen Topfdurchmesser zu erzielen, der größer als der Durchmesser der Öffnung 25 im Boden 22 des Vorratstanks 1 ist. Nach dem Einsetzen des Topfes 3 über die Öffnung 25 im Boden 22 des Vorratstanks 1 schnappen die beiden Wandungsendabschnitte des Topfes 3 auseinander (siehe Pfeile in der 4), so dass sich der Topfdurchmesser vergrößert. Damit vergrößert sich auch das Topfvolumen.
-
Wie ferner der 4 zu entnehmen ist, ist die Wandung 5 des Topfes 3 wiederum doppelwandig ausgeführt, wobei eine Zwischenwand 9 den Hohlraum 6 unterteilt. Über einen Zulauf 7 und einen Rücklauf 8 ist der Hohlraum 6 an einen Flüssigkeitskreislauf anschließbar.
-
In der 3 nur angedeutet erfolgt eine weitere Unterteilung des Hohlraums 6 über hohlraumfreie Bereiche 10 der Wandung 5, so dass innerhalb der Wandung 5 Strömungskanäle ausgebildet werden. Die Flüssigkeit wird somit durch den Hohlraum 6 geführt, um eine gleichmäßige Verteilung der Flüssigkeit und damit eine gleichmäßige Wärmeverteilung sicherzustellen.
-
Im Unterschied zur Ausführungsform der 1 und 2 ist der Topf 3 der Ausführungsform der 3 und 4 kein Bestandteil der Tankeinbaueinheit 4, sondern unmittelbar mit dem Vorratstank 1 verbunden.
-
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Vorratstanks 1 ist in der 5 dargestellt. Hier ist der Topf 3 wieder unmittelbar mit dem Vorratstank 1 verbunden und weist zur Vergrößerung des Topfvolumens einen vergrößerten Innendurchmesser ID auf. Im Unterschied zur Ausführungsform der 3 und 4 ist der Topf 3 jedoch nicht als Schnapptopf mit variablem Durchmesser ausgeführt. Der Einbau des Topfes 3 kann demnach nicht gemeinsam mit der Tankeinbaueinheit 4 über die Öffnung 25 im Boden 22 des Vorratstanks 1 erfolgen. Über bodenseitige Öffnungen 23 des Topfes 3 ist der Zustrom der wässrigen Harnstofflösung gewährleistet.
-
6 zeigt eine Weiterbildung der Erfindung. Denn der Topf 3 ist von Schwappwänden 11 umgeben, die ebenfalls doppelwandig ausgeführt sind und somit jeweils einen Hohlraum 12 ausbilden. Die Hohlräume 12 sind jeweils über einen Zulauf 13 und einen Rücklauf 14 mit dem externen Fluidkreislauf verbunden, über den auch der Hohlraum 6 des Topfes 3 mit der erwärmten Flüssigkeit beschickbar ist. Die Schwappwände 11 werden somit zu Bestandteilen der Flüssigkeitsheizung und führen zu einer weiteren Vergrößerung der Heizfläche.
-
Eine Maßnahme zur Weiterbildung der Erfindung ist ferner in der 7 dargestellt. Hier weist der Filter 15 ein Gehäuse 18 auf, das doppelwandig ausgeführt ist und somit einen Hohlraum 19 ausbildet, der über einen Zulauf 20 und einen Rücklauf 21 an den externen Flüssigkeitskreislauf angeschlossen ist. Auf diese Weise kann ebenfalls eine Vergrößerung der Heizfläche erreicht werden, so dass keine Heizvorrichtung 17 erforderlich ist, da der Ansaugbereich der Pumpe 16 über das doppelwandige Gehäuse 18 des Filters 15, das von einer erwärmten Flüssigkeit durchströmt wird, eisfrei gehalten wird. Der Zulauf 20 ist unmittelbar an den Hohlraum 6 des Topfes 3 angeschlossen, so dass der Zulauf 20 zugleich als Rücklauf 8 dient.
-
In den dargestellten Ausführungsformen zirkuliert die erwärmte Flüssigkeit durch den mindestens einen Hohlraum 6 bevorzugt schwerkraftgetrieben und/oder durch Konvektion, so dass keine weitere Pumpe erforderlich ist.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102013224734 A1 [0004, 0004]