JP2012503727A - 加熱ユニットを有する還元剤のためのタンク - Google Patents

Abstract

本発明は、少なくとも１つの側壁（３）および１つの底部（４）を少なくとも有する、還元剤（２）のためのタンクであって、少なくとも１つの加熱ユニット（５）が、少なくとも側壁（３）または底部（４）内に提供される。
【選択図】図２

Description

本発明は、少なくとも１つの加熱ユニットを有する還元剤のためのタンクに関する。

自動車、特に乗用車および実用車の汚染物質排出を制限するためのさらなる厳しい要求の結果として、排ガス中に含有される窒素酸化物の還元をもたらすＳＣＲシステムが、自動車において今まで以上に頻繁に設置されている。このＳＣＲシステムについては、排ガスと接触する還元剤（還元剤前駆体の形態でも）を使用する。還元剤としては、約−１１℃の凍結温度を有する尿素水溶液（例えば、ＡｄＢｌｕｅ）を特に使用する。

タンクが通常、液体の還元剤のために自動車内に提供され、このタンクは、第１に、自動車の十分な動作範囲を許容し、第２に、液体の還元剤が自動車のあらゆる動作位置において利用可能であるように構成される。ここで、加熱ユニットが特に提供され、この加熱ユニットは、低温にて、第１に、自動車の停止状態が比較的長い期間続いた後で、液体の還元剤を再液化し、第２に、自動車の動作中に、その還元剤を液状に保つ。ここで、この加熱ユニットは、従来、ＳＣＲシステムのラインの領域内のみに、または、タンクの抽出装置内、例えば抽出パイプ内において、提供されている。さらに、少量の緩衝剤の貯蔵部が公知であり、これは、メインタンクの容量とは独立しており、それ自体の加熱ユニットを有し、それゆえ、十分に、より迅速に加熱可能である。ここで、しかしながら留意しなければならないことは、ほんの僅かな少量がこの加熱ユニットによって液化可能であるか、および／または、例えば追加の緩衝剤貯蔵タンクなどの特別なシステム構成要素が、排ガス浄化のための十分な量の液体還元剤を提供するために、提供される必要があることである。このような加熱ユニットへのさらなる重要な要求はまた、その加熱ユニットができるだけエネルギーを消費しないで、その結果、自動車の電力貯蔵部または電力供給部が、できる限り最も少ない負荷に供されることである。

それゆえ、本発明の目的は、従来技術に関して述べられた問題を少なくとも部分的に解決することであり、特に、エネルギーを節約する方法において動作可能であり、かつ、液状で還元剤を提供して、その結果動作的に安定状態を提供するために、できるかぎり少ない構成要素を要求する加熱ユニットを有するタンクを特定することである。

この目的は、特許請求の範囲の請求項１の特徴に係るタンクによって達成される。本発明のさらなる有利な実施形態は特許請求の範囲の従属の請求項において特定される。特許請求の範囲の従属の請求項において個々に特定される特徴は、任意に所望される技術的に有意義な方法において互いに組み合わされてよく、かつ本発明のさらなる実施形態を規定してもよいことが指摘される。さらに、特許請求の範囲の請求項において特定される特徴は、明細書においてさらに詳細になされ、かつ説明され、本発明のさらなる好適な実施形態が示される。

ここで、その目的は、少なくとも１つの側壁および１つのベース（底部）を少なくとも有する、還元剤のためのタンクであって、少なくとも１つの加熱ユニットが、少なくとも側壁またはベース内に提供される、タンクによって達成される。タンクは、実質的には、任意の所望の外形、特に、自動車の空間的条件に適合される、少なくとも部分的に円形または多角形の領域を有した外形を有してもよい。ここで、タンクは、特に、上側の領域において、タンク内に含まれる還元剤のための抽出装置、特に、タンクに延びる抽出パイプを有する。抽出装置は、好ましくは、タンクの上側の壁領域に配置され、その結果、還元剤は、その抽出装置のために必要とされるシールに、少なくとも、恒常的に作用することはできない。

タンクの少なくとも１つの側壁は、好ましくは、上側の壁領域とタンクのベースとの間において、取り囲む形で配置される。タンクのベースは、特に、還元剤によって常に覆われるか、または、タンクが徐々に空になるにつれて、タンク内において覆われた最終的な表面を少なくとも規定する領域である。

加熱ユニットは、側壁および／またはベースに配置され、かつ、特に、側壁内で一体化するように成形されるか、または積層される。加熱ユニットは、側壁内に配置されている加熱ワイヤから好ましくは構成される。この目的のために、側壁またはベースは、特に、外部に対して絶縁し、かつタンク内部に対して、十分な熱伝導係数を有する壁を有する。側壁「において」またはベース「において」は、加熱ユニットが、側壁／ベースの材料によって囲まれており、すなわち、特に、この材料によって完全に取り囲まれていることを意味する。

還元剤のためのタンク内に加熱ユニットを配置した結果、追加の貯蔵タンクが、還元剤のためのタンクと排気システムへ流れるその還元剤を計測するための装置との間において提供される必要のないことが、特に達成される。この目的のために、加熱ユニットは、側壁および／またはベースに配置され、その結果、特に、大きな領域に亘って、壁に近接している凍結した還元剤のそれらの領域は、再び液化でき、かつ抽出パイプへと供給可能である。特にベース領域に加熱ユニットを配置した結果として、還元剤によって恒久的に覆われた十分に広い表面が加熱され、それゆえ、必要とされる量の還元剤が提供される。加熱ユニットがタンクの壁における大きな面積に亘って配置されていることは、自動車がしばしばその動作を停止させられて、その結果として、液状の還元剤が凍結してしまうので、短い時間において再び解凍される必要があるという観点から、特に重要である。極端に僅かな少量の還元剤のみを迅速に液化できる従来の加熱ユニットは、そのような作動上の要求に対して提供されていない。そのような状況においては、タンク内の還元剤の大部分の量は、まず、凍結したままであり、液状の還元剤を含む空洞部は、局所的に配置された加熱ユニットの周囲、特に、抽出パイプの周囲に形成される。こうした部分的な領域において液化された還元剤を抽出した後、次いで、空気のみで満たされている存在する空洞部を通じて、加熱ユニットの加熱エネルギーは、不十分な程度でのみ、タンク内の還元剤の凍結している他の領域へと送られるので、さらなる液体の還元剤は、十分な量で供給されることができない。

側壁に加熱ユニットが配置されることは、凍結した還元剤が壁から分離でき、従って、ベースの方向にその凍結した還元剤を落とすことできるか、その落下を促すという点において特に有利である。従って、抽出装置に隣接し、かつ特にベースに配置された加熱ユニットは、十分な量の熱エネルギーを凍結した還元剤に運ぶことができるので、恒常的に、空洞部は形成されず、凍結した還元剤または液状の還元剤への壁からの概ね十分な熱伝達が可能となる。

本発明の改良において、タンクは、ベースの方向に大きくなる断面を少なくとも部分的に有することが提案される。ここで、その断面は、特に、重力に対して直交して配置され、側面によって囲い込まれており、その領域はベースの方に近づくにつれて大きくなり、その結果、凍結した還元剤は、重力の影響のために、ベースの方向にのみ沈む。この効果は、好ましくは、側壁内に配置された加熱ユニットにより支援され、加熱ユニットは、凍結した還元剤の融解を可能にし、および／または加速させる。

別の改良において、ベースは、少なくとも１つのくぼみおよび／または少なくとも１つの水だめを有する。ここで、水だめは、タンクに連結され、ベースに配置され、かつ液体の還元剤を収集するために適切である、部分的な容積のことをいい、抽出装置は水だめへと延びている。本発明に関連して、くぼみは、好ましくは、ベースの残りの領域よりも、低い位置にある領域のことを意味する。液化された還元剤または他の還元剤の残りは、通常、くぼみまたはそのくぼみに連結された水だめの領域内に集まり、抽出装置によってそこから抽出される。

さらなる有利な実施形態において、ベースは、少なくとも部分的な領域において、少なくとも、くぼみまたは水だめの方向に、徐々に増加する（ｐｒｏｇｒｅｓｓｉｖｅ）傾斜を有する。しかしながら、特別な用途においては、徐々に減少する（ｄｅｇｒｅｓｓｉｖｅ）傾斜もまた有利である場合もある。平坦な構造との関係で、傾斜を有するベースの構成は、凍結または液状の形態での還元剤が、くぼみまたは水だめの方向に導かれ、それにより、抽出装置の方へ、重力に従って導かれるという点において特に有利である。ここで、異なるベースの構造、特に、徐々に増加するまたは徐々に減少する傾斜を有する特定の構造は、還元剤のそのような方向への加速を可能にするか、または支援することができる。特に、徐々に増加する傾斜を有する構造は、くぼみまたは水だめの方向のサイズにおいて、タンク容量の断面を急激に小さくするので、ここで、さらに少量の還元剤が、加熱ユニットにより液状の形態に保たれるか、または液化されることを必要とする。

さらなる特定の好ましい実施形態において、少なくとも１つの側壁またはベースは、タンク内部へと延びる少なくとも１つの台を有し、少なくとも１つの台は加熱ユニットを有する。これに関連して、台は、狭い平坦の要素のことを言い、これは、好ましくは、タンクと同じ材料から製造されてよい。特に、この台は、十分な熱伝導性を有するので、好ましくはこの台に配置される加熱ユニットは、できる限り効果的な形態、好ましくはあらゆる側に対して対称的である形態で動作可能である。

この台は、さらに、畳み込み（ｆｏｌｄｅｄ−ｉｎ）部分として形成されてもよく、すなわち、例えば、タンクを蛇腹状（ｂｅｌｌｏｗｓ−ｌｉｋｅ）に変形させることによって製造されてもよい。ここで、タンクの壁に存在する加熱ユニットは、壁と一体となって変形されてもよく、その結果、加熱ユニットは、従って、タンク内の台において配置される。タンクのそのような蛇腹状の変形のために、タンクは、拡大された表面を用いて形成されるべきであり、その結果、所望のタンク容量が、その台がタンクの壁から製造された後に提供される。

少なくとも１つの台がタンク内部において配置されて、第１に、抽出装置にはできるだけ迅速に十分な還元剤が供給され、第２に、タンク内の凍結している還元剤内での空洞の形成（これは還元剤のさらなる液化に悪影響を及ぼす）が防止される。この目的のために、台は、ベースに対しておよび／または側壁に対して、傾斜されるように配置されてもよく、その結果、第１に、凍結している還元剤は、加熱された壁領域へと下に動くことができ、これらと接触し得て、それゆえ、さらに迅速に液化される。さらに、タンクの部分的な領域が形成されてよく、その部分的な領域は台によってさらに強力に加熱され、その領域内において、十分な量の還元剤が非常に迅速に液化される。

タンクのさらなる有利な実施形態において、抽出パイプが、タンクからの還元剤の抽出のために提供され、排出パイプは外側の円周表面上に少なくとも１つのリブを有し、抽出パイプおよび少なくとも１つのリブは少なくとも１つの加熱ユニット（５）によって加熱される。リブは、特に、抽出パイプおよび／またはタンクの材料と同じ材料から製造される。

抽出パイプ上にリブが配置された結果として、タンク内の加熱される領域が、著しく大きくなり、特に、台と、ベースおよび／または側壁における加熱ユニットとの相互作用により、凍結している還元剤内での空洞の形成（これは、還元剤のさらなる液化に悪影響を及ぼす）を防止することができる。

タンクのさらなる有利な実施形態において、側壁、ベース、台、抽出パイプ、およびリブからなる群からの少なくとも１つの要素において配置される加熱ユニットは、互いに独立して制御可能である。特に、加熱ユニットの加熱力は、タンク内の還元剤の充填レベル、タンクの傾斜、および／または、加熱ユニットが還元剤で覆われる範囲に応じて制御可能である。加熱ユニットは、さらに有利には、還元剤、還元剤温度、および／または外界の温度に応じて、互いに独立して制御可能である。

異なるパラメータに応じて、加熱ユニットをこのように個々に制御することによって、特に、エネルギーを節約する動作が実現可能であり、また、タンク内における空洞の形成があらゆる状況下においても防止可能である。液体の還元剤を抽出パイプに提供することは、概してこのような方法において保証可能である。

さらなる有利な実施形態において、少なくとも１つの加熱ユニットは、ＰＴＣ要素を有し、その結果、加熱ユニットの自己制御が可能となる。ＰＴＣ（正の温度係数）要素は、その内部抵抗が、より高い温度値につれて、非直線的に増加する部品である。このように、自己制御効果が得られ、その結果、限界温度に達したときに、自己停止（ｓｅｌｆ−ｄｅａｃｔｉｖａｔｉｏｎ）する。ＰＴＣ要素の使用を介して、従って、加熱ユニットは、あらかじめ規定された限界温度までのみ加熱可能であり、この限界温度は、主に、使用される側壁の材料、ベースの材料、リブの材料、および／または台の材料によってあらかじめ規定される。

加熱ユニットは加熱媒体としてエンジン冷却水を少なくとも部分的に使用し、すなわち、そのため、特にエンジンの冷却回路に対して、連結されるか、または必要に応じて連結されることができる一実施形態もまた好ましい。

タンクのさらなる有利な実施形態において、少なくとも１つの側壁、ベース、台、または少なくとも１つのリブは、表面を有し、チャネル構造は表面の少なくとも一部の上に形成される。チャネル構造は、特に、表面上に溝状の凹部として形成され、液化した還元剤はこれを介して流れることができる。チャネル構造が特に提供され、その結果、少なくとも部分的に存在する凍結している還元剤は、くぼみまたは水だめの方向に液化した還元剤が流出することを妨げるように、側壁、ベース、台、またはリブ上に溜まることはできない。凹部または溝としてチャネルが形成された結果として、凍結している還元剤はその表面上に堆積し、形成されたチャネル構造を介して凍結している還元剤の下で流出を生じさせることができる。

さらなる有利な実施形態において、チャネル構造は、くぼみまたは水だめの方向に実質的に走っている。このようにして、還元剤は、タンクの最も低い位置へと導かれるか、または抽出パイプへと導かれ、タンクは常に、抽出パイプの領域内に液状の還元剤を有することがさらに有利に達成される。

さらに有利な実施形態において、自動車が本発明に係る少なくとも１つのタンクを有する。

本発明および技術分野は、図面を元にして以下でより詳細に説明される。図面は、本発明の特に好適な構成の変形を示し、しかしながら本発明はそれに限定されないことが指摘される。図面において同様の参照符号はまた同一の対象のために用いられる。さらなる実施形態が、以下の図面を元にしてさらに詳細に説明され、各々の場合において、概略的に示される。

従来技術に係るタンク。 本発明に係るタンク。 本発明に係るタンクのさらなる実施形態。

図１は、還元剤２のための、従来技術に係るタンク１の側面図を概略的に示し、このタンクは、側壁３およびベース４を有し、還元剤２は、タンク内部１０から、特に、抽出パイプ１１を介して、水だめ８から取り除かれる。タンク１は自動車１５内に配置される。

図２は、本発明に係るタンク１の側面図を概略的に示す。タンク１は側壁３およびベース４を有し、側壁３は、ベース４の方向に円錐状に広げられる。したがって、タンク１の断面６は、ベース４の方向に大きくなる。抽出パイプ１１は、ベース４の最も低い位置を形成する水だめ８内に配置される。ベース４内、水だめ８内、および少なくとも１つの側壁３内において、各々の場合において、１つの加熱ユニット５が壁１６内に形成され、加熱ユニットは特に、互いに独立して制御可能である加熱回路を有する。ここで、壁１６は、タンク内部１０の方を向く側面上において高い熱伝導性を有し、かつタンク周囲１８に対しては絶縁部１７を有して形成される。

図３は、側壁３およびベース４を有する、本発明に係るタンク１のさらなる実施形態を示し、部分的な領域、この場合は、タンク１の左側は、くぼみ７を有するベース４を有し、この場合、この部分的な領域において、ベース４は、水だめ要素に向かって、徐々に増加する傾斜を有する。さらに、タンク１内において、少なくとも１つのリブ１２が抽出パイプ１１に配置され、台（ｂａｒ）９がベース４上に配置され、ベース４は、水だめ８の方向に延びるチャネル構造１４を有する。台９は、特にまた、ベース４に対して部分的に傾斜しており、その結果、凍結した還元剤２はまた、側壁３と比して小さい面積を有する台９上において支持される。ベース４の方向に広くなる側壁３の断面６と、加熱された台９の使用とを組み合わせて、十分な量の還元剤２が液化され、あらゆる動作位置において、抽出パイプ１１へ供給され、その結果、ＳＣＲシステムへの還元剤２の供給は常に可能である。

１ タンク
２ 還元剤
３ 側壁
４ ベース
５ 加熱ユニット
６ 断面
７ くぼみ
８ 水だめ
９ 台
１０ タンク内部
１１ 抽出パイプ
１２ リブ
１３ 外側の円周表面
１４ チャネル構造
１５ 自動車
１６ 壁
１７ 絶縁部
１８ タンク周囲

Claims (13)

1. 少なくとも１つの側壁（３）および１つのベース（４）を少なくとも有する、還元剤（２）のためのタンクであって、少なくとも１つの加熱ユニット（５）が、少なくとも前記側壁（３）または前記ベース（４）内に提供される、タンク（１）。
2. 前記タンク（１）は、前記ベース（４）の方向に大きくなる断面（６）を少なくとも部分的に有する、請求項１に記載のタンク（１）。
3. 前記ベース（４）は、くぼみ（７）または水だめ（８）を含む群からの少なくとも１つの要素を有する、請求項１または請求項２に記載のタンク（１）。
4. 前記ベース（４）は、少なくとも部分的な領域において、少なくとも、前記くぼみ（７）または前記水だめ（８）の方向に、徐々に増加する傾斜を有する、請求項３に記載のタンク（１）。
5. 少なくとも前記側壁（３）または前記ベース（４）は、タンク内部（１０）へと延びる少なくとも１つの台（９）を有し、前記少なくとも１つの台（９）は加熱ユニット（５）を有する、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のタンク（１）。
6. 抽出パイプ（１１）が、前記タンク（１）からの還元剤（２）の抽出のために提供され、前記抽出パイプ（１１）は少なくとも１つの加熱ユニット（５）によって加熱される、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のタンク（１）。
7. 前記抽出パイプ（１１）は、外側の円周表面（１３）上に少なくとも１つのリブ（１２）を有し、前記抽出パイプ（１１）および前記少なくとも１つのリブ（１２）は、少なくとも１つの加熱ユニット（５）によって加熱される、請求項６に記載のタンク（１）。
8. 側壁（３）、ベース（４）、台（９）、抽出パイプ（１１）、およびリブ（１２）からなる群からの少なくとも１つの要素において配置される前記加熱ユニット（５）は、互いに独立して制御可能である、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のタンク（１）。
9. 前記少なくとも１つの加熱ユニット（５）はＰＴＣ要素を有する、請求項１から請求項８のいずれか一項に記載のタンク（１）。
10. 前記加熱ユニット（５）は、加熱媒体として、エンジン冷却水を少なくとも部分的に使用する、請求項１から請求項９のいずれか一項に記載のタンク（１）。
11. 前記少なくとも１つの側壁（３）、ベース（４）、台（９）、または少なくとも１つのリブ（１２）は、表面（１３）を有し、チャネル構造（１４）が前記表面（１３）の少なくとも一部の上に提供される、請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載のタンク（１）。
12. 前記チャネル構造（１４）は、前記くぼみ（７）または水だめ（８）の方向に実質的に走る、請求項１１に記載のタンク（１）。
13. 請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載のタンク（１）を有する自動車（１５）。

Images