WO2018157997A1 - Heizeinrichtung - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a heating device according to the preamble of the independent claim.
- Fluid delivery mechanism such as a pump, and corresponding conduits that interconnect the tank, delivery mechanism and consumers.
- tanks must be equipped with heaters for this purpose. These allow a liquid state of aggregation of the medium even at low temperatures.
- the heaters used today are usually powered by electricity and give their heat, for example via politiciansleitkoerper in a narrow range of medium from.
- Heating a medium in a tank for example, to thaw a frozen aqueous urea solution. Disclosure of the invention
- the heating device according to the invention with the characterizing features of the independent claim has the advantage of providing an improved heating performance. Another advantage is to be considered that the available electrical energy can be better utilized by a larger-scale distribution in the tank.
- the integral flexible heating element advantageously allows the use of a standard flexible heating element for various tank shapes.
- Heating element to distribute available heat efficiently throughout the tank.
- Heating element in its intended end position to achieve an increased Auftaumenge a previously frozen in the tank medium at the same supplied electrical power over known electric heaters.
- FIG. 1 a tank installation unit in cross-sectional side view
- FIG. 2 the tank installation unit in top view from above
- FIG. 3 a mounting situation
- FIG. 4 a further mounting situation
- Figure 5 is a side view of a part of a tank with built-in
- Figure 6 is a plan view from above of the aforementioned portion of the tank
- Figure 7 is a heating device in side view
- Figure 8 is a plan view from above of a portion of the heater.
- FIG. 1 shows a tank installation unit 1 for installation in an opening of the wall of a liquid tank such that after installation arranged on the tank installation unit 1 units such as an example electric heater 2 and a non-illustrated feed pump 33 associated
- the Tank installation unit has a
- Heating device 2 arranged filter element 7 for filtering the liquid or an in-tank aqueous urea solution (trade name "AdBlue”) is laterally at least partially surrounded by the border and below the fixed heating element 8 of the electric heater. 2
- Heating element 12 is hereby connected mechanically via a connection 10 with the fixed heating element 8.
- the supply of the flexible heating element 12 with electrical energy via the power supply which is in any case provided for the fixed heating element 8, can also be effected via this connection 10.
- a sound tube 6 for an ultrasonic sensor for filling level measurement or for determining the quality of the tank contents can also be seen.
- the filter element is approximately kidney-shaped in plan view and follows at a certain distance the course of
- the fixedly arranged heating element 8 has several
- flexible heating element 12 is formed, for example, as a flexible resistance line, in particular as a flexible PTC resistance line, and in particular directly connected to the connection 10, which is designed as a welded or glued connection
- Heating element 8 is connected, wherein the heating element 8 is preferably designed as a likewise provided with PTC characteristic standard heating element, as described for example in DE 10 2012 213 417.
- a So-called PTC resistance line or a so-called PTC characteristic has or describes a positive temperature coefficient, ie with increasing temperature, the electrical resistance decreases
- the further heating element can be installed together with the other components on the tank installation unit and subsequently introduced into the liquid tank.
- FIG. 3 shows a tank installation unit 1 just before their connection to the liquid tank 34, which in a
- Embodiment in the lower tank wall 22 an opening 25 into which the tank installation unit is inserted with installation direction 20 from below into the tank so that thereafter, in particular the heaters, the pump housing and the filter element are in the tank interior 21. Subsequently, the edge 23 of the bottom portion 4 of the tank installation unit and / or the border 5 is liquid-tightly connected to the lower tank wall 22, for example in the form of a flange connection or by welding or fusing the two plastic parts (tank wall, bottom portion of the tank installation unit).
- Tank installation unit is slipped over the flexible heating element, after attachment of the bottom portion of the tank installation unit to the lower
- Tank wall are drawn off via a guided through an upper, for example, the filling opening 26 of the tank cord 31 and removed from the tank, so that the flexible heating element can subsequently unfold freely in the tank, as shown in Figure 4.
- the arrow 32 indicates the direction of removal of the mounting aid, and the other, flexible heating element 12 is now in a deployed or rolled-out layer 120, which is also beyond of the edge 23 of the bottom region or beyond the border 5 extends into the tank.
- a rigid mounting aid in the form of a more or less rigid tube can be used, the first on the flexible
- Heating element is pulled and removed after installation of the tank unit through the opening 26 of the heater.
- the flexible portion of the heater or the further heating element 12 can, as shown in Figure 5 in side view and in Figure 6 in plan view, further be equipped with one or more heat-conducting bodies 40 in order to achieve an enlargement of the heat transfer surface. This leads to that at
- Embodiment of the further heating element as a PTC resistor line this advantageously comes later in the downsizing, especially at low levels 42. This will in addition to using a
- Figures 7 and 8 illustrate in side view and in plan view, as the spatial arrangement of the further, flexible heating element 12 after introduction of the tank installation unit in a tank apart from its connection to the
- Compound 10 is not bound to a particular direction, but can be done in the vertical direction over an angle of approximately 180 degrees or in the horizontal direction over an angle of approximately 360 degrees.
- the heating device thus comprises a heating element 8, which can deliver heat energy in a limited area of the tank installation unit, while the further heating element 19 by its spatial extent, in particular its length, or by its intended end position and areas away from the installation position on the tank installation unit, the connection area 10, can reach. This effect is exacerbated by the outsourced, so located in normal operation outside of the tank installation unit heat conducting body 40.
- the liquid tank is preferably when using a urea tank using a plastic, for example in a
- HDPE is used as the plastic.
- HDPE is a thermoplastic, namely a polyethylene, more specifically a polyethylene with low branched polymer chains and therefore high density (“HD"), ranging from 0.94 to 0.97 grams per cubic centimeter lies. Due to its non-polar, hydrophobic surface, this material can be almost only well connected to itself, so that in particular the tank wall to be connected tank installation unit is preferably made with this material, especially if they are liquid-tight with the tank wall, especially adbluedicht, glued or welded shall be.
- HDPE generally has the advantage of being able to use a simple joining technique such as welding or gluing, ensures tightness even when the tank is filled with aqueous urea solution and can be flexibly dimensioned.
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Abstract
Es wird eine Heizeinrichtung (2) für eine Tankeinbaueinheit (1) eines Flüssigkeitstanks (34) mit einem Heizelement (8) zur Einbringung von thermischer Energie eines im Flüssigkeitstank (34) bevorratbaren Mediums vorgeschlagen, bei der ein weiteres Heizelement (12) vorgesehen ist, welches eingerichtet ist zum nicht zerstörenden Verformen, insbesondere zum Aufrollen bzw. Ausrollen, zur Verlagerung in eine bestimmungsgemäße Endposition (120).
Description
Heizeinrichtung
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Heizeinrichtung nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs.
Systeme für Flüssigkeiten generell, insbesondere für Reduktionsmittel zur Nachbehandlung des Abgases einer Brennkraftmaschine, benötigen zur Bereitstellung der Flüssigkeit an einem Verbraucher einen Tank, einen
Fördermechanismus für die Flüssigkeit, beispielsweise eine Pumpe, und entsprechende Leitungen, die Tank, Fördermechanismus und Verbraucher miteinander verbinden.
Auf Grund der physikalischen Eigenschaften einer als Reduktionsmittel verwendeten wässrigen Harnstoff lösung, bei -11°C zu gefrieren, müssen Tanks hierfür mit Heizungen ausgestattet werden. Diese ermöglichen auch bei tiefen Temperaturen einen flüssigen Aggregatszustand des Mediums. Die heute verwendeten Heizungen sind in der Regel strombetrieben und geben ihre Wärme zum Beispiel über Wärmeleitkoerper in einem eng begrenzten Bereich ans Medium ab.
Es ist schon ein solche Heizeinrichtung aus der DE 10 2015 200 168 bekannt, welche auf einem eine Pumpe enthaltenden Versorgungmodul montiert ist. Das Heizelement dieses Versorgungsmoduls zum Einbau in einem unteren Bereich eines Flüssigkeitstanks ist starr und unbeweglich montiert und dient zur
Erwärmung eines in einem Tank befindlichen Mediums, beispielsweise zum Auftauen einer gefrorenen wässrigen Harnstoff lösung.
Offenbarung der Erfindung
Die erfindungsgemäße Heizeinrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des unabhängigen Anspruchs hat demgegenüber den Vorteil der Bereitstellung einer verbesserten Heizleistung. Als weiterer Vorteil ist anzusehen, daß die zur Verfügung gestellte elektrische Energie durch eine großräumigere Verteilung im Tank besser ausgenutzt werden kann.
Hierbei ist in vorteilhafter Weise ein flexibles Heizelement vorgesehen, das auf einer Tankeinbaueinheit eine Baueinheit mit einem Standardheizelement, das beispielsweise als Widerstandsheizer oder als PTC-Heizung ausgebildet ist („PTC" =„Positive Temperature Coefficient"), bilden kann.
Des Weiteren ermöglicht das eingebundene flexible Heizelement in vorteilhafter Weise die Verwendung eines flexiblen Standardheizelements für verschiedene Tankformen.
Es ergibt sich hierbei in vorteilhafter Weise die Möglichkeit, durch eine geeignete Wahl der Abmessung bzw. der Länge bzw. der Geometrie des flexiblen
Heizelements zur Verfügung stehende Wärme effizient im ganzen Tank zu verteilen.
Somit kann ein kontinuierlicher Wärmeeintrag in das gesamte Tankvolumen erfolgen, und zwar durch geeignete räumliche Anordnung des flexiblen
Heizelements in seine bestimmungsgemäße Endposition unter Erzielung einer erhöhten Auftaumenge eines zuvor gefrorenen sich im Tank befindlichen Mediums bei gleicher zugeführter elektrischer Leistung gegenüber bekannten elektrischen Heizeinrichtungen.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen
Anspruch angegebenen Heizeinrichtung möglich.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen
Figur 1 eine Tankeinbaueinheit in Querschnittseitenansicht, Figur 2 die Tankeinbaueinheit in Draufsicht von oben, Figur 3 eine Montagesituation, Figur 4 eine weitere Montagesituation,
Figur 5 eine Seitenansicht eines Teiles eines Tanks mit eingebauter
Tankeinbaueinheit,
Figur 6 eine Draufsicht von oben auf den vorgenannten Teilbereich des Tanks, Figur 7 eine Heizeinrichtung in Seitenansicht und
Figur 8 eine Draufsicht von oben auf einen Teilbereich der Heizeinrichtung.
Ausführungsformen der Erfindung
Figur 1 zeigt eine Tankeinbaueinheit 1 zum Einbau in eine Öffnung der Wandung eines Flüssigkeitstanks derart, daß nach Einbau sich auf der Tankeinbaueinheit 1 angeordnete Baueinheiten wie eine beispielsweise elektrische Heizeinrichtung 2 und ein einer nicht näher dargestellten Förderpumpe 33 zugeordnetes
Pumpengehäuse 3 innerhalb des Tanks befinden, der durch den Einbau der Tankeinbaueinheit in diesem Bereich bis auf eine nicht näher dargestellte mit der
Pumpe verbundene Förderleitung und wahlweise auch einer Rücklaufleitung flüssigkeitsdicht verschlossen wird. Die Tankeinbaueinheit weist einen
Bodenbereich 4 auf, der sowohl die Baueinheiten als auch eine an die Geometrie des Bodenbereichs angepaßte, insbesondere kreisförmige Umrandung 5, letztere als Bestandteil des Bodenbereichs, trägt. Ein unterhalb der
Heizeinrichtung 2 angeordnetes Filterelement 7 zur Filterung der Flüssigkeit bzw. einer im Tank befindlichen wässrigen Harnstofflösung (Handelsname„AdBlue") ist lateral zumindest teilweise von der Umrandung umgeben und unterhalb des fest angeordneten Heizelements 8 der elektrischen Heizeinrichtung 2
angeordnet. Oberhalb des fest angeordneten Heizelements 8 befindet sich ein weiteres, flexibles Heizelement 12, welches in Figur 1 und auch in der Draufsicht gemäß Figur 2 in einem aufgerollten Zustand abgebildet ist, welcher nicht die bestimmungsgemäße Endposition in einem Tank darstellt. Das flexible
Heizelement 12 ist hierbei einenendes über eine Verbindung 10 mit dem fest angeordneten Heizelement 8 mechanisch verbunden. Über diese Verbindung 10 kann wahlweise auch die Versorgung des flexiblen Heizelements 12 mit elektrischer Energie über die ohnehin für das fest angeordnete Heizelement 8 vorhandene Stromversorgung erfolgen.
In der Draufsicht gemäß Figur 2 ist daneben noch ein Schallrohr 6 für einen Ultraschallsensor zur Füllstandsmessung bzw. zur Bestimmung der Qualität des Tankinhalts erkennbar. Das Filterelement ist in Draufsicht ungefähr nierenförmig ausgebildet und folgt in einem gewissen Abstand dem Verlauf des
Pumpengehäuses 3. Das fest angeordnete Heizelement 8 weist mehrere
Seitenarme 14 auf, die vorzugsweise jeweils das darunter angeordnete
Filterelement lateral überragen, jedoch innerhalb der Tankeinbaueinheit und insbesondere innerhalb der Umrandung 5 verbleiben. Das weitere, flexible Heizelement 12 ist beispielsweise als flexible Widerstandsleitung, insbesondere als flexible PTC-Widerstandsleitung, ausgebildet und über die als Schweiß- bzw. Klebverbindung ausgeführte Verbindung 10 insbesondere direkt mit dem
Heizelement 8 verbunden, wobei das Heizelement 8 vorzugsweise als ein ebenfalls mit PTC-Charakteristik versehenes Standardheizelement ausgebildet ist, wie es beispielsweise in der DE 10 2012 213 417 beschrieben ist. Eine
sogenannte PTC-Widerstandsleitung bzw. eine sogenannte PTC-Charakteristik besitzt bzw. beschreibt einen positiven Temperaturkoeffizienten, d.h. mit zunehmender Temperatur nimmt der elektrische Widerstand der
Widerstandsleitung bzw. des Heizelements zu, wodurch eine Selbstregulierung der Heizleistung gewährleistet wird.
Durch die Verbindung 10 kann das weitere Heizelement gemeinsam mit den übrigen Bauteilen auf der Tankeinbaueinheit verbaut und nachfolgend in den Flüssigkeitstank eingebracht werden.
Die in Figur 3 dargestellte Montagesituation zeigt eine Tankeinbaueinheit 1 kurz vor ihrer Verbindung mit dem Flüssigkeitstank 34, der in einer
Querschnittsseitenansicht teilweise mit Abschnitten der unteren (22) bzw. oberen (24) Tankwand abgebildet ist. Der Tank weist im vorliegenden
Ausführungsbeispiel in der unteren Tankwand 22 eine Öffnung 25 auf, in die die Tankeinbaueinheit mit Einbaurichtung 20 von unten in den Tank eingeführt wird, so daß danach insbesondere die Heizungen, das Pumpengehäuse und das Filterelement sich im Tankinnenraum 21 befinden. Im Anschluß daran wird der Rand 23 des Bodenbereichs 4 der Tankeinbaueinheit und/oder die Umrandung 5 flüssigkeitsdicht mit der unteren Tankwand 22 verbunden, beispielsweise in Form einer Flanschverbindung oder durch Verschweißen bzw. Verschmelzen der beiden Kunststoffteile (Tankwand, Bodenbereich der Tankeinbaueinheit). Eine geeignete flexible Montagehilfe 30 beispielsweise in Form eines nach unten geöffneten Säckchens oder Tütchens 29, das während des Einbaus der
Tankeinbaueinheit über das flexible Heizelement gestülpt ist, kann nach der Befestigung des Bodenbereichs der Tankeinbaueinheit an der unteren
Tankwandung über eine durch eine obere, beispielsweise der Befüllöffnung 26 des Tanks geführte Schnur 31 abgezogen und aus dem Tank entfernt werden, so daß sich das flexible Heizelement nachfolgend frei im Tank entfalten kann, wie es in Figur 4 dargestellt ist. Der Pfeil 32 bezeichnet dabei die Richtung der Entnahme der Montagehilfe, und das weitere, flexible Heizelement 12 befindet sich nun in einer entfalteten bzw. ausgerollten Lage 120, die sich auch jenseits
des Rands 23 des Bodenbereichs bzw. jenseits der Umrandung 5 in den Tank hinein erstreckt.
Wahlweise kann auch eine starre Montagehilfe in Form eines mehr oder weniger starren Röhrchens verwendet werden, das zunächst über das flexible
Heizelement gezogen ist und nach Einbau der Tankeinheit über die Öffnung 26 von der Heizung abgezogen wird.
Es besteht wahlweise auch die Möglichkeit, durch beispielsweise an der inneren Tankwandung befestigte Führungsstege oder anders geartete Leiteinrichtungen den flexiblen Teil der Heizung in eine bestimmte Richtung zu lenken.
Der flexible Anteil der Heizung bzw. das weitere Heizelement 12 kann, wie in Figur 5 in Seitenansicht bzw. in Figur 6 in Draufsicht dargestellt, ferner mit einem oder mehreren Wärmeleitkörpern 40 ausgerüstet werden, um eine Vergrößerung der Wärmeübertragungsfläche zu erzielen. Dies führt dazu, dass bei
Ausgestaltung des weiteren Heizelements als PTC-Widerstandsleitung dieses insbesondere bei niedrigen Füllständen 42 vorteilhafterweise später in die Abregelung kommt. Dadurch wird neben einer Verwendung einer
Selbstabregelung an sich bzw. eines weiteren flexiblen Heizelements mit lateral großer Ausdehnung in seiner bestimmungsgemäßen Endposition an sich nochmals eine Effizienzsteigerung der Heizung erzielt. Je großflächiger bereits zu Beginn beispielsweise eine zunächst gefrorene wässrige Harnstoff lösung 44 aufgetaut wird, umso eher also großflächig aufgetaute Lösung vorhanden ist, umso schneller läßt sich mithilfe dieser bereits aufgetauten und damit warmen Flüssigkeit weiteres Harnstoffeis auftauen.
Die Figuren 7 und 8 veranschaulichen in Seitenansicht bzw. in Draufsicht, wie die räumliche Anordnung des weiteren, flexiblen Heizelements 12 nach Einbringung der Tankeinbaueinheit in einen Tank abgesehen von seiner Anbindung an die
Verbindung 10 nicht an eine bestimmte Richtung gebunden ist, sondern in vertikaler Richtung über einen Winkel von zirka 180 Grad bzw. in horizontaler Richtung über einen Winkel von zirka 360 Grad erfolgen kann.
Die Heizeinrichtung umfaßt also ein Heizelement 8, welches, in einem begrenzten Bereich der Tankeinbaueinheit Wärmeenergie abgeben kann, während das weitere Heizelement 19 durch seine räumliche Ausdehnung, insbesondere seine Länge, bzw. durch seine bestimmungsgemäße Endposition auch Bereiche entfernt von der Einbauposition an der Tankeinbaueinheit, dem Verbindungsbereich 10, erreichen kann. Dieser Effekt wird durch den ausgelagerten, sich also im Normalbetrieb außerhalb der Tankeinbaueinheit befindlichen Wärmeleitkörper 40 noch verstärkt.
Insbesondere der Flüssigkeitstank wird bei einer Verwendung als Harnstofftank vorzugsweise unter Verwendung eines Kunststoffs, z.B in einem
Blasformverfahren, hergestellt. Als Kunststoff wird beispielsweise HDPE verwendet. HDPE ist ein thermoplastischer Kunststoff, nämlich ein Polyethylen, genauer gesagt ein Polyethylen mit schwach verzweigten Polymerketten und daher hoher Dichte („HD" = engl,„high density"), die in einem Bereich von 0,94 bis 0,97 Gramm pro Kubikzentimeter liegt. Aufgrund seiner unpolaren, hydrophoben Oberfläche lässt sich dieses Material fast nur mit sich selbst gut verbinden, so daß insbesondere die mit der Tankwandung zu verbindende Tankeinbaueinheit vorzugsweise auch mit diesem Material gefertigt ist, insbesondere wenn sie mit der Tankwandung flüssigkeitsdicht, insbesondere adbluedicht, verklebt oder verschweißt werden soll. HDPE hat generell den Vorteil der Einsatzbarkeit einer einfachen Verbindungstechnik wie Schweißen oder Kleben, gewährleistet eine Dichtheit auch bei Befüllung des Tanks mit wässriger Harnst off lösung und kann flexibel dimensioniert werden.
Claims
1. Heizeinrichtung (2) für eine Tankeinbaueinheit (1) eines Flüssigkeitstanks (34), mit einem Heizelement (8) zur Einbringung von thermischer Energie eines im Flüssigkeitstank (34) bevorratbaren Mediums, dadurch
gekennzeichnet, daß ein weiteres Heizelement (12) vorgesehen ist, welches eingerichtet ist zum nicht zerstörenden Verformen, insbesondere zum
Aufrollen bzw. Ausrollen, zur Verlagerung in eine bestimmungsgemäße Endposition (120).
2. Heizeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das weitere Heizelement (12) derart ausgerollt werden kann, daß es lateral über die Tankeinbaueinheit hinausragt.
3. Heizeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das weitere Heizelement (12) an dem Heizelement über einen
Verbindungsbereich (10) befestigt ist.
4. Heizeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der
Verbindungsbereich (10) eine Versorgung des weiteren Heizelements (12) mit elektrischer Energie gewährleistet.
5. Heizeinrichtung nach Anspruch 3 oder 4, daß der Verbindungsbereich (10) derart eingerichtet ist, daß das weitere Heizelement (12) lateral und/oder vertikal in jeder Raumrichtung angeordnet werden kann.
6. Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß das weitere Heizelement (12) mit einem
Wärmeleitkörper (40) verbunden ist.
7. Heizeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der
Wärmeleitkörper (40) in einem Bereich des weiteren Heizelements (12) angeordnet ist, der sich in einem ausgerollten Zustand des weiteren
Heizelements (12) lateral außerhalb der Tankeinbaueinheit befinden kann.
8. Tankeinbaueinheit (1) für einen Flüssigkeitstank (34), mit einer
Fördereinrichtung (33) zum Herauspumpen des Mediums in einem flüssigen Aggregatzustand aus dem Flüssigkeitstank (34) und einer Heizeinrichtung (2) zur Einbringung von thermischer Energie in das Medium nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
9. Flüssigkeitstank (34) mit einer im Bereich einer unteren Tankwand eingebauten Tankeinbaueinheit (1) nach Anspruch 8, wobei das weitere Heizelement (12) die Tankeinbaueinheit (1) lateral überragt.
10. Verfahren zur Herstellung eines Flüssigkeitstanks (34) nach Anspruch 9, bei dem eine Tankeinbaueinheit (1) in eine dafür vorgesehene Öffnung (25) im
Bereich der unteren Tankwand (22) die Öffnung (25) flüssigkeitsabdichtend eingebracht wird, wobei in einem weiteren Schritt das weitere Heizelement (12) ausgerollt bzw. entfaltet wird, so daß es lateral die Tankeinbaueinheit (1) überragt.
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