安装在用于还原剂的车辆储罐中的加热设备和车辆储罐

摘要

本发明涉及一种安装在用于还原剂(14)的车辆储罐(11)中的加热设备(1)，该还原剂能够被加入到机动车的排气流中以用于排气后处理。所述加热设备包括至少一个电加热元件(2)和热分配体(4)，其中，该至少一个电加热元件(2)包括PTC加热元件(3)，该PTC加热元件布置成与热分配体(4)传热地接触。根据本发明，该热分配体(4)具有导热装置(6)，该导热装置被设计成用于将来自PTC加热元件(3)的热量有针对性地在热分配体(4)内部进行分配。本发明还涉及一种具有这种加热设备(1)的车辆储罐(11)。

说明书

技术领域

本发明涉及一种安装在用于还原剂的车辆储罐中的加热设备，还原剂能够被加入到机动车的排气流中以用于排气后处理，所述加热设备包括至少一个电加热元件和热分配体，其中，该至少一个电加热元件包括PTC加热元件，该PTC加热元件布置成与热分配体传热地接触。在此该热分配体由第一材料制成，该第一材料具有第一导热率，其中该热分配体被设置用于传输和散发由PTC加热元件产生的热量。本发明还涉及一种具有这类加热设备的用于机动车的车辆储罐，该车辆储罐被设计用于储存还原剂，该还原剂能够被加入到机动车的排气流中以用于排气后处理。

背景技术

为了对机动车中内燃机排放的氮氧化物进行还原，已知在选择性催化还原(SCR)方法中向排气流中喷入液态还原剂，以便利用催化剂将排气流中含有的氮氧化物(NOx)转化为无害的成分，例如氮气(N

为了存储液态还原剂而使用储罐，该储罐与输送单元合作来将还原剂从储罐输送至排气流。在输送和储存液态还原剂时要考虑到液态的还原剂、尤其是尿素水溶液会至少部分结冰。

这导致的问题是，尤其是在机动车冷启动或重新启动时，没有或仅有非常有限的液态形式的还原剂能够被输送给排气系统。而同时必须确保即使在机动车的周围环境温度非常低的情况下也要减少排气流中的氮氧化物。因此要采取措施来减少结冰和/或使储罐中的结冰还原剂快速融化。为此目的，通常为储存还原剂的储罐配设加热设备，以便在低温时保持储罐中的至少一部分还原剂处于液态或转为液态，从而然后可将其加入到排气流中。

这种加热设备通常包括PTC(正温度系数)加热元件。这种也被称为正温度系数热敏电阻的热敏电阻将电流转化为热并且电阻与温度尤其相关。因此PTC加热元件在低温时具有低电阻，在超出限定的开关温度时，电阻指数式增加。通过该特性，PTC加热元件能够自我调节：在低温时有大电流流过，PTC元件快速加热并具有高加热功率。一旦到达开关温度，则流过PTC元件的电流降低并防止温度明显超出开关温度，由此相应降低加热功率。

例如在DE 10 2006 027 487 A1中公开了开头所述类型的加热设备和车辆储罐。加热设备布置在用于液态还原剂的储罐中并且具有被设计为热分配体的面状铝体，在铝体中集成了多个电加热元件。这些电加热元件是PTC加热元件，其向面状铝体传输热量。热量经由铝体被输送给还原剂。通过加热设备要使结冰的还原剂融化，从而即使在低温下也有可供使用的液态还原剂，其能够通过输送模块输送至排气系统。

此外在DE 10 2007 059 848 A1中描述了一种能够装入到用于

EP 1 767 417 A1也公开了一种用于尿素溶液的储罐，具有布置在储罐中的加热设备。该加热设备具有杆状的PTC加热元件，其与热分配元件传热地连接。热分配元件具有融化套筒，其具有多个板状的除冰面。在运行中，PTC加热元件通过融化套筒向热分配元件的除冰面散热，从而通过除冰面将热量基本上传输给储罐中结冰的尿素溶液。

然而，在这种类型的加热设备中特别不利的是，由PTC加热元件产生并传输到热分配体的热量被热分配体基本上不受控制地传输到周围环境中和/或还原剂中。这尤其是在车辆储罐中含有较少还原剂的情况下会导致每单位时间从PTC加热元件传输到热分配体的热量会多于每单位时间通过热分配体传输和散发的热量。由此使尤其是PTC加热元件的温度升高，这最终导致加热功率的降低或PTC加热元件的关闭。在这种情况下，至少暂时地，仅有降低了的加热功率或没有加热功率可用于加热还原剂。

发明内容、目的、解决方案、优点

因此，本发明的第一目的是提供一种安装在用于还原剂的液体储罐中的加热设备，该还原剂能够被加入到机动车的排气流中以进行排气后处理，该加热设备在确保尽可能均匀的加热输出的同时确保了尽可能可靠地、快速地的加热还原剂。本发明还基于的第二个目的是，提出了一种具有加热设备的用于机动车辆的车辆储罐，该车辆储罐被设计用于存储还原剂，该还原剂可以被加入到机动车的排气流中以用于排气后处理。在该车辆储罐中，在确保尽可能均匀的加热功率的同时还确保了尽可能可靠、快速地加热还原剂。

根据本发明，第一目的是通过权利要求1的特征来实现的。在从属权利要求和以下的描述中阐述了有利的实施例和进一步的改进。

因此，一种安装在用于能够被加入到机动车的排气流中的还原剂的车辆储罐中的加热设备以已知的方式具有至少一个电加热元件和热分配体，其中，所述至少一个电加热元件具有PTC加热元件，该PTC加热元件被布置成与热分配体导热地接触。在此该热分配体由第一材料制成，该第一材料具有第一导热率，其中，热分配体被设置用于传输和散发由PTC加热元件产生的热量。

根据本发明，在热分配体上和/或热分配体中设有导热装置，该导热装置由第二材料制成，该第二材料具有与第一导热率不同的第二导热率，其中，该导热装置被设计用于将来自PTC加热元件的热量有针对性地在热分配体内部进行分配。

本发明在此基于的考虑是，在PTC加热元件的加热功率尽可能均匀且高、而不发生PTC加热元件的温度的明显升高、尤其是不发生温度升高得达到或超过PTC加热元件的开关温度的情况下，实现在车辆储罐中的还原剂的特别有效的加热。此外本发明还基于的考虑是，通过尤其是以与车辆储罐中的还原剂液位无关的方式尽可能地加热整个热分配体来进一步促进还原剂的具有均匀的加热功率的可靠和快速的加热。因此本发明提出，热分配体具有导热装置，该导热装置布置在热分配体上和/或热分配体中，且由第二材料制成，该第二材料具有与热分配体的第一材料不同的第二导热率，并且导热装置被设计用于，将PTC加热元件的热量有针对性地在热分配体内散布。由此能够以这样的方式影响热分配体的导热，即，使得热量在整个热分配体上延伸传导，且因此实现热分配体的尽可能完全地变热，由此基本上提供尽可能大的热分配体表面以供散热。这有助于使得从PTC加热元件传输至加热设备中的热量流与由热分配体能够向周围环境和/或还原剂散发的热量流基本一致，由此尤其大大减少了PTC加热元件由于过高温度而“关闭”的风险且能够以与车辆储罐中的还原剂液位无关的方式来有效加热还原剂。

根据本发明的实施方案具有的优点是，由此提供了一种加热设备，在该加热设备中，在热分配体内尤其出现明显的热量流，该加热设备在确保尽可能均匀的加热功率的同时确保了尽可能可靠地、快速地加热还原剂。

所使用的术语“还原剂”不仅包括还原剂(尤其是氨)，还包括还原剂溶液、还原剂前体(尤其是尿素)、还原剂前体溶液(尤其是

热分配体尤其被设置用于，将PTC加热元件产生的、向热分配体传输的热量向进一步远离PTC加热元件的区域中传输和传导，并且向还原剂和/或周围环境散发热量。

热分配体可以与PTC加热元件直接接触。在本发明的有利的实施方式中，热分配体具有贴靠面，PTC加热元件至少局部地贴靠在贴靠面上，其中，导热装置具有耦合元件，该耦合元件直接设置在PTC加热元件的面向贴靠面的侧面与贴靠面之间。在此该耦合元件的第二材料具有第二导热率，该第二导热率高于第一导热率。以这种方式，可以实现PTC加热元件与热分配体的特别良好的热耦合以及将热量尽可能有针对性地导入到热分配体内。优选地，将耦合元件设计成在面积上比PTC加热元件的朝向贴靠面的侧面更大，从而将在导热装置的贴靠面与耦合元件之间的接触面设计得尽可能大，通过该接触面能够将热量从耦合元件传输至热分配体。

在此耦合元件有利地由第二材料制成，该第二材料具有明显高于第一导热率的第二导热率。耦合元件特别有利地是金属体，优选金属箔或金属板。金属通常具有高的导热率。通过使用金属箔或金属板，可获得重量轻的耦合元件，该耦合元件此外需要很小的安装空间。

在另一有利的实施形式中，导热装置具有至少一个隔热层，这些隔热层至少布置在热分配体的表面上的局部区域中。至少一个隔热层的第二材料具有比第一导热率低的第二导热率。由此确保了由PTC加热元件产生并传输给热分配体的热量至少在热分配体的表面的布置有隔热层的区域中至少不散发或仅更少量地散发到周围环境中，而是主要保留在热分配体内，并且能够在热分配体内进一步传导。隔热层的尺寸和/或布置结构能够根据热分配体中的期望的导热性能而定。优选地，导热装置具有多个这种隔热层。尤其是邻近PTC加热元件的整个区域都能够实施成具有一个隔热层或多个隔热层。在此隔热层有利地由具有相比于第一导热率明显更小的第二导热率的第二材料制成，优选由具有比金属明显更小的第二导热率的第二材料制成。

在另一有利的实施方案中，导热装置具有至少一个导热元件，该导热元件在热分配体内至少布置在局部区域中，其中，该导热元件被设计用于，阻止或至少减少热量散发到热分配体的周围环境中。导热元件以如下方式影响热分配体内的导热：即，使得在导热元件的区域中，热量不散发或仅更少量地散发到周围环境中，从而热量主要保留在热分配体内并能够在热分配体内进一步传导。导热元件的尺寸和/或布置结构能够根据热分配体中所期望的导热性能而定。导热装置优选具有多个这种导热元件。导热元件例如可以由尤其是金属的第二材料制成，该第二材料具有比第一导热率更高的第二导热率，从而它能够将热量在热分配体内尤其好地(进一步)传导。在此，导热元件尤其布置得尽可能深入热分配体内部中，从而在导热元件与热分配体表面之间的距离尽可能大。但导热元件也可以例如由第二材料制成，该第二材料具有比第一导热率更小的第二导热率，从而通过导热元件减少或阻止热传导。在此导热元件布置得距热分配体表面尤其尽可能近，从而由此在热分配体内部形成隔热。合适地，向热分配体中加入导热剂。

热分配体可以例如由金属的第一材料制成。在一种有利的实施方式中，第一材料是铝。铝具有非常高的导热率且因此促进热量在热分配体内的传导和散布。

在另一有利的实施方案中，热分配体基本上是盆形的。这样的热分配体尤其可以从下方插入到车辆储罐的底部开口中，并且在组装状态下以其基本为圆筒形的壁和其底部从车辆储罐的底部延伸到车辆储罐的内部区域中。这种构造方案使得能够特别大面积地传输热量且因此实现至还原剂的较大的热量流，且因此还有助于可靠、快速地加热还原剂。

根据本发明通过权利要求8的特征实现第二目的。

根据本发明的用于机动车辆的车辆储罐被设计用于储存还原剂，该还原剂能够被加入到汽车的排气流中以用于排气后处理。车辆储罐具有根据本发明的加热设备。

针对根据本发明的加热设备所述的优点和优选实施方式也相应地适用于根据本发明的车辆储罐。

附图说明

下面参考附图更详细地解释本发明的实施例。附图示出:

图1示出加热设备的示意性剖视图，

图2示出具有另一种实施方式的加热设备的车辆储罐的示意性剖视图。

彼此相对应的部件在所有附图中具有相同附图标记。

具体实施方式

图1中示出加热设备1的实施例的示意性剖视图。该加热设备1具有电加热元件2以及由铝制成的热分配体4，该电加热元件包括PTC加热元件3。该PTC加热元件3与热分配体4的贴靠面5热接触。

PTC加热元件3可以经由电连接线(在图1中未示出)被供给电能，并在运行期间将电能转换成热。在此PTC加热元件3的电阻与温度尤其相关。因此，PTC加热元件3在低温下具有低电阻，在超出限定的开关温度时，电阻以指数形式增加。在达到开关温度时，流过PTC元件3的电流减小，从而加热功率相应地减小。

热分配体4具有导热装置6，该导热装置布置在热分配体4中或热分配体4上。该导热装置6由具有与铝不同的第二导热率的第二材料构成且被设计用于有针对性地在热分配体4中对由PTC加热元件3产生的热量进行分配。

为此在PTC加热元件3的朝向贴靠面5的侧面7与贴靠面5之间设有耦合元件8。该耦合元件8被设计为具有比铝高的第二导热率的金属板。此外耦合元件8在面积方面被设计得大于PTC加热元件3的朝向贴靠面5的侧面7，从而在热分配体4的贴靠面5与耦合元件8之间形成大的接触面，通过该接触面能够将热量从耦合元件8传输至热分配体4。由此能够提供PTC加热元件3与热分配体4的特别好的热耦合以及热量向热分配体4中尽可能有针对性地输入。

此外，在热分配体4的表面上还在某些区域中布置有隔热层9a。隔热层9a由第二材料制成，该第二材料具有比铝低的第二热导率。由此确保了由PTC加热元件3产生并传输给热分配体4的热量至少在热分配体4的表面的布置有隔热层9a的区域中不散发或仅更少量地散发到周围环境中，而是主要保留在热分配体4内，并且能够在热分配体内进一步传导。

此外，在热分配体4中靠近热分配体4的表面在某些区域中设有导热元件10。该导热元件10被设计用于阻止或者至少减少向热分配体4的周围环境中的散热。导热元件10还这样影响在热分配体4中的传热，即，使得在导热元件10的区域中不向或仅少量地向周围环境散热，而是将热量主要保留在热分配体4中并且在热分配体内能够进一步传导。导热元件10由第二材料制成，该第二材料具有比铝更小的第二导热率，从而阻止或减少通过导热元件10传导热量。

通过由导热装置6有针对性地影响热量在热分配体4内的散布，尤其能够实现热量传导以在整个热分配体上延伸且因此能够实现尽可能完全地加热热分配体4。由此有尽可能大的热分配体4的表面可供用于散热。这有助于使得从PTC加热元件3传输至热分配体4中的热量流与由热分配体4能够向周围环境和/或还原剂散发的热量流基本一致，由此尤其大大减少了PTC加热元件由于过高温度而“关闭”的风险且能够实现尽可能可靠且均匀的加热功率。

图2以示意性剖视图示出具有备选实施方式的加热设备1的车辆储罐11。该加热设备1与图1中示出的加热设备1基本对应，其中，热分配体4基本上被设计为盆状。

在车辆储罐壳体12的内部区域12中存在还原剂14。在车辆储罐11的底部15区域中设有开口16，通过该开口将加热设备1向内突出地定位在车辆储罐11的内部区域12中。热分配体4具有环绕的类似于凸缘状的接触区域17，该接触区域相对于车辆储罐11的底部15密封地布置在外侧。热分配体4因此将干燥空间18与填充有还原剂14的车辆储罐11的内部区域12分隔开。在干燥空间18中能够容纳用于输送还原剂14的输送模块(未示出)。

热分配体4的导热装置6具有耦合元件8以及两个不同大小的隔热层9b、9c，耦合元件直接布置在PTC加热元件3与热分配体4之间，所述两个隔热层布置在热分配体4的表面上的局部区域中。在此，一个隔热层9b被布置在热分配体4的朝向车辆储罐11的内部区域12的表面上，另一个隔热层9c布置在热分配体4的朝向干燥空间18的表面上。

热分配体4的盆状设计使得能够大面积地传输热量且因此能够实现向还原剂13的较大的热量流，且因此进一步有助于可靠且快速地加热还原剂13。

各单个实施例的不同特征也可以相互组合。图1和图2的实施例尤其并不具有限制性，而是用于阐述发明思想。