用于储存还原剂的罐.pdf

本发明涉及一种用于储存还原剂、尤其是液体还原剂的罐，通过它使内燃机废气中的氮氧化物还原成氮和水，该罐包括外部容器(2)，在其中容纳内部容器(3)，其中在内部容器(3)中容纳加热元件(7)并且通过取出管路(13)可以取出液体还原剂。所述内部容器(3)这样与外部容器(2)连接，使液体还原剂(25)可以从内部容器(3)流到外部容器(2)中。

1.  用于储存还原剂、尤其是液体还原剂的罐，借助该还原剂使内燃机废气中的氮氧化物还原成氮和水，该罐包括一外部容器(2)，在该外部容器中容纳了一内部容器(3)，其中，在该内部容器(3)中容纳了一加热元件(7)，借助一取出装置(13)可以取出所述液体还原剂，其特征在于，所述内部容器(3)与所述外部容器(2)相连接，使得液体还原剂(25)可以从所述内部容器(3)流到所述外部容器(2)中。

2.  如权利要求1所述的罐，其特征在于，在所述内部容器(3)中构造了至少一个通口(5)，通过该通口所述还原剂可以从所述外部容器(2)流到所述内部容器(3)中以及可以从所述内部容器流到所述外部容器中。

3.  如权利要求1或2所述的罐，其特征在于，在所述内部容器(3)上构造了一些导热板(41)，这些导热板伸到外部容器(2)中。

4.  如权利要求1至3中任一项所述的罐，其特征在于，所述至少一个通口(5)在所述内部容器(3)中的设置，使得当所述内部容器(3)被灌充以还原剂直到所述至少一个通口(5)时，所述加热元件(7)完全被还原剂覆盖。

5.  如权利要求1至4中任一项所述的装置，其特征在于，一回流部(29)通到所述内部容器(3)中，通过该回流部回输未被消耗的液体还原剂。

6.  如权利要求1至5中任一项所述的罐，其特征在于，所述内部容器(3)被一构造成漏斗形的元件(51)包围。

7.  如权利要求6所述的罐，其特征在于，所述漏斗形的元件(51)由一具有比所述还原剂小的密度的材料制成。

8.  如权利要求6或7所述的罐，其特征在于，一回流部(29)通到所述外部容器(2)中，使得通过该回流部(29)回输到该罐(1)中的还原剂流到所述漏斗形的元件(51)上。

9.  如权利要求6至8中任一项所述的罐，其特征在于，在所述漏斗形的元件(51)中构造了一环绕的槽(71)，通过所述回流部(29)回输到所述罐(1)中的液体还原剂聚集在该槽中。

10.  如权利要求1至9中任一项所述的装置，其特征在于，在所述外部容器(2)的底部(17)中构造了一池槽(15)。

11.  如权利要求10所述的装置，其特征在于，一个第二取出管路(21)通到所述池槽(15)中，通过该第二取出管路可以从所述外部容器(2)中取出还原剂。

12.  如权利要求1至11中任一项所述的装置，其特征在于，所述取出装置的一个第一取出管路(13)和所述第二取出管路(21)分别在所述加热元件(7)附近通到所述内部容器(3)或所述外部容器(2)中。

13.  如权利要求1至12中任一项所述的装置，其特征在于，在所述第一取出管路(13)中以及在所述第二取出管路(21)中构造了一些节流单元(35，37)。

14.  如权利要求13所述的装置，其特征在于，所述在所述第一取出管路(13)中及在所述第二取出管路(21)中的节流单元(35，37)被协调，使得当不仅在所述内部容器(3)中而且在所述外部容器(2)中都含有还原剂时，同时从所述内部容器(3)及从所述外部容器(2)中取出还原剂。

15.  如权利要求13或14所述的装置，其特征在于，所述节流单元(35，37)被相互协调，使得所述内部容器(3)由于回流的还原剂被灌充直至所述至少一个通口(5)。

用于储存还原剂的罐
技术领域
本发明涉及一种如权利要求1前序部分所述的用于储存还原剂的罐。
背景技术
在内燃机、尤其是在柴油内燃机中由于近年来严格的排放法规也必需减少废气中的氮氧化物成分。为了减少废气中的氮氧化物成分例如进行选择性催化还原，其中，借助于还原剂使氮氧化物还原成氮和水。作为还原剂例如使用水尿素溶液。
还原剂通常储存在罐中，以及通过管路被由罐输送至计量模块，用该计量模块将还原剂喷射到例如排气管中。
目前使用的常见还原剂根据添加的防冻剂而定在—11℃至—40℃的温度范围时冻结。为了能够满足废气组成的要求必需保证，即使在—11℃以下的温度时在可被接收的时间后也提供足够的还原剂。这使得必要时需要融化还原剂。对于载货车例如使用可接通的加热器，该加热器通过内燃机的冷却水来运行。这种可接通的加热器能融化整个罐的内容物。
但是，例如因为在轿车中内燃机和用于还原剂的罐一般在空间上相互远离地分开，难以借助于内燃机冷却水加热用于还原剂的罐。因此在轿车中用电加热罐的有限容积，该有限容积容纳在罐中的分容器中。在目前使用的用于还原剂的罐中通过这种被融化的容积可以行驶直到1000km。在温和的气候区该被融化的分容积还原剂结合使用添加了防冻剂的还原剂被视为足以能保证持续的运行。在此也考虑到，结合有针对性的隔绝和有方向的冻结，罐中的还原剂的凝固可能需要数天。
发明内容
按照本发明的用于储存还原剂的罐包括外部容器，在该外部容器中容纳了内部容器，其中在该内部容器中容纳了加热元件。通过第一取出管路可以从内部容器中取出液体。所述内部容器这样与外部容器连接，使得还原剂可以从内部容器流到外部容器中。
按照本发明构成的罐的优点是，通过该罐提供一种用于储存的罐，借助该罐也能够在温和气候区以外、即在更低的、更长持续的环境温度下使用。如果外部容器和在内部容器中的还原剂冻结了，通过加热元件首先融化内部容器中的还原剂。这种液体进入到外部容器，由此也使在外部容器中含有的已冻结的液体融化。
在优选的实施形式中在内部容器中构成至少一个通口，通过该通口可以使液体从外部容器流到内部容器中以及从内部容器流到外部容器中。在罐运动时已经融化的还原剂穿过所述至少一个通口从内部容器溢出到外部容器中。通过这种溢出的液体来实现在外部容器中含有的已冻结液体的融化。罐的运动例如通过汽车在行驶期间的运动而产生。
为了支持外部容器中的融化过程，在一个实施形式中在内部容器上构造一些伸进外部容器中的导热板。一旦在内部容器中具有比外部容器中更高的温度，通过导热板将热量传递给外部容器中的还原剂。通过这种方式使外部容器中的在这些导热板周围的还原剂也融化。在此所述导热板可以以专业人员公知的任何形式构造。优选地，这些导热板作为肋包围着内部容器。在此导热板可以结构化地或者光滑地构成。
在一个实施形式中所述至少一个通口这样设置在内部容器中，使得在内部容器被灌充以液体，直到所述至少一个通口的时候，加热元件完全被液体覆盖。由此保证，加热元件的热量只传递给液体。由此能够实现更有效的融化，因为热量在液体上的传递比热量在气体上的传递更有效。避免热量由加热元件传递给内部容器中的周围空气。
优选使一个回流部通到内部容器中，通过回流部回输未消耗的液体还原剂。通过回流部回输的液体还原剂同样支持用于储存还原剂的罐中的融化过程。通过内部容器中的所述至少一个通口也使回输的液体还原剂溢出到外部容器中并由此同样支持了外部容器中还原剂的融化。
在另一实施形式中，内部容器被漏斗形构成的元件包围。该漏斗形元件优选由具有比还原剂更低密度的材料制成。由此保证，漏斗形元件浮在还原剂上。制作漏斗形元件的材料优选是导热能力良好的。在漏斗形元件与内部容器之间构造有间隙，通过该间隙使例如通过回流部流到漏斗形元件上的液体还原剂可以沿着内部容器的外壁流动，由此使在外部容器中含有的还原剂融化。通过回流部使例如未消耗的还原剂流回到罐中。为了使漏斗形元件与内部容器之间的间隙保持恒定，使漏斗形元件例如通过导轨可在轴向上运动。该导轨在此构造在例如漏斗形元件的内面上、即面向内部容器。变换地也可以是，漏斗形元件例如通过轴向和/或径向地悬挂在外部容器的内部来被导向。
在一个优选的实施形式中，在漏斗形元件中构造环绕的槽，通过回流部回输的液体首先集聚在该槽中。一旦该槽被充注了液体，液体从该槽中通过漏斗形元件流到外部容器中。通过收集在该槽中的液体使漏斗形元件加热。热量传递给外部容器中的还原剂。通过这种方式附加地支持融化。
在外部容器的底部中优选构造池槽。通过该池槽保证，即使在例如倾斜位置或曲线行驶中在用于储存还原剂的罐倾斜时，仅液体而没有空气被抽吸。为此在一个实施形式中第二取出管路优选通到该池槽中，通过第二取出管路可以从外部容器中取出液体。
用于从内部容器中取出液体的第一取出管路优选通到内部容器的底部附近。由此保证，即使在内部容器中还只含有少量的液体时，也可以从内部容器中取出这些液体。
在一个优选的实施形式中第一取出管路和第二取出管路分别在加热元件的附近通到内部容器或外部容器中。因为还原剂首先在加热元件的紧周围融化，通过这种设置保证，在短时间后就可以通过取出管路从用于储存还原剂的罐中取出液体还原剂。
为了可以从用于储存的罐中取出液体还原剂，第一取出管路和第二取出管路一般与输送泵连接。借助于输送泵通过第一取出管路和第二取出管路从内部容器或外部容器中抽吸液体还原剂。优选在第一取出管路中并且在第二取出管路中构造节流单元。在此这些节流单元优选这样相互协调，使得当内部容器和外部容器中都含有还原剂的时候同时从内部容器和外部容器中取出还原剂。为了能够在冻结后快速融化，优选这样设计这些节流单元，使得由于通过回流部的还原剂回流，内部容器总是被灌充直至所述至少一个通口。
附图说明
在附图中和下面的描述中详细解释本发明的实施例。附图中：
图1示出用于储存还原剂的罐，具有在内部容器中的通口，
图2示出用于储存还原剂的罐，具有在内部容器上的导热板，
图3示出用于储存还原剂的罐，其中内部容器被漏斗形元件包围，
图4示出其中构造有槽的漏斗形元件。
具体实施方式
在图1中示出用于储存还原剂的罐，具有在内部容器中的通口。
按照本发明，在外部容器2和内部容器3中含有还原剂。还原剂例如是水尿素溶液，它作为还原剂使用，用于使氮氧化物还原成氮和水。为此将还原剂在SCR催化器(选择性催化还原)前面喷射到内燃机的废气管中。例如通过计量阀实现还原剂的喷射。在内燃机的高温废气中还原剂蒸发并形成氨，氨集聚在SCR催化器中。在催化器中集聚的氨使废气中含有的氮氧化物转化成基本氮和水蒸汽。在此还原剂储存在按照本发明构造的罐1中。
所述罐1包括外部容器2，在其中容纳了内部容器3。在内部容器3中构造了至少一个通口5，通过该通口，液体可以从内部容器3流到外部容器2中以及从外部容器2流到内部容器3中。在两个相邻的通口5之间在内部容器3的壁中相应保留了一个桥接部6。
为了在温度低于还原剂的凝固温度时也可以取出液体还原剂，在内部容器3中设有加热元件7。该加热元件7优选是电加热元件，但是也可以使用专业人员公知的任何其它加热元件。因此例如可以考虑，例如通过液体实现加热。
所述加热元件7优选设置在内部容器3的底部9附近。在加热元件7附近设置第一取出管路13的抽吸开口11。通过第一取出管路13的抽吸开口11定位在加热元件7附近，使得如果内部容器3和外部容器2中的还原剂已经完全冻结，在短的融化时间后就已经可以取出液体还原剂。抽吸开口11优选还位于内部容器3的底部9附近，由此即使在内部容器3中只还含有少量的还原剂时，也可以从该内部容器中取出还原剂。
按照本发明的用于储存还原剂的罐1优选在汽车中使用。因为汽车运动并由此会使内部容器3和外部容器2中的还原剂运动，因此在外部容器2上构造池槽15。池槽15优选作为隆起成形在外部容器2的底部17中。通过池槽15保证，在极限条件下、例如在汽车的倾斜位置中或在曲线行驶时也不抽吸空气而是抽吸液体还原剂。为此第二取出管路21的抽吸开口19设置在池槽15的区域中。通过第二取出管路21从外部容器2中取出液体还原剂。
特别优选的是，第一取出管路13和第二取出管路21被加热。为此例如使一个加热元件包围第一取出管路13和第二取出管路21。通过加热必要时使取出管路13，21中含有的还原剂融化。此外还融化包围取出管路13，21的还原剂，由此在液体还原剂与罐1中的空气空间33之间不再存在凝固的还原剂。如果从罐中通过取出管路13，21取出还原剂，则不形成在凝固的还原剂层下面的负压。
如图1所示，内部容器3优选伸进池槽15中。通过使加热元件7定位在内部容器3的底部9附近也使第二取出管路21的抽吸开口19位于加热元件7附近。由此保证，不仅第一取出管路13的抽吸开口11而且第二取出管路21的抽吸开口19在短的加热时间后就已经融化。
这样设置内部容器3中的至少一个通口5，使得在内部容器3被灌充还原剂直到所述至少一个通口5时，加热元件7完全被还原剂覆盖。通过至少一个通口5的这种定位，在加热元件7完全被覆盖的时候，热量只传递给还原剂。
为了可以从外部容器2和内部容器3中取出液体还原剂，使第一取出管路13和第二取出管路21与泵23连接。各种任意的、可以输送液体的泵都适合作为泵23。
在温度在还原剂溶点以下时，还原剂凝固。凝固过程在外部容器2的壁上开始并且向外部容器2的内部延续。如果使用水尿素溶液作为还原剂，则尿素溶液在—11℃至—40℃之间的温度范围时凝固。在此该温度取决于，多少防冻剂或哪些防冻剂已经添加到还原剂中。直到还原剂完全凝固一般需要数天。但是为了可以遵守法律上对废气组分的要求，必须在还原剂完全凝固时在内燃机起动后的短时间后就进行废气中的氮氧化物还原。为此必需使还原剂快速融化。在按照唯一附图的视图中，还原剂只部分地凝固。还原剂的凝固区域以附图标记25表示。在加热元件7周围的区域中，还原剂已经融化并因此以液体呈现。还原剂以液体呈现的区域以附图标记27表示。当内部容器3和外部容器2中的还原剂完全凝固时，当通过加热元件7产生热量时，还原剂首先在加热元件7周围开始融化。一旦在加热元件7周围的还原剂融化了，就可以通过抽吸开口11和取出管路13从内部容器3中取出还原剂。
为了加速融化过程，比用于催化还原氮氧化物所需的量大的量的液体还原剂被取出。多余的液体还原剂通过回流部29返回到内部容器3中。通过回流部29返回到内部容器3中的已被加热的液体还原剂在融化凝固的还原剂25时支持加热元件7。通过汽车的运动，返回到内部容器3中的液体还原剂通过至少一个通口5溢出到外部容器2中。这导致在外部容器2中凝固的还原剂25同样开始融化。由于液体还原剂27的溢出运动，在凝固的还原剂25上产生至空气空间33的倾斜的界限面31，该空气空间位于还原剂之上。为了避免在还原剂完全凝固时外部容器2破裂，使外部容器2不完全灌满还原剂，而是总是有小的空气空间33位于还原剂上方。空气空间33一般灌充了环境空气。
由于池槽15靠近加热元件7，因此只要在内部容器3的底部9上的还原剂融化了，在池槽15中的还原剂就开始融化。只要内部容器3中的还原剂融化了，在内部容器3的紧邻周围还原剂也开始融化。只要池槽15中的还原剂融化了并且在外部容器2中的液体还原剂27与空气空间33接触，则液体还原剂27通过抽吸开口19和第二取出管路21被取出。通过第二取出管路21取出的、不必用于催化转换的液体还原剂27也通过回流部29返回到内部容器3中。这在融化凝固的还原剂25时同样支持加热元件7，直到全部还原剂都融化。
在第一取出管路13中构造了第一节流单元35。第二节流单元37包含在第二取出管路21中。通过节流单元35，37使取出管路13，21这样相互协调，使得当不仅在内部容器3而且在外部容器2中都存在液体还原剂27的时候，从两个罐2，3中取出还原剂。在此这样设计第一节流单元35和第二节流单元37，使得内部容器3总是被灌充到直至至少一个通口5。只有当含有的液体少于内部容器3的直到至少一个通口5的下棱边的体积时，内部容器3中的液体水平才进一步下降。
在图2中示出按照本发明构造的用于储存还原剂的罐，其中在内部容器上安置了导热板。
在图2所示的实施形式中，罐1包括容纳在外部容器2中的内部容器3。在内部容器3上构造了导热板41。这些导热板41伸进外部容器2中。如果在内部容器3中的还原剂被加热了，则热量传递到内部容器3的壁上。通过内部容器3的壁使热量传递到导热板41。这些导热板41被加热并且由此将热量传递到在外部容器2中含有的还原剂。这些导热板41例如构造成围绕内部容器3的肋。导热板41的表面可以是光滑的或者结构化的。优选使导热板41的表面结构化，因为这个结构化的表面具有更大的表面积。为了避免还原剂滞留在导热板41的结构中，优选这样构成该结构，使得滞留在导热板41上的还原剂可以从这些导热板上流走。
为了可以从罐1中取出还原剂，在内部容器3中设置取出管路13。该取出管路13首先通到在这里未示出的输送泵并从那里通到一计量阀，通过该计量阀使还原剂计量到SCR催化器中。为了在罐1中的还原剂完全冻结并凝固时，也可以从内部容器3中取出还原剂，使取出管路13被构造成螺旋结构的加热元件7包围。一旦由加热元件7给出热量，该热量也传递到取出管路3内部。由此也使在取出管路13中含有的还原剂融化。
与在图1中所示的实施形式不同的是，在这里所示的实施形式中只设有一个取出管路。为了可以使还原剂从外部容器2流到内部容器3中，在内部容器3的底部9上构造了阀43。该阀43例如是T形阀，当在外部容器2中的施加在阀上的压力大于在内部容器3中的压力时，该阀打开。当外部容器2中的液面高度高于内部容器3中的液面高度时，总是这种情况。
对于在图2中所示的实施形式，也通过已经融化的还原剂的溢出运动来支持在外部容器2中的还原剂的融化。通过内部容器3中的通口可以使加热了的还原剂从内部容器3流到外部容器2中。尤其是当罐1运动时，引起这种流动运动。如果罐1包含在汽车中，例如当汽车在运动时，则总是这种情况。
在图3中示出按照本发明构成的具有漏斗形元件的罐。
在这个实施形式中，也是在内部容器3中的还原剂首先融化。为此在内部容器3中设置了加热元件7。与图2所示的实施形式一样，加热元件7构造成加热螺旋结构并且围绕取出管路13地设置，由此可以使在取出管路13中含有的还原剂通过加热元件7融化。为了支持在外部容器2中凝固的还原剂25的融化过程，使内部容器3被漏斗形元件51包围。漏斗形元件51在在这里所述的实施形式中通过悬挂装置53导引被导向。漏斗形元件51由具有良好导热性的材料制成并且该材料具有比还原剂小的密度。由此保证漏斗形元件51总是浮在还原剂上。即使还原剂凝固了，漏斗形元件51也支撑在凝固的还原剂25上。优选的、用于漏斗形元件51的材料是塑料或优质钢。
为了使漏斗形元件51可以支持融化过程，用于使加热了的还原剂回到罐1中的回流部29设置在漏斗形元件51之上。通过回流部29返回的液体还原剂因此滴到漏斗形元件51上。通过液体还原剂使漏斗形元件51被加热并将热量传递给凝固的还原剂25。凝固的还原剂25在漏斗形元件51的区域中融化。液体还原剂通过漏斗形元件51流出并且通过构造在内部容器3与漏斗形元件51之间的间隙55沿着内部容器3的外壁流到外部容器2中。由此首先是沿着内部容器3的壁的液体还原剂的融化过程得到支持。如果罐1安装在汽车中，通过汽车的运动，液体还原剂27开始运动并由此支持凝固的还原剂25的融化过程。
除了悬挂装置53，也可以附加地使漏斗形元件51在内部容器3中被导向。通过对漏斗形元件51的导向来避免漏斗形元件的倾翻。
在图3中所示的实施形式与图2所示的实施形式一样，同样通过取出管路13取出液体还原剂，该取出管路与泵23连接。由泵23使液体还原剂通过管路57输送到计量阀59，通过该计量阀将还原剂供给到SCR催化器中。由管路57分支出回流部29。通过泵23向着计量阀59被输送的、但是未被计量阀59提供到SCR催化器中的还原剂通过回流部29返回。为了使管路57中的输送压力保持恒定，在回流部29中设有止回阀61。仅当管路57中的压力升高超过止回阀61的打开压力时，该止回阀才打开。
与在图2中所示的实施形式一样，也通过阀43对内部容器3灌充在外部容器2中含有的还原剂，该阀在这里同样构造成T形阀。除了构造成T形阀的阀以外，阀43当然可以使用各种其它的、可以通过外部罐2中的还原剂的静液压力来打开的阀。优选地，不借助外力来操作阀43。
在图4中详细示出漏斗形元件51。
在漏斗形元件51中构造了槽71。在槽71中收集通过回流部29流回到罐中的液体还原剂27。通过在槽27中收集的液体还原剂27来加热漏斗形元件51。因为漏斗形元件51优选由导热能力良好的材料制成，该漏斗形元件将液体还原剂27的热量传递给环境。如果漏斗形元件51现在支撑在凝固的还原剂25上，则该漏斗形元件将液体还原剂27的热量传递给凝固的还原剂25，由此使凝固的还原剂开始融化。由此通过漏斗形元件51支持融化过程。
对于所有在这里所示的实施形式，都通过液体还原剂27的溢出运动来支持在外部容器2中的还原剂的融化过程，其中，液体还原剂27的溢出运动通过罐1的运动而产生。尤其在汽车中使用罐1时，通过汽车的来产生溢出运动。