CN109996938A - 用于蒸发流体的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于净化排气的装置，该装置具有排气能够穿其而过流动的壳体(1)；具有用于定量投加流体的注射装置(4)，其中，该流体能够定量投加到排气能够穿其而过流动的区域中；并且具有安排在该壳体中的蒸发装置，其中，该蒸发装置具有沿该壳体(1)的主通流方向(2)延伸的多个表面元件(7)，并且该流体能够沿相对于该主通流方向(2)垂直延伸的方向被定量投加，其中，该蒸发装置能够被加热装置(6，10)电加热。本发明还涉及一种用于操作该装置的方法。

Description

用于蒸发流体的装置
技术领域
本发明涉及一种用于净化排气的装置，该装置具有排气能够穿其而过流动的壳体；具有用于定量投加流体的注射装置，其中，流体能够定量投加到排气能够穿其而过流动的区域中；并且具有安排在壳体内的蒸发装置。本发明还涉及一种用于操作该装置的方法。
背景技术
在内燃发动机的排气道中使用不同部件以便实现对内燃发动机的排气尽可能全面的后处理。在这个方面尤其已知的是所谓的SCR系统，其主要用在柴油发动机中，用于转化排气中的氮氧化物。为此目的，流体注入到排气道中以便以此方式触发排气中的氮氧化物转化成氮和水。所谓的SCR(选择性催化还原)系统在现有技术的各种各样的实施例中是已知的。优选地使用尿素水溶液作为流体。
为了确保排气的所述转化，尿素水溶液通常注入到排气道中，其中尿素溶液尤其被喷射到排气道中的结构上，这些结构被排气加热。如果在此实现了某一最小温度，则尿素水溶液开始蒸发，这导致氨的释放，氨进而与氮氧化物反应以形成氮和水。
在迄今为止的现有技术中已知的排气系统中，对用于蒸发的结构的加热是通过来自流动排气的热对流进行的。因此，加热直接取决于排气温度，由此，尤其在冷起动的情况下，尿素水溶液的注射只能在相对较晚阶段开始。并且，在可能导致排气温度不够高的低负荷范围内，可能的情况是在延期之后进行注射或者完全不进行注射。此外，随着排气温度的下降，可能发生次级化学反应，这通常可以使得蒸发元件上或排气道中产生沉积物。沉积物可能导致排气后处理系统的效力受损。
发明内容、问题、解决方案、优点
因此本发明的目的是提供一种排气后处理系统，该排气后处理系统允许优化加热排气道中用于蒸发的结构，其中，特别的目的是确保相对快速地达到蒸发流体所必需的温度。本发明的目的是还提供一种用于操作该装置的方法。
关于该装置的目的通过具有权利要求1的特征的装置得以实现。
本发明的一个示例性实施例涉及一种用于净化排气的装置，该装置具有排气能够穿其而过流动的壳体；具有用于定量投加流体的注射装置，其中，该流体能够定量投加到排气能够穿其而过流动的区域中；并且具有安排在该壳体中的蒸发装置，其中，该蒸发装置具有沿该壳体的主通流方向延伸的多个表面元件，并且该流体能够沿相对于该主通流方向垂直延伸的方向被定量投加，其中，该蒸发装置能够被加热装置电加热。
为了转化排气中包含的氮氧化物，优选地使用尿素水溶液作为流体。尿素水溶液的蒸发导致在排气道中形成氨，这使氨与氮氧化物反应以形成氮和水。
表面元件有利地沿壳体的通流方向延伸。这对于保持排气道中由于表面元件引起的压力损失尽可能低是必要的。这同时使得加热表面元件更加困难，在已知的实施例中，所述加热仅通过来自流动排气的热传递得以实现。
为了确保最快可能加热表面元件，因此，有必要提供附加的热源，这有利地导致加热表面元件，而与实际排气流无关。更快的加热允许在较早阶段开始蒸发流体，该蒸发对于排气后处理装置的操作是必需的，这使得尤其在内燃发动机的冷起动的情况下，可以更快地完成排气后处理。
将流体以直角定量投加或喷射到表面元件上是有利的，这是因为流体由此分布得特别好并且与最大可能反应表面发生接触，由此提高了蒸发。在有利的构型中，表面元件被安排成使得，当从定量投加点观察时，这些表面元件没有定位成彼此直接对准，由此，可以将更远定位的表面元件定位在例如更靠近定量投加点安排的表面元件的阴影中。
特别有利的是，加热装置由呈加热导体形式的电阻加热元件形成。经由电阻加热元件的加热是特别有利的，这是因为其易于实现并且加热元件的成形仅受到很少条件的限制。电阻加热器件在各种各样的应用中是已知的并且可以如此廉价地且可靠地实现。电阻加热元件可以例如由导体形成，电流流经呈电线或蜂窝体形式的导体。表面元件可以以相对于加热导体电绝缘的方式安排，因此，表面元件自身不受电阻加热的影响而被加热。在这种情况下，表面元件的加热通过来自加热导体自身的对流而发生并且其特征在于，流动排气在沿表面元件流动之前就被加热导体加热。
可替代地，还可以将表面元件直接导电连接至加热元件，由此所述表面元件同样通过电阻加热的影响而被加热。
还有利的是，加热装置由一个或多个PTC加热元件形成。PTC(正温度系数)加热元件在现有技术已经熟知。PTC加热元件可以以针对性方式用于通过向其施加电压而加热排气。可以以取决于所选择的材料和施加的电压的方式实现PTC元件预先定义的加热。
还优选的是，表面元件由PTC加热元件形成，这些加热元件从支撑元件突出，能够沿壳体的主通流方向流经该支撑元件。由PTC加热元件自身形成表面元件是有利的，这是因为以此方式能够提供特别紧凑的加热装置。此外，具体情况是，虽然相对较大的加热表面与流动排气接触，但是由于加热装置而使压力损失最小。因为流体直接以直角定量投加到表面元件上，因此通过直接加热表面元件也可以实现独立地蒸发流体，而与排气流的温度无关。这是特别有利的，因为直到达到流体的蒸发温度的加热持续时间是基本上由PTC加热元件的特征如此确定的并且与排气的加热无关。
进一步有利的是，排气阻抗膜缠绕这些PTC加热元件。这对于PTC加热元件避免排气的损坏影响和避免PTC加热元件与流体、转化产品或排气的不希望的化学反应都是有利的。
进一步有利的是，加热装置由加热盘形成，该加热盘沿主通流方向安排在蒸发装置的上游。加热盘是有利的，因为首先排气可以相对不受阻地流经该加热盘，并且其次产生基于体积的用于加热流动的排气流的大表面。有利地，这种加热盘被设计成蜂窝体形式，该蜂窝体具有沿主通流方向延伸的多个流动通道。
还适宜的是，该加热装置具有单个或多个加热导体，该单个或多个加热导体被压入配合到支撑元件上。压入配合的加热导体提供的优点是，加热导体的进程能够自由配置。
进一步有利的是，该加热盘由金属蜂窝体形成，该金属蜂窝体具有沿该壳体的主通流方向延伸的多个流动通道，其中，这些表面元件插入到单独的流动通道中并且沿该壳体的主通流方向从该加热盘突出。
这种构造是有利的，因为这种类型的加热盘易于生产并且能够以各种各样的结构形式生产。由于将表面元件插入到流动通道中，因此可以实现的是，表面元件直接通过物理接触而被伴随地加热。如果加热盘被设计成电阻加热器件的形式并且表面元件被设计成以便不与加热盘电绝缘，则所述表面元件同样通过电阻加热的影响而被伴随地加热。如果提供了电绝缘，则热量通过材料接触从加热盘直接传递到表面元件上。
进一步适宜的是，该加热装置的表面元件被定位在该壳体中，使得能够通过该注射装置来定量投加的流体能够相对于该主通流方向大致垂直地喷射到这些表面元件上。这对于在表面元件上产生最大可能有效表面是有利的，以便可以尽可能完全、尽可能快地蒸发流体。由于垂直喷射，实现了流体沿轴向方向尽可能远的通过排气流散布，并且因此吸收尽可能多的由表面元件发出的热量，以便以此方式蒸发。以明显低于90度的角度喷射导致更多流体在其可以被表面元件蒸发之前由排气流夹带，由此使得排气后处理受损。
通过具有如权利要求10所述的特征的方法，实现了与该方法有关的目的。
本发明的示例性实施例涉及一种方法，其中，检测该排气的温度和/或该蒸发装置的温度并且仅当已经达到所述预先定义的最小温度时以取决于预先定义的最小温度的方式实现定量投加该流体。这对于避免以下情形是有利的，其中流体在极低的温度下(尤其在蒸发温度以下)被定量投加，并且由此流体在排气道保持液体形式。
没有蒸发的流体可能导致排气道的损坏并且更坏的情况是还可以随着排气从排气系统逸出，由此溶液被释放到环境中。此外，在某些操作情况下，排气中的液体成分部分还可以找到它们进入内燃发动机进气系统的方式，由此可能发生对内燃发动机自身的损害。
此外，优选的是，随着降到该最小温度以下，启用该加热装置以便加热该蒸发装置到该最小温度或该最小温度以上。这对于确保总是存在足够温度来蒸发流体是有利的。另外，不能确保充分的排气后处理。
在从属权利要求中以及在以下附图说明中描述了本发明的有利改进。
附图说明
在下文中将基于参照附图的示例性实施例详细解释本发明，在附图中：
图1示出了通过排气道的截面视图，其中，加热装置和蒸发装置沿排气的流动方向安排在第一催化转化器的下游，流体可以喷射到该加热装置和该蒸发装置上，
图2示出了具有多个表面元件的加热盘的透视图，这些表面元件是蒸发元件的一部分并且从加热盘突出，
图3示出了表面元件的详细视图，该表面元件被设计成销的形式并且插入到形成加热盘的蜂窝体的流动通道中，并且
图4示出了加热元件的截面视图，该加热元件呈PTC加热元件的形式，其中，保护膜缠绕加热元件。
具体实施方式
图1示出了通过形成排气道的壳体1的截面。排气能够沿主通流方向2流经壳体1。通过附图标记3，以表示多种可能的催化转化器的方式展示了单个催化转化器3，排气能够流经该单个催化转化器。
加热盘6沿主通流方向2安排在催化转化器3的下游，多个表面元件7以与主通流方向2平行的方式从该加热盘突出。所述表面元件7可以例如由销形成，这些销插入在例如由加热盘的流动通道形成的开口中。表面元件7因此扩大加热表面，由此可以实现更好地且尤其更快地蒸发定量投加的流体。
尿素溶液可以经由侧向地安排在壳体1的外壁上的注射器4而定量投加到壳体1。从那里，尿素溶液成圆锥形地5扩散到壳体1中并且优选地与主通流方向2成直角地撞击到沿主通流方向2延伸的表面元件7上。
表面元件7起扩大加热盘6的加热表面的作用。由于与加热盘6直接接触，所以表面元件7被伴随地加热。
在图1的示例性实施例中，加热盘6经由间隔元件8与催化转化器3间隔开。这只构成了一个有利的实施例。在替代性构型中，还可以用一些其他方式将加热盘(或通常是加热装置)紧固在壳体中。
图2示出了具有多个表面元件7的加热盘6的透视图。在该示例性实施例中，表面元件7呈圆柱形销的形式并且沿加热盘6分布。加热盘6由金属元件形成，该加热盘以曲折的方式缠绕并且能够被电加热。表面元件7还可以具有不同形态。
图3示出了销7的详细视图，该销插入在加热盘6中的一个流动通道9中。在此，加热盘6由上下堆叠的多个平滑层和波纹状层形成为蜂窝体，在平滑层与波纹状层之间形成流动通道9。
优选地，销7被设计成使得它们可以通过精确配合插入到流动通道9中。由于销7与加热盘6之间是直接接触，所以销7通过加热盘6被直接伴随地加热。
图4示出了优选地由PTC加热元件形成的表面元件7。PTC元件10或者简单的加热导体(在替代性实施例中)安排在加热元件的芯部。因此，经由电压的施加，可以实现限定的加热。
在图4的示例性实施例中，膜11缠绕加热元件10，该膜例如保护加热元件10免受穿其而过流动的排气的腐蚀性质的损害或者免受尿素溶液的化学性质的损害。
可以如已经在前图中示出的将此类加热元件10而不是销插入到加热盘中。然而，还可以使用固有不可被加热的支撑元件并且完全通过加热元件10实现加热。
这些单独的示例性实施例的不同特征还可以彼此组合。图1至图4的示例性实施例尤其不具有限制性质、并且用于展示本发明的概念。

Claims (11)

1.一种用于净化排气的装置，该装置具有排气能够穿其而过流动的壳体(1)；具有用于定量投加流体的注射装置(4)，其中，该流体能够定量投加到排气能够穿其而过流动的区域中；并且具有安排在该壳体中的蒸发装置，其特征在于，该蒸发装置具有沿该壳体(1)的主通流方向(2)延伸的多个表面元件(7)，并且该流体能够沿相对于该主通流方向(2)垂直延伸的方向被定量投加，其中，该蒸发装置能够被加热装置(6，10)电加热。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，该加热装置(6)由呈加热导体形式的电阻加热元件形成。
3.如前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，该加热装置由一个或多个PTC加热元件(10)形成。
4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，这些表面元件由PTC加热元件(10)形成，这些加热元件从支撑元件突出，能够沿该壳体(1)的主通流方向(2)流经该支撑元件。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，排气阻抗膜(11)缠绕该PTC加热元件(10)。
6.如前述权利要求之一所述的装置，其特征在于，该加热装置(6)由加热盘(6)形成，该加热盘沿该主通流方向(2)安排在该蒸发装置的上游。
7.如前述权利要求之一所述的装置，其特征在于，该加热装置具有单个或多个加热导体，该单个或多个加热导体被压入配合到支撑元件上。
8.如权利要求6所述的装置，其特征在于，该加热盘(6)由金属蜂窝体形成，该金属蜂窝体具有沿该壳体(1)的主通流方向(2)延伸的多个流动通道(9)，其中，这些表面元件(7)插入到单独的流动通道(9)中并且沿该壳体(1)的主通流方向(2)从该加热盘(6)突出。
9.如前述权利要求之一所述的装置，其特征在于，该加热装置的表面元件(7)被定位在该壳体(1)中，使得能够通过该注射装置(4)来定量投加的流体能够相对于该主通流方向(2)大致垂直地喷射到这些表面元件(7)上。
10.一种用于操作如前述权利要求之一所述的装置的方法，其特征在于，检测该排气的温度和/或该蒸发装置的温度并且仅当已经达到所述预先定义的最小温度时以取决于预先定义的最小温度的方式实现定量投加该流体。
11.一种用于操作如权利要求10所述的装置的方法，其特征在于，随着降到该最小温度以下，启用该加热装置以便加热该蒸发装置到该最小温度或该最小温度以上。
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