DE102007050925A1 - Evaporator for exhaust system and assembly, has heating element, evaporator chamber and vapor outlet pipe with vapor outlet opening, where vapor outlet pipe has single vapor outlet opening - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Verdampfer für eine Abgasanlage, mit einem Heizelement, einer Verdampferkammer und einem Dampfaustrittsrohr, das mit mindestens einer Dampfaustrittsöffnung versehen ist. Die Erfindung betrifft auch eine Baugruppe mit einem Abgasrohr und einem solchen Verdampfer.The The invention relates to an evaporator for an exhaust system, with a Heating element, an evaporator chamber and a steam outlet pipe, which is provided with at least one steam outlet opening. The invention also relates to an assembly with an exhaust pipe and such Evaporator.
Der Verdampfer kann dazu verwendet werden, ein Reaktionsmittel in eine Abgasleitung einzubringen, beispielsweise Harnstoff oder Kraftstoff. Auf diese Weise kann im Abgas eine chemische Reaktion hervorgerufen werden, die zur Regeneration von Bauteilen genutzt werden kann, die in der Abgasanlage zur Verringerung der Emissionen angeordnet sind. Ein Beispiel für ein solches Bauteil ist ein Dieseloxidationskatalysator (DOC), ein Partikelfilter oder ein SCR-Katalysator.Of the Evaporator can be used to make a reactant in one Insert exhaust pipe, such as urea or fuel. In this way, caused in the exhaust gas, a chemical reaction which can be used to regenerate components, which are arranged in the exhaust system to reduce emissions. An example for such a component is a Diesel Oxidation Catalyst (DOC) Particulate filter or an SCR catalyst.
Üblicherweise wird zur Einbringung des Reaktionsmittels in das Abgasrohr ein Dampfaustrittsrohr verwendet, welches den im Verdampfer erzeugten Dampf in das Abgasrohr leitet. Dort tritt es aus einer oder mehreren Dampfaustrittsöffnungen aus und vermischt sich mit dem Abgas. Dabei ist es wünschenswert, daß sich der Reaktionsmitteldampf gleichmäßig mit dem Abgas mischt. Es hat sich herausgestellt, daß die aus dem Stand der Technik bekannten Verdampfer in dieser Hinsicht nicht immer zu zufriedenstellenden Ergebnissen geführt haben.Usually is for introduction of the reagent in the exhaust pipe, a steam outlet pipe used, which is the vapor generated in the evaporator in the exhaust pipe passes. There it emerges from one or more steam outlet openings and mixes with the exhaust gas. It is desirable that yourself the reaction vapor evenly with mixes the exhaust gas. It has been found that those of the prior art known evaporator in this regard is not always satisfactory Results led to have.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Verdampfer zu schaffen, der zu einer homogenen Verteilung des eingebrachten Reaktionsmitteldampfes im Abgasstrom führt.The The object of the invention is to provide an evaporator, to a homogeneous distribution of the introduced reactant vapor in the exhaust stream leads.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß bei einem Verdampfer der eingangs genannten Art vorgesehen, daß das Dampfaustrittsrohr einen Außendurchmesser von mindestens 10 mm aufweist. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß eine Vergrößerung des Dampfaustrittsrohres zu einer besseren und gleichmäßigeren Verteilung des Dampfes im Abgas führt. Insofern beschreitet die Erfindung einen Weg, der diametral entgegengesetzt zu den bisherigen Annahmen ist. Bisher wurde davon ausgegangen, daß das Dampfaustrittsrohr mit einem möglichst kleinen Durchmesser ausgeführt sein soll, damit die dadurch hervorgerufene Erhöhung des Abgasgegendrucks möglichst niedrig bleibt. Die Anmelderin hat jedoch herausgefunden, daß der Anstieg des Abgasgegendrucks, der sich bei der Verwendung eines Dampfaustrittsrohres mit vergrößertem Durchmesser ergibt, vernachlässigbar ist, und zwar sowohl vernachlässigbar im Vergleich mit der Erhöhung des Abgasgegendrucks, die sich allein schon aufgrund der Einbringung des Reaktionsmittels in den Abgasstrom ergibt, und auch vernachlässigbar im Verhältnis mit dem Absolutwert des Abgasgegendrucks. Allein durch die Einbringung des Reaktionsmittels und die dadurch ausgelöste Erhöhung der Temperatur des Abgases steigt der Abgasgegendruck, aufgrund des größeren Volumens, das durch die Abgasanlage strömen muß, in der Größenordnung von 7 mbar an. Wird dagegen der Durchmesser des Dampfaustrittsrohres von den bisher üblicherweise verwendeten 7 mm auf 12 mm erhöht, steigt der Abgasgegendruck lediglich um 1 mbar an. Vor diesem Hintergrund können sogar noch größere Durchmesser des Dampfaustrittsrohrs in Betracht gezogen werden, insbesondere im Bereich bis 15 mm.to solution This object is achieved according to the invention at a Evaporator of the type mentioned provided that the steam outlet pipe an outer diameter of at least 10 mm. The invention is based on the knowledge that an enlargement of the Steam outlet pipe to a better and more uniform Distribution of the vapor in the exhaust gas leads. In that sense, the Invention a way that is diametrically opposite to the previous Assumptions is. So far, it was assumed that the steam outlet pipe with one possible small diameter running should be, so that caused thereby increase the exhaust back pressure as possible stays low. However, the Applicant has found that the increase in the Exhaust counterpressure arising when using a steam outlet pipe with enlarged diameter results, negligible is, both negligible in comparison with the increase the exhaust back pressure, which alone due to the introduction of the reaction agent in the exhaust gas stream, and also negligible in relationship with the absolute value of the exhaust backpressure. Alone by the contribution of the reactant and thereby increasing the temperature of the exhaust gas increases the exhaust back pressure, due to the larger volume, by the Flow exhaust system must, in of the order of magnitude from 7 mbar. If, however, the diameter of the steam outlet pipe from the usual used 7 mm increased to 12 mm, the exhaust backpressure only increases by 1 mbar. Against this background can even larger diameter the steam outlet tube are taken into account, in particular in the range up to 15 mm.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß das Dampfaustrittsrohr eine einzige Dampfaustrittsöffnung aufweist, die in der Strömungsrichtung des Abgases betrachtet auf der Rückseite des Dampfaustrittsrohres angeordnet ist. Diese Ausgestaltung beruht auf der Erkenntnis, daß selbst bei vergrößertem Durchmesser des Dampfaustrittsrohres sich „hinter" dem Dampfaustrittsrohr kein solches Totwassergebiet ausbildet, welches eine gute Vermischung des austretenden Dampfes mit dem Abgas beeinträchtigen könnte.According to one embodiment the invention is provided that the steam outlet pipe a single steam outlet that is in the flow direction of the exhaust gas considered on the back the steam outlet pipe is arranged. This embodiment is based on the knowledge that itself at increased diameter the steam outlet pipe is "behind" the steam outlet pipe no such Totwassergebiet trains, which is a good mixing of the exiting steam could interfere with the exhaust gas.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist vorgesehen, daß das Dampfaustrittsrohr zwei Dampfaustrittsöffnungen aufweist, die auf einem Durchmesser liegen, der quer zur Strömungsrichtung des Abgases angeordnet ist, insbesondere senkrecht zur Strömungsrichtung des Abgases. Bei dieser Ausgestaltung wird der Dampf in den Abgasstrom an einer Stelle eingebracht, an der das Abgas aufgrund der notwendigen Umströmung des Dampfaustrittsrohres eine vergleichsweise hohe Strömungsgeschwindigkeit hat. Ferner sind die Dampfaustrittsöffnungen in einem Bereich angeordnet, in welchem sich Abgaswirbel vom Dampfaustrittsrohr ablösen. Auf diese Weise wird der austretende Dampf sehr gut mit dem Abgas vermischt.According to one alternative embodiment provided that the Steam outlet pipe has two steam outlet openings on a diameter arranged transversely to the flow direction of the exhaust gas is, in particular perpendicular to the flow direction of the exhaust gas. In this embodiment, the steam in the exhaust gas stream at a Place introduced at the exhaust gas due to the necessary flow around the Steam outlet pipe a comparatively high flow rate Has. Furthermore, the steam outlet openings are arranged in a region, in which exhaust vortex detach from the steam outlet pipe. On In this way, the exiting steam is very well mixed with the exhaust gas.
Der Durchmesser der Dampfaustrittsöffnungen liegt vorzugsweise in der Größenordnung von 3 bis 4 mm. Dabei wird ein größerer Durchmesser vorzugsweise dann verwendet, wenn lediglich eine einzige Dampfaustrittsöffnung vorgesehen ist, während ein kleinerer Durchmesser dann bevorzugt wird, wenn zwei Dampfaustrittsöffnungen verwendet werden.Of the Diameter of the steam outlet openings is preferably of the order of magnitude from 3 to 4 mm. In this case, a larger diameter is preferably then used if provided only a single steam outlet is while one smaller diameter is preferred when two steam outlets be used.
Die Erfindung schafft auch eine Baugruppe mit einem Abgasrohr und einem solchen Verdampfer, wobei sich das Dampfaustrittsrohr in das Abgasrohr hineinerstreckt und wobei das Verhältnis von Innenquerschnitt des Abgasrohres zu Querschnitt des Dampfaustrittsrohres kleiner als 30:1 ist. Mit „Querschnitt des Dampfaustrittsrohres ist hier des Gesamtquerschnitt des Dampfaustrittsrohes in einem Schnitt senkrecht zu seiner Längsachse gemeint, also die Fläche innerhalb der Außenkontur. Diese Baugruppe beruht auf der Erkenntnis, daß eine Vergrößerung des Querschnitts des Dampfaustrittsrohres im Verhältnis zum Querschnitt des Abgasrohres zu einer besseren Verwirbelung des mit dem Dampfaustrittsrohr in das Abgas eingebrachten Dampfes führt. Erst ab einem bestimmten Mindestquerschnitt des Dampfaustrittsrohres relativ zum Abgasrohr scheint sich das in Dampfform eingebrachte Reaktionsmittel in der gewünschten Weise mit dem Abgas zu vermischen. Dies scheint besonders dadurch begünstigt, daß sich ab einem bestimmten Mindestquerschnitt des Dampfaustrittsrohres eine sogenannte Kármánsche Wirbelstraße ausbildet, die mit ihren gegenläufigen und mit zunehmendem Abstand vom Dampfaustrittsrohr immer breiteren Wirbeln die Vermischung des Reaktionsmittels mit dem Abgas erheblich verbessert. Überraschend ist hierbei die Erkenntnis, daß die an sich zu erwartenden negativen Auswirkungen einer Vergrößerung des Querschnitts des Dampfaustrittsrohres, insbesondere die Erhöhung des Abgasgegendrucks, vernachlässigt werden können.The invention also provides an assembly with an exhaust pipe and such an evaporator, wherein the steam outlet pipe hineinerstreckt into the exhaust pipe and wherein the ratio of the inner cross section of the exhaust pipe to the cross section of the steam outlet pipe is smaller than 30: 1. By "cross-section of the steam outlet pipe is here the total cross section of the steam outlet rotting in a section perpendicular to its longitudinal axis meant, so the Surface within the outer contour. This assembly is based on the finding that an increase in the cross section of the steam outlet pipe in relation to the cross section of the exhaust pipe leads to a better turbulence of the steam introduced into the exhaust gas with the steam outlet pipe. Only from a certain minimum cross section of the steam outlet pipe relative to the exhaust pipe, the introduced in vapor form reactant seems to mix in the desired manner with the exhaust gas. This seems particularly favored by the fact that from a certain minimum cross-section of the steam outlet pipe forms a so-called Kármán vortex street, which significantly improves the mixing of the reaction medium with the exhaust gas with their counter-rotating and with increasing distance from the steam outlet tube ever wider vortices. Surprising here is the knowledge that the expected negative effects of an enlargement of the cross section of the steam outlet pipe, in particular the increase of the exhaust gas back pressure, can be neglected.
Es hat sich herausgestellt, daß eine sehr gute Vermischung des eingebrachten Reaktionsmittels mit dem Abgasstrom dann erreicht wird, wenn das Querschnittsverhältnis kleiner als 20:1 ist, insbesondere in der Größenordnung von 18:1 bis 12:1 liegt. Selbst ein derart großer Querschnitt des Dampfaustrittsrohres im Verhältnis zum Querschnitt des Abgasrohres führt nur zu einer sehr geringen Vergrößerung des Abgasgegendrucks, die aufgrund der mit der verbesserten Vermischung von Reaktionsmittel und Abgas erzielten Vorteile in Kauf genommen wird.It it turned out that one very good mixing of the introduced reagent with the Exhaust gas flow is achieved when the aspect ratio is smaller is 20: 1, in particular of the order of 18: 1 to 12: 1. Even such a big one Cross section of the steam outlet pipe in relation to the cross section of the exhaust pipe only leads at a very low magnification of the Exhaust counterpressure due to the with the improved mixing Reactants and exhaust gas benefits taken into account becomes.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß das Abgasrohr und das Dampfaustrittsrohr einen runden Querschnitt haben und daß das Verhältnis des freien Durchmessers des Abgasrohres im Verhältnis zum Außendurchmesser des Dampfaustrittsrohres kleiner als 6:1 ist, insbesondere in der Größenordnung von 5:1 bis 4:1 liegt. Zu den sich hier einstellenden Vorteilen gelten dieselben Anmerkungen, wie sie oben in Bezug auf die bevorzugten Querschnittsverhältnisse gemacht wurden.According to one embodiment The invention provides that the exhaust pipe and the steam outlet pipe have a round cross section and that the ratio of the free diameter the exhaust pipe in proportion to the outer diameter of the Steam outlet pipe is smaller than 6: 1, in particular of the order of magnitude from 5: 1 to 4: 1. To the here adjusting advantages the same comments apply as above regarding the preferred ones Aspect ratios were made.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß sich das Dampfaustrittsrohr durch das gesamte Abgasrohr hindurch erstreckt. Bisher ist man davon ausgegangen, daß das Dampfaustrittsrohr so kurz wie möglich ausgeführt werden sollte, um eine unnötige Erhöhung des Abgasgegendrucks zu verhindern. Insbesondere wurde das Dampfaustrittsrohr nur bis etwa in die Mitte des Abgasrohres geführt, um dort das Reaktionsmittel mittig in den Abgasstrom einbringen zu können. Es hat sich nun herausgestellt, daß bei einer Verlängerung des Dampfaustrittsrohres die sich ergebenden Vorteile die sich einstellenden Nachteile weit überwiegen. Tatsächlich ergibt sich bei einem verlängerten Dampfaustrittsrohr ein geringfügig erhöhter Abgasgegendruck. Jedoch wurde herausgefunden, daß bei einem „kurzen" Dampfaustrittsrohr sich an der umströmten Stirnseite des Dampfaustrittsrohres, die parallel zur Strömungsrichtung des Abgases ausgerichtet ist, Wirbel bilden, die das eingebrachte Reaktionsmittel zu einer Seite des Abgasrohres hin drängen. Bei einem sich quer durch das Abgasrohr erstreckenden Dampfaustrittsrohres hingegen wird das eingebrachte Reaktionsmittel gleichmäßig in alle Richtungen verwirbelt, so daß es sich über den gesamten Querschnitt des Abgasrohres verteilt.According to one embodiment The invention provides that the steam outlet pipe extends through the entire exhaust pipe. So far you are one of them assumed that the steam outlet pipe as short as possible be executed should be an unnecessary increase Prevent the exhaust back pressure. In particular, the steam outlet tube only led approximately to the middle of the exhaust pipe, there to the center of the reaction medium be able to bring into the exhaust stream. It has now turned out that at an extension the steam outlet tube the resulting benefits which are adjusting Disadvantages far outweigh. Indeed results in a prolonged Steam outlet pipe a little increased Exhaust back pressure. However, it has been found that with a "short" steam exit tube flowed around the Front side of the steam outlet pipe, which is parallel to the flow direction aligned with the exhaust gas, forming vortices that introduced the Push reactant towards one side of the exhaust pipe. at a transversely extending through the exhaust pipe steam outlet pipe however, the introduced reactant becomes uniform in all directions swirled, so that it over the entire cross section of the exhaust pipe distributed.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.advantageous Embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand verschiedener Ausführungsformen beschrieben, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind. In diesen zeigen:The Invention will be described below with reference to various embodiments described in the attached Drawings are shown. In these show:
In
Der
Verdampfer
Der
Außendurchmesser
d des Dampfaustrittsrohres
Im
Betrieb des Verdampfers
In
den
Der
Durchmesser dA der Dampfaustrittsöffnung
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DE102007050925A DE102007050925A1 (en) | 2007-10-23 | 2007-10-23 | Evaporator for exhaust system and assembly, has heating element, evaporator chamber and vapor outlet pipe with vapor outlet opening, where vapor outlet pipe has single vapor outlet opening |
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ID=40490132
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102011008895A1 (en) * | 2011-01-19 | 2012-07-19 | Dif Die Ideenfabrik Gmbh | Exhaust gas treatment device for e.g. cleaning exhaust gases of internal combustion engine of motor car, has rod arranged in device along flow direction prior to feed point and partially transverse to flow direction |
DE102019006499A1 (en) * | 2019-09-16 | 2021-03-18 | Albonair Gmbh | Heated injection nozzle |
-
2007
- 2007-10-23 DE DE102007050925A patent/DE102007050925A1/en not_active Withdrawn
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