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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Verdampfungseinheit zur Erzeugung
eines Ammoniak umfassenden Gasstroms. Eine solche Verdampfungseinheit
findet insbesondere Anwendung zur Bereitstellung gasförmigen Ammoniaks
aus einem Ammoniak-Vorläufer,
insbesondere in flüssiger
und/oder fester Form. Die Erfindung findet insbesondere auch Anwendung
im Rahmen der Abgasnachbehandlung bei Kraftfahrzeugen.
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Insbesondere
bei Dieselverbrennungsmaschinen hat es sich bewährt, dem von der Verbrennungskraftmaschine
erzeugten Abgas Harnstoff in wässriger
Lösung
direkt oder nach einer abgas-externen Hydrolyse Ammoniak zuzugeben.
Hierbei kommt bei bekannten Verfahren ein Hydrolyse-Katalysator
zum Einsatz, an dem aus dem Harnstoff Ammoniak gewonnen wird. Die
wässrige
Harnstofflösung
wird stromauf des Hydrolyse-Katalysators zugegeben, in gasförmigen Zustand überführt und
mit dem Hydrolyse-Katalysator in Kontakt gebracht. Der dabei generierte
Ammoniak reagiert dann beispielsweise mit einem so genannten SCR-Katalysator weiter
stromabwärts
im Abgasstrom mit den dort enthaltenen Stickoxiden zu molekularen
Stickstoff und Wasser.
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Bei
der Verdampfung der wässrigen
Harnstofflösung
ist die Temperaturführung
besonders schwierig. Dies ist gerade unter dem Aspekt zu berücksichtigen,
dass die benötigten
Mengen der Harnstofflösung
einerseits und die verfügbaren
Temperaturen andererseits während
einer mobilen Anwendung stark variieren können. Wird eine Verdampfung nicht
vollständig
erreicht, können
sich Zwischenprodukte bilden, die gegebenenfalls zur Verstopfung
der Verdampfereinheit führen
können.
Derartige, unerwünschte,
Nebenprodukte sind beispielsweise wasserunlösliches Biuret, das sich aus
Isocyansäure
und Harnstoff bildet, und Cyanursäure, welche das Trimerisierungsprodukt
der Isocyansäure
darstellt. Bei der Verdampfung eines Ammoniak-Vorläufers, insbesondere
einer flüssigen
Harnstoff-Wasser-Lösung, wurde
beobachtet, dass die Temperatureinbringung in die Flüssigkeit
sehr schnell über
einen kritischen Temperaturbereich hinweg erfolgen muss, um die
Bildung der genannten unerwünschten,
teilweise nicht mehr entfernbaren, Verbindungen zu vermeiden.
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Es
sind bereits Vorrichtungen zur abgas-externen Verdampfung einer
Harnstoff-Wasser-Lösung beschrieben
worden, allerdings konnten diese bislang zumindest für den Einsatz
im Automobilbereich nicht überzeugen.
Die bekannten Verdampfungsvorrichtungen können hier teilweise nicht die
gewünschte
Vollständigkeit
der Verdampfung über
alle Betriebszustände
und/oder Mengen des zu verdampfenden Ammoniak-Vorläufers garantieren.
Dies trifft insbesondere dann zu, wenn eine hochdynamische Regelung
der Verdampfungseinheit unter Berücksichtigung von Betriebszuständen einer
mobilen Verbrennungskraftmaschine, wie beispielweise einem Diesel-Motor,
gegeben ist.
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Hiervon
ausgehend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die mit Bezug
auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise zu
lösen.
Insbesondere soll eine Verdampfungseinheit angegeben werden, die
ein schnelles und vollständiges
Verdampfen einer Harnstoff-Wasser-Lösung zur Erzeugung eines Ammoniak
umfassenden Gasstroms in exakt vorgegebenen quantitativen Mengen
hochdynamisch bereitstellt. Dabei soll die Verdampfungseinheit kompakt
und einfach aufgebaut sein. Außerdem
wird gewünscht,
dass die Verdampfungseinheit kostengünstig herstellbar ist.
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Diese
Aufgaben werden gelöst
mit einer Verdampfungseinheit gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs
1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Verdampfungs einheit werden in
den abhängig
formulierten Patentansprüchen
angegeben. Die in den abhängig
formulierten Patentansprüchen
einzeln angegebenen Merkmale sind in beliebiger, technologisch sinnvoller,
Weise miteinander kombinierbar und zeigen weitere Ausgestaltungen
der Erfindung auf. Die Erfindung wird zudem durch die Beschreibung,
insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren, weiter charakterisiert
und präzisiert.
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Die
erfindungsgemäße Verdampfungseinheit zur
Erzeugung eines Ammoniak umfassenden Gasstroms weist zumindest auf:
- – ein
Gehäuse,
- – wenigstens
einen mäanderförmigen Strömungskanal
mit einem Einlauf und einem Auslauf, der von einer geschlossenen
Wand begrenzt ist,
- – wenigstens
einen Heizleiter, der zumindest in einem ersten Verdampfungsabschnitt
eines wenigstens einen Strömungskanal
zwischen Gehäuse
und der Wand angeordnet ist und koaxial verläuft.
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Die
Verdampfungseinheit ist bevorzugt sehr kompakt aufgebaut und beispielsweise
Rohr-ähnlicher
Gestalt. Die äußeren Abmessungen
einer solchen Verdampfungseinheit sind beispielsweise eine Länge von
ca. 400 mm und ein Durchmesser im Bereich von 50 mm. Diese Verdampfungseinheit
ist somit insbesondere dazu geeignet, Teil eines Leitungsabschnitts
einer Abgasanlage einer mobilen Verbrennungskraftmaschine und/oder
Teil eines Leitungsabschnitts eines in die Abgasleitung mündenden
Zusatzsystems zu sein.
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Das
Gehäuse
ist regelmäßig mit
einem Stahl-Werkstoff gebildet. Es wird besonders bevorzugt, dass
das Gehäuse
ein Stahlrohr ist. Bei dem Gehäuse
ist nicht zwingend eine Hochtemperatur-Festigkeit und/oder eine
besonders hohe Korrosionsbeständigkeit
erforderlich, weil die Verdampfungseinheit regelmäßig außer halb
der mit Abgas beströmten
und folglich heißen
Bereiche des Abgassystems angeordnet ist.
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Der
Strömungskanal
ist „mäanderförmig” ausgebildet.
Das heißt
zunächst
einmal (nur), dass ein nicht-gradliniger Verlauf des Strömungskanals verwirklicht
ist. Ganz besonders bevorzugt ist, dass der Strömungskanal eine periodische
Verlaufsänderung
um eine zentrale Achse des Strömungskanals bzw.
der Verdampfungseinheit durchführt.
Dieser mäanderförmige Verlauf
wird insbesondere durch einen wellenförmigen Verlauf beschrieben.
Die Anzahl der Strömungskanäle kann
entsprechend den gewünschten
Bedingungen gewählt
werden, bevorzugt ist die Ausgestaltung mit einem einzigen mäanderförmigen Strömungskanal.
Gegebenenfalls ist aber auch möglich,
dass wenigstens ein weiterer (z. B. bei Bedarf hinzu schaltbarer)
Strömungskanal
vorgesehen ist (z. B. für
die Bereitstellung von relativ viel Ammoniakgas).
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Bezüglich des
Einlaufs ist zu erwähnen,
dass dieser regelmäßig mit
einer Pumpe und/oder einen Reservoir verbunden werden kann, also
somit die Einleitung des Ammoniak-Vorläufers (z. B. Harnstoff-Wasser-Lösung) in
die Verdampfungseinheit bzw. in den mäanderförmigen Strömungskanal realisert. Auf der
gegenüberliegenden
Seite ist dann regelmäßig der
Auslass vorgesehen, aus dem (praktisch reines) Ammoniakgas den Strömungskanal
verlasst. Der Strömungskanal
wird regelmäßig von
einer einzelnen, geschlossenen und insbesondere separaten Wand begrenzt.
Die Wand sorgt dafür,
dass der zugeführte
Ammoniak-Vorläufer
vollständig
verdampft wird und am Auslauf wieder austritt.
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Darüber ist
wenigstens ein Heizleiter vorgesehen. Der Heizleiter ist insbesondere
ein elektrischer Heizleiter, der schnell und bedarfsgerecht hohe Temperaturen
erreicht. Bevorzugt ist, dass (nur) ein Heizleiter im Verdampfungsabschnitt
vorgesehen ist, gegebenenfalls kann hier aber auch (für einen
bestimmten Bereich) eine weitere Heizleiteranordnung vorgesehen
sein. Der Heizleiter verläuft
zudem koaxial zum Strömungskanal.
Dabei ist insbesondere gemeint, dass der Heizleiter nach Art von
Schlaufen, einer Wendel oder dergleichen um den Strömungskanal
herum angeordnet ist. Dazu ist der Heizleiter gegebenenfalls mit
einer entsprechenden Strom- bzw. Spannungsversorgung zu versehen.
Demzufolge sind elektrische Anschlüsse an der Verdampfungseinheit
vorzusehen, die gegebenenfalls mit einer geeigneten Steuerung zu
verbinden sind. Der Heizleiter wird dabei unter Strom (zeitweise)
gesetzt und erzeugt aufgrund der Ohmschen Widerstandserwärmung Wärme, die
(mittelbar) auch an den Strömungskanal
bzw. dessen Wand übertragen
wird.
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Dieser
sehr kompakte Aufbau erlaubt durch die Positionierung des Heizleiters
eine schnelle Einbringung der Wärme
und damit eine besonders schnelle Temperaturerhöhung in den mäanderförmigen Strömungskanal,
durch den der Ammoniak-Vorläufer
geleitet wird.
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Besonders
bevorzugt ist in diesem Zusammenhang, dass die geschlossene Wand
mit einem Rohr umfassend Titan gebildet ist. Insbesondere handelt
es sich hierbei um ein im Wesentlichen aus Titan bestehendes Röhrchen (z.
B. größer 90 Gew.-%
Titan), in dessen Wand eine Wellstruktur eingebracht ist, wobei
die Wellstruktur innen und/oder außen vorliegen kann. Das Rohr
wird dabei beispielsweise mit einem Durchmesser kleiner als 6 mm
bereitgestellt.
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Gemäß einer
Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Wand zumindest
teilweise mit einer Hydrolyse-Beschichtung versehen ist. Die Hydroloyse-Beschichtung
ist so ausgeführt, dass
die Hydrolyse von Harnstoff hin zu Ammoniak begünstigt wird. Hierfür können poröse Beschichtungen,
Oxide und/oder Salze eingesetzt werden, Für den Fall, dass die Wand des
Strömungskanals
mit Titan gebildet ist, wird insbesondere die Bereitstellung von
Titanoxid auf der Wand vorgeschlagen, so dass dieses Titanoxid mit
dem Ammoniak-Vorläufer
in Kontakt tritt und die Umwandlung von Harnstoff-Wasser-Lösung zu
Ammoniak begünstigt.
Nur der Vollständigkeit
sei darauf hingewiesen, dass die Hydrolyse-Beschichtung nur in einem
Teil des ersten Verdampfungsabschnitts vorgesehen sein kann.
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Außerdem wird
auch vorgeschlagen, dass der wenigstens eine Heizleiter zumindest
in dem ersten Verdampfungsabschnitt beabstandet zum Gehäuse und
dem wenigstens einen Strömungskanal angeordnet
ist. Das heißt
mit anderen Worten auch, dass Mittel vorgesehen sind, die den Heizleiter
sowohl mit einem Abstand zum Gehäuse
als auch zu dem wenigstens einen Strömungskanal fixieren. Dabei
kann dieser Abstand auch innerhalb eines Verdampferabschnitts in
Strömungsrichtung
des Ammoniak-Vorläufers
variieren; der Heizleiter kann also einmal beispielsweise näher hin
zum Gehäuse
und einmal näher
zum Strömungskanal
positioniert sein. Durch den Abstand des Heizleiters zum Strömungskanal
kann ebenfalls eine gezielte Beeinflussung des Temperaturprofils
im Strömungskanal
vorgenommen werden, wobei gleichzeitig auch eine intensive Verbindung
mit einem der beiden Komponenten verhindert werden kann, was gegebenenfalls
Vorteile bei der Wartung bzw. Instandsetzung solcher Heizleiter bringen
kann.
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Darüber hinaus
wird auch vorgeschlagen, dass zumindest der wenigstens eine Strömungskanal
oder der wenigstens eine Heizleiter in einem, Aluminium umfassenden,
Grundkörper
eingegossen ist. Bevorzugt ist, dass beide Elemente in einem (einzelnen)
Grundköper
vergossen sind. Das Vergießen
von Heizleiter und Strömungskanal
(bzw. die Wand des Strömungskanals)
führt dazu,
dass eine besonders gute Wärmeleitung
vom Heizleiter hin zum Strömungskanal
besteht. Aluminium als Werkstoff für den Grundkörper hat
den Vorteil, dass dieses Material besonders gut zu vergießen ist
und eine ausgezeichnete Wärmeleitfähigkeit
aufweist. Gleichzeitig wird das Gewicht der Verdampfungseinheit
gering gehalten, was im Automobilbau immer eine wichtige Richtgröße ist.
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Der
Grundkörper
kann insbesondere auch als Mittel zur Beabstandung des Heizleiters
vom Gehäuse
und dem Strömungskanal
dienen. Insbesondere ist es möglich,
ein strukturiertes bzw. mäanderförmiges Titanrohr
mit Aluminium, Kupfer und/oder einem anderem wärmeleitfähigen Material mit einem niedrigeren
Schmelzpunkt als Titan zu umgießen (Grundkörper). Dadurch
kann insbesondere wieder ein Rohr-ähnlicher Körper mit einer ”glatten” Außenwand
erzeugt werden. In diese Außenwand
kann dann ein Pfad für
den mindestens einen Heizleiter eingebracht werden, z. B. nach Art
eines Gewindes oder dergleichen. In diesen Pfad (z. B. nach Art
einer Nut) kann nun der Heizleiter positioniert und mit dem Grundkörper verbunden
(z. B. verlötet)
werden.
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Nach
einer Weiterbildung der Verdampfungseinheit ist vorgesehen, dass
zwischen Gehäuse und
dem wenigstens einen Heizleiter zumindest eine thermische Isolierung
positioniert ist. Die thermische Isolierung umfasst insbesondere
ein Material, das die Ausbreitung der Wärme, die von dem Heizleiter
ausgeht, hin zum Gehäuse
behindert (insbesondere im Vergleich zur Wärmeleitung mit dem Grundkörper). Geeignete
Materialien sind hier insbesondere Beschichtungen und/oder separate
Bauteile, die bevorzugt keramische Werkstoffe umfassen. In Kombination
oder alternativ dazu wird vorgeschlagen, Vakuum-Räume vorzusehen,
die ebenfalls eine Ausbreitung der Wärme behindern.
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Darüber wird
als vorteilhaft angesehen, dass die Verdampfungseinheit mit einem
ersten Verdampfungsabschnitt und einem zweiten Verdampfungsabschnitt
ausgebildet ist und zumindest die Anordnung, Anzahl oder Gestalt
von zumindest einem der folgenden Elemente variiert: mäanderförmiger Strömungskanal,
Heizleiter, Wand, Grundkörper,
Isolierung. Ganz besonders bevorzugt ist, dass eine Mehrzahl der
genannten Elemente, insbesondere mindestens drei Elemente ausgehend
vom ersten Verdampfungsabschnitt hin zum zweiten Verdampfungsabschnitt
verschieden ist. Damit ist nicht nur gemeint, dass innerhalb der
Verdampfungsabschnitte eine Veränderung
hinsichtlich Anordnung, Anzahl oder Gestalt der Elemente vorliegt,
vielmehr kann alternativ oder kumulativ in dem Zwischenbereich zwischen den
Verdampfungsabschnitten eine Variation vorgesehen sein. Im Hinblick
auf den mäanderförmigen Strömungskanal
kann insbesondere die Anzahl der zum Einsatz gelangenden Strömungskanäle, die
Verlaufsform, das den Strömungskanal
bildende Material und/oder der Querschnitt des Strömungskanals variiert
werden. Im Hinblick auf den Heizleiter wird beispielsweise die Heizleistung,
die Anzahl der Heizleiter, der Abstand des Heizleiter hin zum Strömungskanal
und/oder zum Gehäuse
und/oder der Steuerung des Heizleiters als variierbar angesehen.
Bezüglich
der Wand sei beispielhaft angeführt,
dass hier Material, Beschichtung und/oder Wanddicke angepasst werden
können.
Der Grundkörper
kann beispielsweise in einem Verdampfungsabschnitt und/oder zwischen
mehreren Verdampfungsabschnitten mit Hohlräumen, zusätzlichen Materialien oder dergleichen
ausgeführt
sein. Auch die Isolierung kann in den Verdampfungsabschnitten selbst und/oder
in den Zwischenräumen
verändert
werden, beispielsweise durch die Anzahl der Isolierschichten und/oder
die hierzu eingesetzten Materialien.
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Des
Weiteren wird auch vorgeschlagen, dass benachbart zum Auslauf des
wenigstens einen Strömungskanals
zumindest ein Reaktorraum mit einer Hydrolyse-Beschichtung vorgesehen ist. Das bedeutet
mit anderen Worten, dass hier bevorzugt eine mindestens zwei-stufige
Hydrolyse innerhalb der Verdampfungseinheit (Abgas extern) durchgeführt wird.
Für den
Fall, dass mehrere Verdampfungsabschnitte vorgesehen sind, kann
in wenigstens einem Verdampfungsabschnitt, bevorzugt aber in allen
Verdampfungsabschnitten und dem Reaktorraum eine Hydrolyse erfolgen.
Der Reaktorraum kann hierzu auch eine vergrößerte Anzahl von Strömungskanälen aufweisen,
beispielsweise durch die Bereitstellung eines darin integrierten
Wabenkörpers.
Ein solcher Wabenkörper
ist insbesondere mit einer Mehrzahl von zumindest teilweise strukturierten
Metallfolien ausgeführt.
Diese Metallfolien sind bevorzugt mit einer Hydrolyse-Beschichtung
versehen. Auch in diesem Zusammenhang kann Titan als wesentlicher Werkstoff
eingesetzt werden.
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Darüber hinaus
wird eine Vorrichtung umfassend zumindest ein Reservoir, eine Dosierpumpe, eine
Verdampfungseinheit der erfindungsgemäßen Art sowie zumindest ein,
die vorstehenden Komponenten zumindest teilweise verbindenden, Leitungsabschnitt
umfasst. Das Reservoir stellt gerade bei Einsatz einer Harnstoff-Wasser-Lösung, ein
Flüssigkeitstank
dar. Die Dosierpumpe, die bevorzugt zwischen Reservoir und Verdampfungseinheit
positioniert ist, kann die Harnstoff-Wasser-Lösung in besonders kurzen Zeiträumen und
mit sehr hoher Genauigkeit zur Verdampfungseinheit zuführen. Der
Leitungsabschnitt ist bevorzugt mit einem Aluminium- und/oder Stahl-Rohr
gebildet. Zusätzlich
kann die Vorrichtung Sensoren und/oder eine (elektrische) Steuerung
und/oder Ventile umfassen.
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Ganz
besonders bevorzugt wird auch ein Kraftfahrzeug mit einer Verbrennungskraftmaschine und
einer Abgasanlage vorgeschlagen, wobei die Abgasanlage zumindest
einen SCR-Katalysatorkörper
aufweist und zwischen der Verbrennungskraftmaschine und dem zumindest
einen SCR-Katalysatorkörper
wenigstens ein Anschluss mit einer Verdampfungseinheit der erfindungsgemäßen Art
oder einer Vorrichtung, wie vorstehend beschrieben, vorgesehen ist,
so dass gasförmiger
Ammoniak so in die Abgasanlage einleitbar ist, dass diese zum zumindest
SCR-Katalysatorkörper strömt. Ganz
besonders bevorzugt ist dabei, dass zwischen dem Auslauf des mäanderförmigen Strömungskanals
bzw., soweit vorhanden, dem Ende des Reaktorraums einerseits und dem
Anschluss bzw. der Abgasanlage andererseits kein weiteres Ventil
vorgesehen ist. Gegebenenfalls kann der Anschluss noch Mittel zur
Verteilung des Ammoniak umfassenden Gasstroms, welcher die Verdampfungseinheit
verlässt
und dem Abgas in der Abgasanlage zugeführt wird, vorgesehen sein.
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Als
SCR-Katalysatorkörper
wird üblicher Weise
ein (keramischer, extrudierter) Wabenkörper eingesetzt, der z. B.
eine SCR-Beschichtung aufweist. Eine solche SCR-Beschichtung ist
bevorzugt vom V2O5/WO3/TiO2-Typ (Vanadiumpentoxid/Wolframtrioxid/Titandioxid).
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Die
Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand
der Figuren näher
erläutert.
Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den Figuren veranschaulichten
Ausführungsvarianten
die Erfindung nicht beschränken
sollen. Für
gleiche Gegenstände
werden in den Figuren auch gleiche Bezugszeichen verwendet. Es zeigen
schematisch:
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1:
eine Ausführungsvariante
einer erfindungsgemäßen Verdampfungseinheit,
-
2:
ein Detail einer weiteren Ausführungsform
einer Verdampfungseinheit, und
-
3:
schematisch den Aufbau eines SCR-Systems bei einem Kraftfahrzeug.
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Die 1 zeigt
in einem Querschnitt eine erste besonders bevorzugte Ausführungsvariante
einer Verdampfungseinheit 1. Die Verdampfungseinheit 1 ist
mit einem rohrförmigen
Gehäuse 3 aus Stahl
außen
begrenzt. In Strömungsrichtung 31 des zu
verdampfenden Fluides (z. B. eine Harnstoff-Wasser-Lösung) ist
die Verdampfungseinheit 1 in drei (3) Teilbereiche unterteilbar,
nämlich
in einen ersten Verdampfungsabschnitt 9, einen zweiten
Verdampfungsabschnitt 15 und einen Reaktorraum 16.
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Zentrales
Bauteil der Verdampfungseinheit 1 ist der zentral angeordnete
mäanderförmige Strömungskanal 4,
der mit einer Wand 7 umfassend ein Rohr 10 aus
Titan begrenzt ist. Mit dem Rohr 10 aus Titan ist in den
beiden Verdampfungsabschnitten 9, 15 ein wellenförmiger Verlauf
des Strömungskanals 4 realisiert.
Dabei tritt insbesondere Harnstoff-Wasser-Lösung in den Einlauf 5 in
flüssiger
Form ein und durchläuft
dann den ersten Verdampfungsabschnitt 9.
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Das
Rohr 10 ist von einem Grundkörper 13 umgeben, der
insbesondere aus einem Aluminium-Werkstoff gebildet ist. Wie das
Rohr 10 aus Titan so ist auch der Heizleiter 8 mit
in den Grundkörper 13 eingegossen.
Der hier zylindrisch ausgeführte Grundkörper 13 erstreckt
sich im Wesentlichen über die
Länge des
ersten Verdampfungsabschnitts 9 und wird außen durch
eine Keramikschicht 32 begrenzt. Die Keramikschicht 32 kann
insbesondere mit einem Keramikpulver ausgeführt sein. Weiter außen, zwischen
der Keramikschicht 32 und dem Gehäuse 3, ist ein zusätzliches
Keramikrohr 33 vorgesehen. Die Keramikschicht 32 und
das Keramikrohr 33 bilden zusammen eine thermische Isolierung 14.
Während
die thermische Isolierung 14 und das Gehäuse 3 sowie das
Rohr 10 aus Titan über
den ersten Verdampfungsabschnitt 9 und den zweiten Verdampfungsabschnitt 15 einteilig
ausgebildet sind, sind in jeweils dem ersten Verdampfungsabschnitt 9 und
dem zweiten Verdampfungsabschnitt 15 jeweils ein separater Grundkörper 13 vorgesehen.
Ebenso sind hier unterschiedliche Heizleiter 8, gegebenenfalls
mit separaten Anschlüssen,
ausgebildet.
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Zwischen
den beiden Grundkörpern 13 ist zudem
ein Spalt 34 vorgesehen, der insbesondere in axialer Richtung
eine thermische Isolierung darstellt. Damit sollen die Temperaturprofile
von erstem Verdampfungsabschnitt 9 und zweitem Verdampfungsabschnitt 15 gegebenenfalls
getrennt voneinander regel- bzw. einstellbar sein. Im Übergangsbereich zwischen
ersten Verdampfungsabschnitt 9 und zweitem Verdampfungsabschnitt 15 ist
auch der Strömungskanal 4 anders
ausgestaltet, hier nämlich
mit einem (verbreiterten, gradlinigen) Übergangsabschnitt 35.
Im ersten Verdampfungsabschnitt 9 und im zweiten Verdampfungsabschnitt 15 ist
ein Abstand 12 zwischen dem Heizleiter 8 und dem
Strömungskanal 4 im
Wesentlichen gleich.
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Im
Bereich des Auslaufs 6 des Strömungskanals 4 weist
der Grundkörper 13 nachfolgend
eine Aufweitung 37 auf, in welche die bis dahin (nahezu) vollständig verdampfte
Harnstoff-Wasserstoff-Lösung
hinein entspannt. Daran anschließend ist ein Reaktorraum 16 ausgebildet,
in dem ein Wabenkörper 36 mit
einer Hydolyse-Beschichtung 11 vorgesehen ist. Das vollständig zu
Ammoniak umgewandelte Gas verlässt
nun die Verdampfungseinheit 1 und kann in die Abgasanlage
strömen.
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Die 2 zeigt
ein Detail einer weiteren Ausführungsform
der Verdampfungseinheit 1 im Teilquerschnitt. Unten in 2 ist
dargestellt, wie der Strömungskanal 4 um
eine zentrale Achse 38 regelmäßig pendelt. Der Strömungskanal 4 hat
dabei einen Durchmesser 39 von beispielsweise 4 mm. Im
Inneren des Strömungskanals 4 bzw.
an dessen Wand 7 ist zudem eine Hydrolyse-Beschichtung 11 vorgesehen.
Der Strömungskanal 4 ist
jedoch in einem Grundköper 13 eingegossen,
in dem auch die Heizleiter 8 nach Art einer wendelförmigen Windung
bereitgestellt sind. Im linken Bereich ist dabei ein Heizleiter 8 angedeutet,
der mit einem bestimmten Abstand 12 zum Strömungskanal 4 positioniert
ist. Weiter rechts sind mehrere, sich teilweise überlagernde, Heizleiter 8,
insbesondere in einer engeren Anordnung zueinander vorgesehen, wobei
hier nun der Abstand 12 hin zum Gehäuse 3 bzw. der thermischen Isolierung 14 vergrößert wurde,
so dass diese Heizleiter 8 näher am Strömungskanal 4 vorgesehen
sind.
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3 zeigt
nunmehr schematisch ein Kraftfahrzeug 21, insbesondere
einen Personenkraftwagen oder einen Lastkraftwagen. Das in der Verbrennungskraftmaschine 22 generierte
Abgas wird nun über
eine entsprechende Abgasanlage 23 gereinigt und an die
Umgebung freigelassen. Dabei durchströmt das Abgas in Strömungsrichtung 31 zunächst einen
katalytischen Konverter 27 (z. B. einen Oxidations-Katalysator),
um weiter stromabwärts
schließlich
auf einen SCR-Katalysatorkörper 24 zu
treffen. Zwischen dem katalytischen Konverter 27 und dem SCR-Katalysatorkörper 24 ist
der Anschluss 25 für die
erfindungsgemäße Verdampfungseinheit 21 vorgesehen,
so dass dort der Ammoniak umfassende Gasstrom 2 eingeleitet
wird. Der mit Ammoniak beströmte
Abgasstrom erreicht dann gegebenenfalls einen Strömungsbeeinflusser 28 (z.
B. einen statischen Mischer), bevor dieses Gemisch den SCR-Katalysatorkörper 24 erreicht.
Der Vollständigkeit
halber sei darauf hingewiesen, dass der SCR-Katalysator im Eintrittsbereich 29 und/oder
im Austrittsbereich 30 mit weiteren Abgasbehandlungskomponenten
versehen sein kann, wie beispielsweise einem Partikelabscheider
im Eintrittsbereich 29 und/oder einem Oxidationskatalysator
im Austrittsbereich 30. Gleichfalls sei darauf hingewiesen,
dass auch andere Abgasbehandlungseinrichtungen in der Abgasanlage 23 vorgesehen
sein können.
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Die
erfindungsgemäße Verdampfungseinheit 1 ist
mm über
mehrere Leitungsabschnitte 20 mit einem Reservoir 18 verbunden.
In dem Reservoir 18 ist beispielsweise flüssige Harnstoff-Wasser-Lösung vorgesehen,
die dann mittels einer Dosierpumpe 19 zeit- und/oder volumengerecht
der Verdampfungseinheit 1 zugeführt wird. Zu diesem Zweck können die
Dosierpumpe 19, die Verdampfungseinheit 1 und/oder
die Verbrennungskraftmaschine 22 mit einer Steuerung 26 (datentechnisch
und/oder wirktechnisch) verbunden sein, um hier eine geregelte Beimengung
von Harnstoff-Wasser-Lösung
zur Verdampfungseinheit bzw. Ammoniakgas zum Abgas zu gewährleisten.
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Nur
der Vollständigkeit
halber sei auch darauf hingewiesen, dass eine Vorrichtung 17 umfassend
wenigstens ein Reservoir 18, ein Leitungsabschnitt 20,
eine Dosierpumpe 19 und eine Verdampfungseinheit 1 in
beliebigen Stückzahlen
auch separat als Komponentensatz mit/oder ohne Steuerung 26 angeboten
werden kann.
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- 1
- Verdampfungseinheit
- 2
- Gasstrom
- 3
- Gehäuse
- 4
- Strömungskanal
- 5
- Einlauf
- 6
- Auslauf
- 7
- Wand
- 8
- Heizleiter
- 9
- erster
Verdampfungsabschnitt
- 10
- Rohr
- 11
- Hydrolyse-Beschichtung
- 12
- Abstand
- 13
- Grundkörper
- 14
- Isolierung
- 15
- zweiter
Verdampfungsabschnitt
- 16
- Reaktorraum
- 17
- Vorrichtung
- 18
- Reservoir
- 19
- Dosierpumpe
- 20
- Leitungsabschnitt
- 21
- Kraftfahrzeug
- 22
- Verbrennungskraftmaschine
- 23
- Abgasanlage
- 24
- SCR-Katalysatorkörper
- 25
- Anschluss
- 26
- Steuerung
- 27
- Katalytischer
Konverter
- 28
- Strömungsbeeinflusser
- 29
- Eintrittsbereich
- 30
- Austrittsbereich
- 31
- Strömungsrichtung
- 32
- Keramikschicht
- 33
- Keramikrohr
- 34
- Spalt
- 35
- Übergangsabschnitt
- 36
- Wabenkörper
- 37
- Aufweitung
- 38
- Achse
- 39
- Durchmesser