DE102008012972A1 - Aqueous solution e.g. urea-water-solution, evaporation unit for use in exhaust gas system of motor vehicle, has heat layer formed outside thermal conductive layer and connected in material fit to thermal conductive layer - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verdampfungseinheit zur Erzeugung eines Gasstroms, welcher einen Reduktionsmittel-Vorläufer wie beispielsweise Harnstoff und/oder ein Reduktionsmittel wie beispielsweise Ammoniak umfasst. 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.The The present invention relates to an evaporation unit for production a gas stream containing a reductant precursor such as For example, urea and / or a reducing agent such as Includes ammonia. Such an evaporation unit finds particular Application for providing gaseous ammonia from a Ammonia precursor, especially in liquid and / or solid form. The invention finds particular application in the context of exhaust aftertreatment in motor vehicles.
Insbesondere bei Diesel-Verbrennungskraftmaschinen 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 stromaufwärts des Hydrolyse-Katalysators zugegeben, in den 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 Stickoxyden zu molekularem Stickstoff und Wasser.Especially In diesel internal combustion engines, it has proven to be the from the internal combustion engine generated exhaust urea in aqueous solution add ammonia directly or after an external gas hydrolysis. In this case, in known processes, a hydrolysis catalyst used, is obtained from the urea ammonia. The aqueous urea solution becomes upstream added to the hydrolysis catalyst, converted to the gaseous state and brought into contact with the hydrolysis catalyst. The generated For example, ammonia reacts with a so-called SCR catalyst further downstream in the exhaust stream with the nitrogen oxides contained there to molecular Nitrogen and water.
Bei der Verdampfung der wässrigen Harnstofflösung ist die Temperaturführung besonders schwierig. Dies gilt insbesondere dann, wenn die benötigten Mengen der Harnstofflösung einerseits und die verfügbaren Temperaturen im Abgas andererseits beispielsweise während einer mobilen Anwendung stark variieren können. Wird eine Verdampfung nicht vollständig erreicht, können sich Zwischenprodukte bilden, die gegebenenfalls zur Verstopfung der Verdampfungseinheit 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 Ammonik-Vorläufers, insbesondere einer flüssigen Harnstoff-Wasserlösung, wurde beobachtet, dass die Temperatureinbringung in die Flüssigkeit sehr schnell über einen kritischen Temperaturbereich hinweg erfolgen muss, um die Bildung der genannten unerwünschten, teilweise nur sehr schwer entfernbaren Verbindungen zu vermeiden.at the evaporation of the aqueous urea solution is the temperature control especially difficult. This is especially true if the required quantities the urea solution on the one hand and the available ones Temperatures in the exhaust on the other hand, for example, during a mobile application can vary greatly. Will not evaporate Completely achieved, can form intermediates, which may cause constipation lead the evaporation unit can. Such undesirable By-products are, for example, water-insoluble biuret, which is made up of isocyanic and urea forms, and cyanuric acid, which is the trimerization product the isocyanic acid represents. In the evaporation of an ammonia precursor, in particular a liquid Urea-water solution, was observed that the temperature introduction into the liquid very quickly over a critical temperature range must be in order to avoid the formation of mentioned unwanted, sometimes difficult to remove connections to avoid.
Es sind bereits Vorrichtungen zur Abgas-Externbehandlung 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 für 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 dies beispielsweise bei einem Diesel-Motor gegeben ist.It Devices for external gas treatment of a urea-water solution are already described but they have been so far, at least for use in the automotive sector, not convincing. The known evaporation devices can not partially here for the desired completeness the evaporation over all operating states and / or quantities of the ammonia precursor to be evaporated. This is especially true when a highly dynamic control the evaporation unit taking into account operating conditions of a mobile internal combustion engine, as for example at a Diesel engine is given.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die mit Bezug auf den Stand der Technik auftretenden 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.Of these, The present invention is based on the object, at least the problems associated with the prior art partially to be solved. In particular, an evaporation unit is to be specified, the a fast and complete Evaporating a urea-water solution to produce an ammonia comprehensive gas flow in exactly given quantitative quantities provides highly dynamic. The evaporation unit should be compact and be simple. Furthermore is desired that the evaporation unit cost can be produced.
Diese Aufgaben werden gelöst mit einer Verdampfungseinheit gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Verdampfungseinheit sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche. 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.These Tasks are solved with an evaporation unit according to the features of the claim 1. Advantageous embodiments of the evaporation unit are the subject the dependent claims. The in the dependent formulated claims individually specified features are in any, technologically more meaningful Way combined with each other and show other embodiments of the invention. The invention will be further understood by the description, in particular in connection with the figures, further characterized and clarified.
Die
erfindungsgemäße Verdampfungseinheit zum
Verdampfen einer wässrigen
Lösung
umfassend mindestens einen Reduktionsmittel-Vorläufer umfasst:
wenigstens
einen Verdampferhohlraum, welcher durch eine Wand aus einem Werkstoff,
umfassend Titan begrenzt ist und
eine außerhalb des Verdampferhohlraums
liegende Wärmevermittlungsschicht
aus einem Werkstoff mit einer Wärmeleitfähigkeit
von mindestens 100 W/mk (Watt pro Meter und Kelvin), die mit dem
Verdampferhohlraum wärmeleitend
verbunden ist. Erfindungsgemäß ist außerhalb
der Wärmevermittlungsschicht eine
Heizschicht ausgebildet, die stoffflüssig mit der Wärmevermittlungsschicht
verbunden ist.The evaporation unit according to the invention for evaporating an aqueous solution comprising at least one reducing agent precursor comprises:
at least one evaporator cavity bounded by a wall of a material comprising titanium, and
a lying outside the evaporator cavity heat transfer layer of a material having a thermal conductivity of at least 100 W / mk (watts per meter and Kelvin), which is thermally conductively connected to the evaporator cavity. According to the invention, a heating layer is formed outside of the heat-transfer layer and is connected to the heat-transfer layer in a material-like manner.
Unter einem Reduktionsmittel-Vorläufer wird hier insbesondere Harnstoff verstanden, bevorzugt Harnstoff in wässriger Lösung. Diese wässrige Lösung kann weitere Inhaltsstoffe, insbesondere weitere Harnstoff-Vorläufer, wie beispielsweise Ammoniumformiat oder ähnliches enthalten. Die erfindungsgemäße Verdampfungseinheit ist insbesondere dazu Teil eines Leitungsabschnitts eines in die Abgasleitung mündenden Zusatzsystems zu sein. Titan als Werkstoff des Verdampferhohlraums weist eine recht schlechte Wärmeleitfähigkeit auf. Um genügend Wärme in das zu verdampfende Fluid einbringen zu können, ist deshalb die Wirmevermittlungsschicht aus einem Werkstoff mit einer Wärmeleitfähigkeit von mindestens 100 Watt/mk, bevorzugt von mehr als 100 Watt pro Meter und Kelvin, insbesondere von mehr als 400 Watt pro Meter und Kelvin ausgebildet. Bevorzugt sind hierbei Wärmevermittlungsschichten aus Kupfer und/oder Aluminium. Die Wärmevermittlungsschicht kann insbesondere gut vergossen werden, so dass der Verdampferhohlraum im Inneren der Wärmevermittlungsschicht eingegossen ist. Unter einer wärmeleitenden Verbindung zwischen Wärmevermittlungsschicht und Verdampferhohlraum wird insbesondere verstanden, dass der Verdampferhohlraum in innigem Kontakt mit der Wärmevermittlungsschicht ist, so dass konduktive Wärmeleitung zwischen der Vermittlungsschicht und dem Verdampferhohlraum stattfinden kann. Durch die außerhalb der Wärmevermittlungsschicht ausgebildete Heizschicht erfolgt im Betrieb die Aufheizung der Wärmevermittlungsschicht. Durch die Wärmevermittlungsschicht wird gleichzeitig auch der Verdampferhohlraum und das im Inneren dieses Verdampferhohlraums vorliegende Fluid beheizt. Durch den Kontakt der Harnstoff-Wasser-Lösung mit der Wand des Verdampferhohlraums wird die Harnstoff-Wasser-Lösung erwärmt und verdampft. Der Dampf kann dann weiter erhitzt werden, wobei es bereits insbesondere aufgrund der Bildung von Titanoxiden auf der Oberfläche der Wand zu einer teilweisen Umsetzung des Harnstoffs zu Ammoniak kommt.Under a reducing agent precursor is understood in particular urea, preferably urea in aqueous solution. This aqueous solution may contain further ingredients, in particular further urea precursors, such as, for example, ammonium formate or the like. The evaporation unit according to the invention is in particular to be part of a line section of an auxiliary system opening into the exhaust line. Titanium as Material of the evaporator cavity has a very poor thermal conductivity. In order to be able to introduce enough heat into the fluid to be evaporated, the heat transfer layer is therefore made of a material having a thermal conductivity of at least 100 watts / mk, preferably more than 100 watts per meter and Kelvin, in particular more than 400 watts per meter and Kelvin educated. Heat transfer layers made of copper and / or aluminum are preferred here. In particular, the heat-transfer layer can be well potted, so that the evaporator cavity is embedded in the interior of the heat-transfer layer. A heat-conducting connection between the heat-transfer layer and the evaporator cavity is understood in particular to mean that the evaporator cavity is in intimate contact with the heat-transfer layer, so that conductive heat conduction can take place between the network layer and the evaporator cavity. By heating layer formed outside the heat-transfer layer, the heating of the heat-transfer layer takes place during operation. The heat-transfer layer simultaneously heats the evaporator cavity and the fluid inside this evaporator cavity. By the contact of the urea-water solution with the wall of the evaporator cavity, the urea-water solution is heated and evaporated. The steam can then be heated further, wherein partial conversion of the urea to ammonia occurs, in particular due to the formation of titanium oxides on the surface of the wall.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verdampfungseinheit weist die Wärmevermittlungsschicht mindestens eine außenseitig umlaufende Ausnehmung auf, in die mindestens ein Heizleiter eingelegt und mit der Wärmevermittlungsschicht verlötet ist.According to one advantageous embodiment of the evaporation unit according to the invention has the heat transfer layer at least one outside circumferential recess, in which at least one heating element inserted and with the heat transfer layer soldered is.
Bevorzugt ist hierbei, dass die Wärmevermittlungsschicht außenseitig eine gewindeartige Ausnehmung aufweist, in die ein Heizleiter oder mehrere Heizleiter, um die Wärmevermittlungsschicht umlaufend auf die Wärmevermittlungsschicht aufgewickelt werden. So kann eine sehr gleichmäßige Beheizung der Wärmevermittlungsschicht erfolgen.Prefers Here is that the heat-transfer layer externally has a thread-like recess into which a heating element or several heating conductors, circulating around the heat-transfer layer wound up on the heat-transfer layer become. So can a very uniform heating of the heat-transfer layer respectively.
Bevorzugt ist hierbei eine Ausgestaltung, bei der mindestens zwei Verdampfungsabschnitte und entsprechend zwei Heizzonen in der Heizschicht ausgebildet sind. Dies bedeutet, dass in den Teilbereichen die Heizschicht so ausgebildet ist, dass die Teilbereiche getrennt voneinander betrieben werden können. So ist es insbesondere möglich, in einem ersten Teilbereich die Heizschicht, und damit die Verdampfungseinheit, bei einer ersten Temperatur von beispielsweise 150 bis 180°C und in einem zweiten Teilbereich bei einer deutlich höheren Temperatur wie beispielsweise 350 bis 380°C zu betreiben. Diese Ausbildung in mehreren Teilbereichen kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass zwei Heizleiter in die Ausnehmung gewickelt werden, wobei ein erster Heizleiter die erste Heizzone und ein zweiter Heizleiter die zweite Heizzone bildet.Prefers Here is an embodiment in which at least two evaporation sections and accordingly two heating zones are formed in the heating layer. This means that the heating layer is formed in the partial areas is that the sections can be operated separately. So is it possible in particular in a first subregion the heating layer, and thus the evaporation unit, at a first temperature of for example 150 to 180 ° C and in a second portion at a significantly higher temperature such as 350 to 380 ° C to operate. This training in several areas, for example be achieved by two heat conductors in the recess be wound, wherein a first heating conductor, the first heating zone and a second heating conductor forms the second heating zone.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verdampfungseinheit umfasst die Heizschicht mindestens einen selbstregelnden Heizwiderstand. Unter einem selbstregelnden Heizwiderstand wird insbesondere ein PTC-Widerstand (PTC, positive temperature coefficient) verstanden. Hierunter wird ein positiver Temperatur-Koeffizient verstanden, der den Heizleiter selbstregelnd um eine Solltemperatur arbeiten lässt. Solche selbstregelnden Heizwiderstände werden beispielsweise aus Keramik-Materialien wie beispielsweise Bariumtitanat-Keramiken und/oder dotierte Polymere aufgebaut. Solche selbstregelnden Heizwiderstände erlauben eine einfache Ansteuerung der erfindungsgemäßen Verdampfungseinheit, weil dadurch die Regelung auf einfache Art und Weise durch den Heizwiderstand selber erfolgt.According to one further advantageous embodiment of the evaporation unit according to the invention the heating layer comprises at least one self-regulating heating resistor. Under a self-regulating heating resistor is in particular a PTC resistor (PTC, positive temperature coefficient) understood. Below this is a positive temperature coefficient understood that the heating conductor selbstregelnd to work at a setpoint temperature. Such self-regulating heating resistors are made of ceramic materials such as Barium titanate ceramics and / or doped polymers constructed. Such self-regulating heating resistors allow easy control of the evaporation unit according to the invention, because thereby the regulation in a simple manner by the heating resistor yourself.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verdampfungseinheit weist die Heizschicht eine innere und äußere Kontaktschicht auf, zwischen der der selbstregelnde Heizwiderstand ausgebildet ist.According to one further advantageous embodiment of the evaporation unit according to the invention the heating layer has an inner and outer contact layer between the self-regulating heating resistor is formed.
Über die innere und äußere Kontaktschicht kann der selbstregelnde Heizwiderstand auf einfache Art und Weise elektrisch kontaktiert und betrieben werden. Durch eine vollflächige Verbindung zwischen den Kontaktschichten und dem selbstregelnden Widerstand können geringe elektrische Widerstände in den Kontaktschichten erreicht werden, so dass diese nicht selbst aufgrund der Ohmschen Wärme signifikant erhöhte Temperaturen aufweisen. Bevorzugt liegt die innere Kontaktschicht zwischen dem selbstregelnden Heizwiderstand und der Wärmevermittlungsschicht, während die äußere Kontaktschicht auf der entgegengesetzten Seite des selbstregelnden Heizwiderstands ausgebildet ist.About the inner and outer contact layer can the self-regulating heating resistor in a simple manner electrically be contacted and operated. Through a full-surface connection between the contact layers and the self-regulating resistor can low electrical resistance be reached in the contact layers, so that these are not themselves due to the ohmic heat significantly increased Have temperatures. Preferably, the inner contact layer is located between the self-regulating heating resistor and the heat transfer layer, while the outer contact layer the opposite side of the self-regulating heating resistor is trained.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verdampfungseinheit ist die Wärmevermittlungsschicht aus einem Werkstoff, umfassend mindestens eines der folgenden Materialien, aufgebaut:
- a) Kupfer;
- b) Aluminium.
- a) copper;
- b) aluminum.
Kupfer und/oder Aluminium haben sich als vorteilhaft erwiesen. Zum einen weisen sie genügend hohe Wärmeleitfähigkeiten von über 200 Watt/mK im Falle von Aluminium und von über 400 Watt/mK im Falle von Kupfer auf. Weiterhin können diese Materialien und ihre Legierungen auf einfache Arte und Weise mit dem Verdampfungshohlraum aus Titan vergossen werden. Weiterhin erlauben diese Werkstoffe eine Bearbeitbarkeit ihrer Außenfläche, die eine beliebige Formgebung der Wärmevermittlungsschicht im außenseitigen Bereich, beispielsweise durch Einbringen von Ausnehmungen oder ähnliches ermöglicht.Copper and / or aluminum have proven to be advantageous. On the one hand, they have sufficiently high thermal conductivities of over 200 watts / mK in the case of aluminum and over 400 watts / mK in the case of copper. Furthermore, these materials and their alloys can be applied to simple species and Be potted with the evaporation cavity of titanium. Furthermore, these materials allow machinability of their outer surface, which allows any shaping of the heat-transfer layer in the outside area, for example by introducing recesses or the like.
Zudem können Heizleiter auf einfache Art und Weise mit Kupfer und/oder Aluminium oder deren Legierungen verlötet werden, insbesondere hartverlötet („brazed”) oder weichverlötet („soldered”). Dies sind die gängigen stoffschlüssigen Verbindungsverfahren zwischen Heizschicht und Wärmevermittlungsschicht, die grundsätzlich im Rahmen dieser Erfindung in vorteilhafter Weise eingesetzt werden können, um die Heizschicht mit der Wärmevermittlungsschicht zu verbinden.moreover can Heating conductor in a simple way with copper and / or aluminum or their alloys soldered be, especially brazed ("Brazed") or weichverlötet ( "Soldered"). This are the common ones cohesive Connection method between heating layer and heat-transfer layer, the in principle be used in the context of this invention in an advantageous manner can, around the heating layer with the heat-transfer layer connect to.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verdampfungseinheit umfasst der Verdampferhohlraum einen Kanal.According to one further advantageous embodiment of the evaporation unit according to the invention the evaporator cavity comprises a channel.
Hierbei wird die wässrige Lösung in ein eingangsseitiges Ende des Kanals gefordert, wo diese durch den Kontakt mit den beheizten Wänden des Kanals verdampft. Die verdampfte wässrige Lösung durchströmt den Kanal zu einem endseitigen Abschnitt, an dem der Dampf den Verdampferhohlraum verlässt. Durch die Ausgestaltung der Wände des Verdampferhohlraums aus Titan bilden sich auf diesen Titanoxide, die eine Hydrolyse des Reduktionsmittel-Vorläufers zu Reduktionsmittel und insbesondere des Harnstoffs zu Ammoniak katalysieren. So kommt es bereits während des Durchquerens des Verdampfers zu einer zumindest teilweisen Hydrolyse des Reduktionsmittel-Vorläufers zu Reduktionsmittel. Der Dampf, welcher den Verdampfungshohlraum verlässt, enthält in vorteilhafter Weise also Reduktionsmittel und insbesondere Ammoniak. Der Kanal kann gewunden und insbesondere mäanderfömig d. h. insbesondere mit mindestens zwei Richtungsänderungen ausgebildet sein. Weiterhin kann ein gerader Kanal ausgebildet sein. Zusätzlich können Strukturen ausgebildet sein, die in den Kanal hinein ragen. So wird in vorteilhafter Weise vermieden, dass Tropfen der wässrigen Lösung ohne zu verdampfen durch den Verdampfer durchtreten. Im Falle eines Kanals ist insbesondere die Wärmevermittlungsschicht und/oder die Heizschicht konzentrisch oder koaxial zum Kanal ausgebildet.in this connection becomes the watery solution demanded in an input-side end of the channel, where this through the contact with the heated walls the channel evaporates. The evaporated aqueous solution flows through the channel to an end portion where the steam leaves the evaporator cavity. By the design of the walls of the evaporator cavity of titanium form on these titanium oxides, a hydrolysis of the reducing agent precursor to reducing agent and especially the urea to catalyze ammonia. That's why already during traversing the evaporator to at least partial hydrolysis of the reducing agent precursor to reducing agent. The steam, which the evaporation cavity leaves, contains in an advantageous manner, therefore, reducing agent and in particular ammonia. The channel can meandered and in particular meandering d. H. especially with at least two changes of direction be educated. Furthermore, a straight channel can be formed. additionally can structures be formed, which protrude into the channel. So will be more advantageous Way, avoid dropping the aqueous solution without evaporating through pass through the evaporator. In the case of a channel is particular the heat transfer layer and / or the heating layer is formed concentrically or coaxially with the channel.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verdampfungseinheit weist der Verdampferhohlraum eine Eingangsöffnung für die Zufuhr einer wässrigen Lösung auf, die gegenüber eines Teils der Wand des Verdampferhohlraums ausgebildet ist.According to one further advantageous embodiment of the evaporation unit according to the invention the evaporator cavity has an inlet opening for the supply of an aqueous solution on, the opposite a part of the wall of the evaporator cavity is formed.
Das bedeutet, dass im Betrieb durch die Eingangsöffnung eintretende wässrige Lösung auf die gegenüberliegende beheizte Wand des Verdampferhohlraums auftrifft. Hierdurch kommt es zu einer Verdampfung der wässrigen Lösung. Die Eingangsöffnung kann zusätzlich eine Tropfenzugabe aufweisen, die geeignet ist, wässrige Lösungen zumindest teilweise in Tropfenform auf einen Teil der Wand des Verdampferhohlraums aufzugeben.The means that in operation entering through the inlet opening aqueous solution the opposite heated wall of the evaporator cavity impinges. This comes it evaporates the aqueous Solution. The entrance opening can additionally have a dropper addition which is suitable at least for aqueous solutions partially in drop form on a part of the wall of the evaporator cavity give up.
Diese Tropfenzugabe kann insbesondere eine Düse umfassen, die die wässrige Lösung einsprüht. Alternativ oder zusätzlich kann hier auch eine Kapillare ausgebildet sein, bei der durch Ablösen vom Kapillarrand Tropfen in den Verdampferhohlraum eintropfen.These Drop additive may in particular comprise a nozzle which sprays the aqueous solution. alternative or additionally Here, too, a capillary can be formed, in which by detachment from Drop capillary drops into the evaporator cavity.
Besonders bevorzugt umfasst die Tropfenzugabe eine Düse und insbesondere eine Zerstäuberdüse mittels der die wässrige Lösung in Tropfenform in den Verdampferhohlraum eingetragen wird. Hierdurch wird eine gute Verteilung der wässrigen Lösung auf verschiedene Bereiche der Wand des Verdampferhohlraums erreicht, so dass es nicht zu einer übermäßigen lokalen Abkühlung von Teilbereichen der Wand des Verdampferhohlraums kommt.Especially Preferably, the drop addition comprises a nozzle and in particular a spray nozzle by means the watery one solution is entered in the form of droplets in the evaporator cavity. hereby will be a good distribution of the aqueous solution reached to different areas of the wall of the evaporator cavity, so that it does not become an excessive local Cooling comes from portions of the wall of the evaporator cavity.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Tropfenzugabe geeignet, mindestens einen Tropfenstrahl auf einen Teil der Wand des Verdampferhohlraums aufzugeben.According to one further advantageous embodiment, the drop addition is suitable at least one droplet jet on a part of the wall of the evaporator cavity give up.
Ein Tropfenstrahl besteht zumindest teilweise aus Tropfen der wässrigen Lösung, die bevorzugt verschiedene Volumina aufweisen können. Durch eine solche Tropfenzugabe ist eine gute Verteilung der wässrigen Lösung auf der Wand des Verdampferhohlraums möglich.One Droplet consists at least partially of drops of the aqueous Solution, which may preferably have different volumes. By such a drop addition is a good distribution of watery solution possible on the wall of the evaporator cavity.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verdampfungseinheit ist der Verdampferhohlraum zumindest in Teilbereichen, zulaufend ausgebildet. Dies bedeutet, dass sich ein freier Radius im Inneren des Verdampferhohlraums in zumindest eine Richtung verkleinert. Bevorzugt ist hierbei eine trichterförmige oder kegelförmige Ausgestaltung des Verdampferhohlraums, zumindest in mindestens einem Teilbereich. Auch eine kegelstumpfförmige Ausgestaltung ist möglich und erfindungsgemäß.According to one further advantageous embodiment of the evaporation unit according to the invention is the evaporator cavity, at least in some areas, tapered educated. This means that there is a free radius inside the evaporator cavity is reduced in at least one direction. Prefers Here is a funnel-shaped or cone-shaped Embodiment of the evaporator cavity, at least in at least one Subarea. Also, a frusto-conical configuration is possible and according to the invention.
Durch die zulaufende Ausbildung des Verdampferhohlraums zumindest in Teilbereichen, erhöht im Betrieb die Kontaktmöglichkeit der in den Verdampferhohlraum eingebrachten Tropfen. Der zulaufende Teilbereich wirkt als eine Art Tropfenfänger, der dafür sorgt, dass die entsprechenden Tropfen der wässrigen Lösung sicher mit der Wand in Kontakt kommen.By the converging formation of the evaporator cavity, at least in some areas, elevated in operation the possibility of contact the introduced into the evaporator cavity drops. The incoming one Subregion acts as a kind of drip that ensures that the appropriate drops of the aqueous solution safely with the wall in Come in contact.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verdampfungseinheit ist ein Hydrolysekatalysatorkörper stromabwärts des Verdampferhohlraums ausgebildet.According to another advantageous embodiment Design of the evaporation unit according to the invention, a hydrolysis catalyst body is formed downstream of the evaporator cavity.
Der Hydrolysekatalysatorkörper weist eine Hydrolysekatalysatorbeschichtung auf, die die Hydrolyse von Harnstoff zu Ammoniak katalysiert Dies erhöht den Anteil von Ammoniak deutlich, insbesondere kann so ein Gasstrom erzeugt werden, im dem 90% und mehr des eingesetzten Harnstoffs zu Ammoniak umgesetzt wurden, insbesondere sogar von mehr als 95%, besonders bevorzugt mehr als 98%.Of the Hydrolysekatalysatorkörper has a hydrolysis catalyst coating, which is the hydrolysis catalyzed by urea to ammonia This increases the proportion of ammonia clearly, in particular, such a gas flow can be generated in which 90% and more of the urea used have been converted to ammonia, in particular even more than 95%, more preferably more than 98%.
Weiterhin wird eine Vorrichtung vorgeschlagen, die neben einer erfindungsgemäßen Verdampfungseinheit ein Reservoir und eine Pumpe umfasst, die zumindest teilweise durch einen verbindenden Leitungsabschnitt verbunden sind.Farther a device is proposed which, in addition to an evaporation unit according to the invention a reservoir and a pump, at least partially through a connecting line section are connected.
Durch eine solche Vorrichtung ist es möglich, eine kompakte Vorrichtung zur Bereitstellung von Ammoniak darzustellen.By Such a device makes it possible to have a compact device for the provision of ammonia represent.
Weiterhin wird ein Kraftfahrzeug mit einer Verbrennungskraftmaschine und einer Abgasanlage vorgeschlagen, bei dem die Abgasanlage zumindest einen SCR-Katalysatorkörper aufweist und zwischen der Verbrennungskraftmaschine und dem zumindestens einen SCR-Katalysatorkörper wenigstens ein Anschluss mit einer erfindungsgemäßen Verdampfungseinheit oder einer erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehen ist, so dass gasförmiges Reduktionsmittel und/oder ein gasförmiger Reduktionsmittel-Vorläufer so in die Abgasanlage einleitbar sind, dass dieses bzw. dieser zu dem mindestens einen SCR-Katalysator strömt.Farther is a motor vehicle with an internal combustion engine and a Exhaust system proposed in which the exhaust system at least one SCR catalyst body has and between the internal combustion engine and that at least an SCR catalyst body at least one connection with an evaporation unit according to the invention or a device according to the invention is provided so that gaseous Reducing agent and / or a gaseous reducing agent precursor so are introduced into the exhaust system, that this or this to the at least one SCR catalyst flows.
Die für die Verdampfungseinheit offenbarten Details und Vorteile sind auf die entsprechende Vorrichtung und das Kraftfahrzeug übertrag- und anwendbar und umgekehrt.The for the Evaporation unit disclosed details and benefits are on the corresponding device and the motor vehicle transferable and applicable and vice versa.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der beigefügten Figuren näher erläutert, ohne dass sie auf die dort gezeigten Details und Ausführungsbeispiele beschränkt wäre. Es zeigen schematisch:in the The invention is explained in more detail below with reference to the attached figures, without that it would be limited to the details and embodiments shown there. Show it schematically:
Durch
Oxidation mit Luftsauerstoff bildet sich auf der inneren Oberfläche der
Wand
Im
Betrieb der Verdampfungseinheit
Die
verdampfte Harnstoff-Wasser-Lösung mit
Anteilen von Ammoniak verlässt
den Kanal durch den Auslauf
Außerhalb
der Heizschicht
Die
Die
erfindungsgemäße Verdampfungseinheit
Die
Dosierpumpe
Nur
der Vollständigkeit
halber sei auch darauf hingewiesen, dass eine Vorrichtung
Die
erfindungsgemäße Verdampfungseinheit
- 11
- VerdampfungseinheitEvaporation unit
- 22
- Verdampferhohlraumevaporator cavity
- 33
- Kanalchannel
- 44
- Wandwall
- 55
- WärmevermittlungsschichtHeat network layer
- 66
- Heizschichtheating layer
- 77
- Heizleiterheating conductor
- 88th
- erster Verdampfungsabschnittfirst Evaporation section
- 99
- zweiter Verdampfungsabschnittsecond Evaporation section
- 1010
- Spaltgap
- 1111
- Einlaufenema
- 1212
- Zwischenstückconnecting piece
- 1313
- Auslaufoutlet
- 1414
- Reaktionszonereaction zone
- 1515
- HydrolysekatalysatorkörperHydrolysekatalysatorkörper
- 1616
- Einlaufkonusintake cone
- 1717
- Wabenkörperhoneycombs
- 1818
- Hydrolysebeschichtunghydrolysis coating
- 1919
- thermische Isolierungthermal insulation
- 2020
- Keramikschichtceramic layer
- 2121
- Keramikrohrceramic tube
- 2222
- Strömungsrichtungflow direction
- 2323
- zentrale Achsecentral axis
- 2424
- Durchmesserdiameter
- 2525
- Abstanddistance
- 2626
- Gehäusecasing
- 2727
- Kraftfahrzeugmotor vehicle
- 2828
- VerbrennungskraftmaschineInternal combustion engine
- 2929
- Abgasanlageexhaust system
- 3030
- katalytischer Konvertercatalytic converter
- 3131
- SCR-KatalysatorkörperSCR catalyst body
- 3232
- Anschlussconnection
- 3333
- Ammoniakhaltiger Gasstromammoniacal gas flow
- 3434
- StrömungsbeeinflusserFlow influencer
- 3535
- Eintrittsbereichentry area
- 3636
- Austrittsbereichexit area
- 3737
- Leitungsabschnittline section
- 3838
- Reservoirreservoir
- 3939
- Dosierpumpemetering
- 4040
- Steuerungcontrol
- 4141
- Vorrichtungcontraption
- 4242
- Wandaufbauwall construction
- 4343
- Eingangsöffnungentrance opening
- 4444
- Röhrchentube
- 4545
- Tropfendrops
- 4646
- Vorsprunghead Start
- 4747
- zulaufender Teilbereichtapering subregion
- 4848
- öffnender Teilbereichopening subregion
- 4949
- innere Kontaktschichtinner contact layer
- 5050
- selbstregelnder Heizwiderstandself-regulating heating resistor
- 5151
- äußere Kontaktschichtouter contact layer
- 5252
- Ausnehmungrecess
- 5353
- Düsejet
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2008
- 2008-03-06 DE DE102008012972A patent/DE102008012972A1/en not_active Withdrawn
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