JP2011516770A - 少なくとも１つの還元剤前駆体および／または還元剤を含むガスを生成するための蒸発装置 - Google Patents
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Abstract
本発明は少なくとも１つの還元剤前駆体を含む水溶液を蒸発するための蒸発装置（１）に関する。この装置は、チタニウムを含む材料でできた壁（４）によって画定された少なくとも１つの蒸発器室（２、３）と、蒸発器室（２）の外側に配置され、蒸発器室（２）と熱を伝達するように連結された、少なくとも１００Ｗ／ｍＫ（ワット毎メートル毎ケルビン）の熱伝導率を有する材料でできた熱分与層（５）とを備える。本発明は、加熱層（６）が、熱分与層（５）の外側に実現され、熱分与層（５）と物質的に適合するように連結されることを特徴とする。本蒸発器装置（１）は、高度に動力学的な方法において制御可能であるので、迅速な負荷の変化とそれによる内燃エンジン（２８）の排ガス中の窒素酸化物濃度の急上昇といった事態においてさえも、所定の方法において、十分に多量のアンモニアが提供可能である。
【選択図】図１
【選択図】図１
Description
本発明は、例えば尿素等の還元剤前駆体、および／またはアンモニア等の還元剤を含むガス流を生成するための蒸発装置に関する。このような蒸発装置は、特に液状および／または固体状のアンモニア前駆体から気体アンモニアを提供するために特に用いられる。本発明は、車両における排ガス後処理の関連内においても特に用いられる。
特にディーゼル内燃エンジンにおいて、水溶液中の尿素が内燃エンジンによって生成された排ガスに直接加えられること、または排ガスの外側で加水分解が行われた後にアンモニアがその排ガスに加えられることは好都合であることが証明されている。ここで、公知の方法において、加水分解触媒が用いられ、アンモニアが尿素から得られる。尿素水溶液は、加水分解触媒の上流にて加えられ、ガス状に変えられ、この加水分解触媒と接触するように配置される。このようにして生成されたアンモニアは、例えば、排ガス流内のさらに下流にあるいわゆるＳＣＲ触媒コンバータを用い、その排ガス流に含まれている窒素酸化物と反応させて、窒素分子および水を形成する。
尿素水溶液の蒸発において、温度制御は特に困難である。このことは、車両の用途において、一方で、必要とされる尿素水溶液の量、および他方で、排ガス中の利用可能な温度が、著しく変化する場合に当てはまる。蒸発が不完全になされた場合、中間生成物が形成され得、場合によってはこれが蒸発装置を詰まらせてしまう。このような所望されない副産物は、例えば、不水溶性のビウレットであり、これはイソシアン酸および尿素、ならびに、イソシアヌル酸の三量化物であるシアヌル酸から形成される。アンモニア前駆体、特に液状の尿素水溶液の蒸発において、この所望されない、ときには取り除くことが非常に困難であり得る化合物の形成を回避するために、臨界温度範囲でまたはそれより上で、液体への熱処理の適用を迅速に行わなければならないことが確認されている。
排ガスの外側での、尿素水溶液の蒸発のための装置は既に記載したが、これらの装置はこれまで、少なくとも自動車分野での使用には満足のいくものではなかった。ここで、公知の蒸発装置は、あらゆる動作状態での蒸発および／または蒸発されるアンモニア前駆体の量についての所望される完全性を、一部において保証することができない。これは特に、例えばディーゼルエンジン等の、自動車の内燃エンジンの動作状態を考慮して、蒸発装置の高度な動力学的調節の事象に当てはまる。
このことを出発点とすると、本発明の目的は、先行技術に関して重要視されている問題を少なくとも部分的に解決することである。特に、正確に所定量にて、アンモニアを含むガス流を生成するために、高い動力学的様式において、迅速かつ完全に尿素水溶液の蒸発を提供する蒸発装置を特定することを目的とする。同時に、その蒸発装置は、コンパクトかつシンプルな構成を有する必要がある。さらに、この蒸発装置は効率的なコストで製造できることが望ましい。
本発明の目的は、特許請求の範囲の請求項１の特徴に係る蒸発装置により達成される。この蒸発装置の有利な改良は従属の特許請求の範囲の請求項の主題である。従属の特許請求の範囲の請求項において各々特定される特徴は、任意の所望される技術的に有意義な方法において互いに組み合わされることができ、本発明のさらなる実施形態を提示することができる。
また、本発明は、特に図面を参照し、詳細な説明によって、さらに特徴付けられ、かつより正確になされる。
少なくとも１つの還元剤前駆体を含む水溶液の蒸発のための、本発明に係る蒸発装置は、チタニウムを含む材料からなる壁によって画定された少なくとも１つの蒸発器室と、蒸発器室の外側に配置され、蒸発器室と熱を伝達するように連結された、少なくとも１００Ｗ／ｍＫ（ワット毎メートル毎ケルビン）の熱伝導率を有する材料からなる熱分与層とを備える。本発明によれば、加熱層は、熱分与層の外側に形成され、熱分与層と物質的に一体化された方法で連結される。
還元剤前駆体は、本明細書において、特に、尿素、好ましくは水溶液中の尿素を意味するものとして理解される。この水溶液は、さらなる成分、特に、さらなる尿素前駆体、例えば、ギ酸アンモニウムを含んでもよい。本発明に係る蒸発装置は、特に、排気ラインへと通ずる追加システムのラインセクションの一部である。それゆえ、蒸発器室の壁の内側はチタニウム材料で覆われているか、または蒸発器室はチタニウム材料によって囲まれていることが好ましい。チタニウム材料はまた、この場合、蒸発器室まで、または蒸発器室の内側まで、層または（別個の）材料として形成されてもよい。好ましくは、蒸発器室の内側接触面は、８０％以上のチタニウム（合金）、特に、実質的には完全（９８％以上）にチタニウムで形成される。ここで「チタニウム」が意味するのは、特に、必要に応じて、上側の層を形成する酸化チタニウムでもある。
蒸発器室の材料としてのチタニウムは、非常に乏しい熱伝導率しか有さない。液体が蒸発するように、十分な熱がその液体に導入可能であるように、熱分与層は、少なくとも１００Ｗ／ｍＫ、好ましくは１００Ｗ／ｍＫ以上、特に、４００Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を有する材料から形成される。銅および／またはアルミニウムからなる熱分与層がこの場合において好ましい。熱分与層は、特に、容易に密封可能であるので、蒸発器室は熱分与層の内側で鋳造される。熱分与層と蒸発器室との間の熱伝導の連結は、蒸発器室が熱分与層と密接に接触し、その結果、この分与層と蒸発器室との間の伝導性の熱伝導が生じ得ることを特に意味すると理解される。加熱層が熱分与層の外側に形成されるため、熱分与層は動作中に加熱される。熱分与層により、蒸発器室およびこの蒸発器室内に存在する流体もまた同時に加熱される。尿素／水溶液と蒸発器室の壁とが接触するため、尿素／水溶液が加熱されかつ蒸発する。次いで蒸気がさらに加熱されるが、壁の表面上の酸化チタニウムの形成のため、尿素からアンモニアへの部分的な変換が生じる。
本発明に係る蒸発装置の有利な改善によれば、熱分与層は、少なくとも１つの、外側に連続した凹部を有し、少なくとも１つの加熱導体はこの凹部に挿入されて熱分与層にはんだ付けされる。
この場合、好ましくは、熱分与層は、その外側においてスレッド状の凹部を有し、加熱導体または複数の加熱導体は、そのスレッド状の凹部内へと、熱分与層上に、その熱分与層周囲に連続して巻かれている。従って熱分与層の高度に均一な加熱を生じることができる。
この場合、少なくとも２つの蒸発セクション、および、従って、２つの加熱領域が加熱層において形成される改良が好ましい。これは、加熱層が、加熱領域が互いに別々に動作可能であるように設計されていることを意味する。このように、特に、第１の部分の領域（第１の加熱領域）において例えば１５０〜１８０℃の第１の温度、および、例えば、第２の部分の領域（第２の加熱領域）において例えば３５０〜３８０℃の顕著な高温にて、加熱層およびそれゆえ蒸発装置を作動することが可能である。複数の部分の領域（加熱領域）の形でのこの設計は、例えば、２つの加熱導体を凹部に巻くことによって、第１の加熱導体が第１の加熱領域を形成し、および第２の加熱導体が第２の加熱領域を形成して達成可能である。
本発明に係る蒸発装置のさらなる有利な改良によれば、加熱装置は少なくとも１つの自己調節発熱抵抗体を備える。自己調節発熱抵抗体は、特に、ＰＴＣ抵抗体（ＰＴＣ：正の温度係数）を意味することが理解される。これは、加熱導体を自己調節する方法で所望の温度周囲で動作させる正の温度係数を意味することが理解される。このような自己調節発熱抵抗体は、例えば、チタン酸バリウムセラミックスおよび／またはドープされた高分子化合物等のセラミック材料から構成される。このような自己調節発熱抵抗体により、本発明に係る蒸発装置のシンプルな稼動を可能にする。なぜならば、これにより、発熱抵抗体自体によりシンプルに調節が起こるからである。
本発明に係る蒸発装置のさらなる有利な改良によれば、加熱層は、内側接触層および外側接触層を有し、これらの間に自己調節発熱抵抗体が形成される。
自己調節発熱抵抗体は、内側接触層および外側接触層を介して、シンプルな方法で、電気的に接触可能でありかつ動作可能である。接触層と自己調節抵抗体との間の十全な領域での連結により、接触層における低い電気抵抗が達成可能であり、その結果、これらは、オーム熱の場合であっても温度は著しく上昇しない。内側接触層は、好ましくは、自己調節発熱抵抗体および熱分与層との間にあり、他方で外側接触層は自己調節発熱抵抗体の反対側上に形成される。
本発明に係る蒸発装置のさらなる有利な改造によれば、熱分与層は、以下の材料：（ａ）銅；（ｂ）アルミニウム、のうちの少なくとも１つを含む材料から構成される。銅および／またはアルミニウムは有利だということが確認されている。他方で、それらは、アルミニウムの場合は２００Ｗ／ｍＫ以上、銅の場合は４００Ｗ／ｍＫの十分に高い熱伝導率を有する。さらに、これらの材料およびそれらの合金は、シンプルな方法において、チタニウムからなる蒸発室とともに密閉可能である。さらに、これらの材料により、それらの外側表面は機械加工可能となるので、例えば、凹部等の導入の結果、外側領域において、熱分与層の任意の所望の形状を可能にする。
さらに、加熱導体は、シンプルな方法で、銅および／またはアルミニウムあるいはそれらの合金に対して、はんだ付け、特に、硬ろう付け（「ろう付け（ｂｒａｚｅｄ）」または軟質はんだ付け（「ｓｏｌｄｅｒｅｄ」）が可能である。加熱層を熱分与層に連結するために、本発明の範囲内において基本的に有利に用いられることが可能である、加熱層と熱分与層との間の物質的に一体化する連結のための方法が存在する。
本発明に係る蒸発装置のさらに有利な改良によれば、蒸発器室はダクトを備える。
この場合、水溶液（還元剤前駆体）は、ダクトの流入側端部に運ばれ、ここで、ダクトの加熱された壁と接触して蒸発する。蒸発された水溶液は、蒸気が蒸発器室から去る端部セクションへとダクトを介して流れる。蒸発器室の壁はチタニウムから形成されているので、酸化チタニウムがその上に形成され、還元剤前駆体の還元剤への加水分解、特に、尿素をアンモニアへの加水分解を触媒する。このように、蒸発器を介した経路の間において、還元剤前駆体の還元剤への少なくとも部分的な加水分解が生じる。蒸発室を去る蒸気は、それゆえ、還元剤、特にアンモニアを有利にも含む。ダクトはらせん状であってもよく、特に蛇行していてもよく、すなわち、特に、少なくとも２つの方向変化があってもよい。さらに、直線のダクトが形成されてもよい。さらに、ダクトへと突き出る構造が形成されてもよい。このように、水溶液の液滴が蒸発されずに蒸発器を通過してしまう事態が有利にも回避される。ダクトの場合、特に、熱分与層および／または加熱層はダクトに対して同心円状または同軸で設計される。
本発明に係る蒸発装置のさらなる有利な改良によれば、蒸発器室は水溶液を供給するための流入ポートを有し、この流入ポートは、蒸発器室の壁の反対部分に形成される。
これは、動作の間、流入ポートを介して入る水溶液が、蒸発器室の、反対側の加熱された壁に浸入することを意味する。これにより水溶液が蒸発する。流入ポートはさらに、蒸発器室の壁の一部に対して、少なくとも部分的に液滴の形で、水溶液を加えるのに適切である液滴追加手段を有してもよい。
この液滴追加手段は、特に、水溶液を噴霧するノズルを備えてもよい。代替的にまたは追加的に、毛細管がここで形成されてもよく、ここで液滴は、毛細管の縁から離れることによって蒸発器室へと滴る。
特に好ましくは、液滴追加手段はノズル、特に、水溶液が液滴の形で蒸発器室へと導入される噴霧ノズルを備える。蒸発器室の壁または内側のスペースの様々な領域に水溶液を程よい分布にできるので、蒸発器室の一部の領域が局所的に過度に冷却されることはない。
さらなる有利な改良によれば、液滴手段の追加は、蒸発器室の壁の一部に対して、少なくとも一回の噴出の液滴を付与するのに適している。
液滴の噴出は、少なくとも部分的に、好ましくは異なる量を有し得る水溶液の液滴からなる。液滴をこのようにして加えた結果、蒸発器室の壁または内側のスペースに程よく水溶液を分布することが可能である。
本発明に係る蒸発装置のさらなる有利な改良によれば、蒸発器室は少なくとも一部の領域において先細となるようにされている。
これは、蒸発器室の内側の自由半径が、少なくとも１つの方向において減少または低下することを意味する。この場合に好まれることは、少なくとも、少なくとも一部の領域において、蒸発器室が漏斗の形状または円錐の形状の構成であることである。フラストコニカル形状の構成もまた本発明に従って可能でありかつ用いられる。
蒸発器室の先細（テーパー状）の設計は、少なくとも部分的な領域において、動作の間、蒸発器室へ導入された液滴との接触の可能性を高める。テーパー状（先細）部分の領域は、水溶液の対応する液滴が確実に壁と接触することを確実にする、液滴捕捉器（液滴キャッチャ）のようなものとしての役割を果たす。
動作装置の有利な開発によれば、蒸発器室の壁の表面の質は、粗さ、パターニング、およびコーティングを含む群の要素のうちの少なくとも１つについて異なる。特に、壁は、蒸発器室の水溶液の液滴の噴射または噴霧円錐によって浸入される領域においては、その蒸発器室の他の領域における荒さ、パターニングおよび／またはコーティングとは異なる、荒さ、パターニングおよび／またはコーティングが備わっている。
蒸発装置のさらなる有利な改良によれば、蒸発器室は、少なくとも部分的な領域において、織り込まれるかまたは絡み合う構成（ｗｏｖｅｎ ｏｒ ｔａｎｇｌｅｄ ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ）で満たされており、この織り込まれるかまたは絡み合う構成は、少なくとも部分的に、水溶液の加水分解を促進する材料、特に、チタニウムを含む材料からなる。この織り込まれるかまたは絡み合う構成は、特に、蒸発器室の壁に、熱を伝達するように連結される。この場合、この織り込まれるかまたは絡み合う構成は、特に、少なくとも１つのワイヤ、好ましくは、複数のワイヤである。このワイヤ／複数のワイヤは、特に、それ自体で／互いに物質的に一体化する連結を有するので、この織り込まれるかまたは絡み合う構成内において、それらの連結により均一な熱の分配が達成される。この織り込まれるかまたは絡み合う構成は、特に、２〜２５％の充填密度を有する。
この織り込まれるかまたは絡み合う構成は、非常に大きな蒸発器表面を提供する。特にこの織り込まれるかまたは絡み合う構成が蒸発器室へ導入される水溶液の噴霧円錐に配置されることによって、水溶液の液滴の大きさをさらに減少させることが達成され、それにより蒸発を向上させる。
有利には、この織り込まれるかまたは絡み合う構成は、蒸発器室の壁を形成し、蒸発装置の熱分与層と、熱を伝達するように連結される。
熱を伝達する連結は、ここで、特に、この織り込まれるかまたは絡み合う構成の表面と壁または熱分与層との接触の形成を含む。この接触の形成は、この織り込まれるかまたは絡み合う構成と熱分与層の壁との、少なくとも部分的な正の連結によって同様に確保され得る。
蒸発装置の特に有利な改良によれば、この織り込まれるかまたは絡み合う構成は、蒸発器室の内側の壁に沿ってのみ、特に、この蒸発器室が織り込まれるかまたは絡み合う構成によって１０％〜４０％で満たされるように、配置される。この織り込まれるかまたは絡み合う構成は低い充填密度を有するので、僅か１０％程度の蒸発器室が、この織り込まれるかまたは絡み合う構成によって（すなわち、室を有さない材料によってのみ）影響される。
好ましくは、ノズルから蒸発器へと出ていく、水溶液の噴霧円錐によって影響される蒸発器室の領域は、少なくとも大部分において、この織り込まれるかまたは絡み合う構成（自由な噴霧円錐）によっては満たされない。特に、噴霧円錐によって影響される蒸発器室の内側の壁の領域は、この織り込まれるかまたは絡み合う構成によっても覆われない。これは、蒸発室の内側に浸入するために細かく霧化され、かつ、この織り込まれるかまたは絡み合う構成によって提供された蒸発器表面からのみ蒸発する、水溶液のより大きな液滴を導入する場合において特に有利であってもよい。
蒸発装置のさらなる有利な改良によれば、この織り込まれるかまたは絡み合う構成自体は、調節された、または自己調節の抵抗加熱器、特に、チタニウムコーティングの加熱導体として形成される。
本発明に係る蒸発装置のさらなる有利な改良によれば、加水分解触媒体は、蒸発器室の下流に形成される。
加水分解触媒体は、尿素のアンモニアへの加水分解を触媒する加水分解触媒コーティングを有する。これはアンモニア量を顕著に増加させ、特に、このようにしてガス流が生成可能であり、ここで、利用された尿素の９０％以上、特に９５％より多く、特に好ましくは９８％以上がアンモニアに変換される。
さらに、本発明に係る蒸発装置に加えて、連結用のラインセクションによって少なくとも部分的に連結されるタンクおよびポンプを備える装置が提案される。
このような装置により、アンモニアを提供するためのコンパクトな装置を製造することが可能である。
さらに、内燃エンジンおよび排気システムを有する車両が提案され、排気システムは少なくとも１つのＳＣＲ触媒体を有し、本発明に係る蒸発装置または本発明に係る装置への少なくとも１つの連結部は、内燃エンジンと少なくとも１つのＳＣＲ触媒体との間に提供されて、気体の還元剤および／または気体の還元剤前駆体が、少なくとも１つのＳＣＲ触媒体へと流れるように排気システムに導入可能である。
蒸発装置について開示された詳細および利点は、対応する装置および車両に対しても適用することも可能であり、その逆もまた然りである。
少なくとも以下の複数の特性を有する蒸発装置の実施形態が特に最も好ましい。
・（少なくとも濡らされる表面のうちの）蒸発装置の壁はチタニウム材料を含む。
・壁は少なくとも１つの加熱導体で周囲を巻かれ、必要に応じて、加熱導体とともに（例えば複数層の構成の方法で）鋳造される。
・少なくとも１つの加熱導体の壁は、熱均衡化のための材料（例えば銅またはアルミニウム材料）によって（完全にまたは部分的に）囲まれ得る。
・熱導体の少なくとも１つはＰＴＣ要素を含む。
・蒸発装置の形態または少なくとも１つの液滴の放出の位置は、可能な限り噴霧噴出により、提供された壁の表面全体を濡らすように選択される。
・噴霧ノズル（必要に応じて複数の噴霧ノズル）および／または計測用ダクトによって、還元剤／還元剤前駆体の追加が行われる。
・蒸発器室からの流出は、液滴の放出に対して（反対側ではなく、また、直噴の範囲内ではなく）オフセットされる。
・蒸発器室の方向を向いた噴霧ノズルおよび／または計測用ダクトの開口部は加熱されておらず、かつ好ましくは、１０ｍｍ未満、特に、５ｍｍ未満の直径を有する。
・蒸発器室は（断面において）二重円錐の形で構成される。
・必要に応じて、加水分解触媒の後に、加熱可能な液滴分離器が蒸発器室の下流に提供される。
・加水分解触媒は、蒸発器室または蒸発装置に対して同心円状の設計である。
・（少なくとも濡らされる表面のうちの）蒸発装置の壁はチタニウム材料を含む。
・壁は少なくとも１つの加熱導体で周囲を巻かれ、必要に応じて、加熱導体とともに（例えば複数層の構成の方法で）鋳造される。
・少なくとも１つの加熱導体の壁は、熱均衡化のための材料（例えば銅またはアルミニウム材料）によって（完全にまたは部分的に）囲まれ得る。
・熱導体の少なくとも１つはＰＴＣ要素を含む。
・蒸発装置の形態または少なくとも１つの液滴の放出の位置は、可能な限り噴霧噴出により、提供された壁の表面全体を濡らすように選択される。
・噴霧ノズル（必要に応じて複数の噴霧ノズル）および／または計測用ダクトによって、還元剤／還元剤前駆体の追加が行われる。
・蒸発器室からの流出は、液滴の放出に対して（反対側ではなく、また、直噴の範囲内ではなく）オフセットされる。
・蒸発器室の方向を向いた噴霧ノズルおよび／または計測用ダクトの開口部は加熱されておらず、かつ好ましくは、１０ｍｍ未満、特に、５ｍｍ未満の直径を有する。
・蒸発器室は（断面において）二重円錐の形で構成される。
・必要に応じて、加水分解触媒の後に、加熱可能な液滴分離器が蒸発器室の下流に提供される。
・加水分解触媒は、蒸発器室または蒸発装置に対して同心円状の設計である。
本発明は、図面を元にして以下により詳細に説明され、図面に示される詳細および例示的な実施形態に限定されない。図面は概略的に示される。
図１は、本発明に係る蒸発装置１の設計の変形を図式的に示す。これは、少なくとも１つの還元剤前駆体、特に尿素／水溶液を含む水溶液を蒸発させる役割を果たす。蒸発装置１は、本例示的実施形態において、ダクト３として設計されている蒸発器室２を備える。蒸発器室２はチタニウムからなる壁４によって画定されている。ダクト３は、蛇行した形状において巻かれており、すなわち、少なくとも２つのたわみを有して設計されており、蒸発していない尿素／水溶液が、壁４と接触することなくダクト３を通過しないようにする。
大気中の酸素による酸化によって、酸化チタニウムが壁４の内側表面上に形成され、尿素のアンモニアへの加水分解を触媒する。熱分与層５が蒸発器室２周囲に形成される。この点において、ダクト３は、熱分与層５から形成される対応の部分に埋め込まれている。後者は、特に、銅および／またはアルミニウムを含む材料により、蒸発器室２がその中に密閉されることによって得られてよい。熱分与層５の周囲には加熱層６が形成される。この例において、加熱層６はアルミニウムの層からなり、加熱導体７はこの層に組み込まれる。後者は対応する電流源（図示されず）に連結可能であり、その結果、加熱層６はオーム熱により加熱可能である。本例示的実施形態において、蒸発装置１は、第１の蒸発セクション８および第２の蒸発セクション９（独立した加熱領域）を有する。これらは、熱分与層５および加熱層６にある間隙１０によって分離されている。
蒸発装置１が動作中である場合、ダクト２は、流入部１１を介して液状の尿素／水溶液が供給される。これはダクト２を介して流れ方向２２に流れる。この液状の尿素／水溶液は、ダクト中の第１の蒸発セクション８において蒸発される。次いで、少なくとも部分的に蒸気となった尿素／水溶液は、ダクト２の直線の中間部分１２を介して第１の蒸発セクション８を去り、次いで、このダクトを介して第２の蒸発セクション９を通って流れる。ここで、加熱層６により熱が導入され、これにより、尿素／水溶液の蒸気がダクト２の第２の蒸発セクション９においてさらに加熱され、依然として存在する尿素／水溶液からの液状部分が蒸発される。ダクト２内の酸化チタニウムの領域は触媒作用を及ぼし、尿素のアンモニアへの加水分解を向上させる。
一部のアンモニアを有する蒸発した尿素／水溶液は流出部１３を介してダクトを去り、反応領域１４に入る。この反応領域１４は、円錐状流入部１６を介してダクト２の流出部１３と連結する加水分解触媒体１５を備える。加水分解体１５は、尿素のアンモニアへの加水分解を触媒するコーティング１８が備わっている、触媒担体としてのハニカム体１７を備える。
この例示的な実施形態において、セラミック層２０およびセラミック管２１を備える断熱部１９が加熱層６の外側に提供される。
図２は、部分的断面における蒸発装置１のさらなる実施形態の詳細を示す。図２の底部において、フローダクト４が中心軸２３を中心にして周期的に間隔をあけている形態が示される。この場合におけるダクト３は、例えば４ｍｍの直径２４を有する。さらに、加水分解コーティング１８は、ダクト２内またはその壁４上に提供される。しなしながら、ダクト２は、加熱導体７もまた、らせん巻きの形状で提供される、物質的に加熱層６と一体化した形態で連結されている熱分与層５へと鋳造される。この場合、左側の領域において、加熱導体７は、ダクト２から特定の距離２５を置いて配置されることが示される。右側にはさらに、部分的に互いに重なり、特に、互いにさらに密集した配置構成となっている複数の加熱導体７が提供されており、蒸発装置１を囲むハウジング２６または断熱部１９からの距離２５が増加しており、その結果、これらの加熱導体７は、ダクト３により接近して提供される。加熱導体７とダクト２との間の距離２５を変えることによって、ダクト（異なる加熱領域）内の温度プロフィールを変えることが可能である。
図３は、次いで、車両２７、特に、自動車またはトラックを図式的に示す。内燃エンジン２８において生成された排ガスは、対応する排気システム２９を介して浄化されて、環境へと排出される。この場合、排ガスは、さらに下流でＳＣＲ触媒体３１に最終的に浸入する前に、まず触媒コンバータ３０（例えば、酸化触媒）を介して、流れ方向２２に流れる。触媒コンバータ３０とＳＣＲ触媒体３１との間には、本発明に係る蒸発装置１のための連結部３２が提供されているので、アンモニアを含むガスの流れ３２はこの連結部において導かれる。アンモニアを含んだ排ガスの流れは、この混合物がＳＣＲ触媒体３１に到達する前に、必要に応じて、フローインフルエンサ３４（例えば静的ミキサ）に到達する。完全を期すために、ＳＣＲ触媒は、例えば、流入領域３５および／または流出領域３６において、例えば、流入領域３５において粒子分離機および／または流出領域３６において酸化触媒等のさらなる排ガス処理構成要素と共に、提供されてもよいことに留意されたい。同様に、他の排ガス処理装置もまたこの排気システム２９に提供されてもよいことが理解される。
本発明に係る蒸発装置１は、複数のラインセクション３７を介してタンク３８に連結される。タンク３８にはその中に例えば液状の尿素／水溶液が提供され、これは次いで、計測用ポンプ３９によって、時間を計測および／または量を測定する方法で、蒸発装置１に供給される。あるいは、計測用ポンプ３９の代わりに、リザーバにおいて圧力を保ち、バルブ（図示されず）を介して蒸発装置１の測定を行うポンプが形成されてもよい。
尿素水溶液の調節された混合物を蒸発装置１へ、および、アンモニアガスの混合物を排ガスへ各々移動させるために、測定用ポンプ３９、蒸発装置１および／または内燃エンジン２８は、制御器４０に（データ送信の形式で、および／または動作可能に）連結されてよい。
完全を期すために、少なくとも１つのタンク３８、ラインセクション３７、計測用ポンプ３９、および蒸発装置１を備える装置４１もまた、制御器４０の有無にかかわらず、構成要素のキットとして任意の所望される数で別個に用意されてもよいこともまた理解される。あるいは、装置４１は、計測用ポンプ３９の代わりに、ポンプおよび計測用バルブを備えてもよい。
図４は、図８および図９において例示的に示されている壁構造４２によって画定された蒸発器容積部２を有する蒸発装置１の実施形態を図式的に示す。蒸発器室２は、尿素／水溶液を供給するための流入ポート４３を有し、この流入ポートは、壁構造４２、および壁４の反対側の部分に形成される。動作中、尿素／水溶液の液滴４５は、小さい管４４（例えば毛細管のような）として、流入ポート４３を貫通して蒸発器容積部２へ入るように形成された液滴追加手段によって投与され、液滴は、壁構造４２の壁４の内側４６に浸入し、そこで蒸発する。同様に、壁構造４２は、加熱層を備え、これにより、蒸発器容積部２の電気加熱が生じる。蒸発された尿素／水溶液は、壁４がチタニウムでできており、かつ対応して存在する酸化チタニウムのために、一部のアンモニアを既に含んでいてもよく、流出部１３を介して蒸発器室２を出る。後者は、まだ蒸発されていない尿素／水溶液が、蒸発されずに流出部１３を介して通過しないようにする突出部４６を有する。代替的に、または追加的に、流出部１３は、巻かれた形状および／または複数のたわみで設計されてもよい。突出部４６は、加熱層６と熱的接触状態にあり、その結果、尿素／水溶液が突出部４６と接触する場合、蒸発が生じる。ガス中のアンモニア部分を増加させるために、流出部１３の後に加水分解触媒体（図示されず）が続いてもよい。蒸発器室２は、漏斗状の設計をしたテーバー部領域４７を有する。さらに、蒸発器室は開口部領域４８を有する。
図５は、円錐形状に先細となるように設計された蒸発装置１の第４の実施形態を図式的に示す。この蒸発装置１は、壁構造４２、およびチタニウムから構成された内部壁４によって画定された蒸発器室２を有する。さらに、蒸発装置１は、ノズル５３として設計された、液滴追加手段を有し、このノズルは、動作中、尿素／水溶液の液滴４５を有する複数の液滴噴出を、蒸発器室の壁４に付与する。流出部１３は、図４における例示的な実施形態において類似する方法で構成される。
図６は、球状の設計である蒸発装置１の第５の実施形態を図式的に示す。蒸発装置１は、壁構造４２によって画定された蒸発器室２、および加水分解コーティング１８を少なくとも部分的に有して提供される内部壁４を有する。蒸発装置１は、動作中に、尿素／水溶液の液滴４５を有する複数の液滴噴出を蒸発器室２の壁４に放出するノズル５３を有する。流出部１３は、ノズル５３の、液滴噴出によって形成される噴霧円錐（ｓｐｒａｙ ｃｏｎｅ）の外側の領域において構成され、蒸発装置１と直接に連結された加水分解触媒１５を有し、この流出部１３を介して、少なくとも部分的にはここで蒸気として存在する少なくとも部分的に変換された尿素／水溶液が流れ方向２２において流れる。蒸発器室２は、織り込まれるかまたは絡み合う（ｗｏｖｅｎ ｏｒ ｔａｎｇｌｅｄ）構成５４で部分的に満たされている。ノズル５３によって生成される噴霧円錐の領域には織り込まれるかまたは絡み合う構成５４が存在しないことが好ましい。液滴４５は蒸発装置１の壁４に浸入し、最終的にはそこで霧化される。拡大した熱い表面が、織り込まれるかまたは絡み合う構成５４によって蒸発装置１内に提供され、その結果、尿素／水溶液の完全な蒸発および／または可能な限りの完全な変換が可能となる。蒸気性の水溶液は、流出部１３を介して蒸発器室２を去る。
図７は、円錐形状に先細（テーパー状）となるように設計された蒸発装置１の第６の実施形態を図式的に示す。蒸発装置１は壁構造４２によって画定された蒸発器室２を有し、その内部壁４は、織り込まれるかまたは絡み合う構成５４が少なくとも部分的に備わっている。さらに、蒸発装置１は、ノズル５３として設計された液滴追加手段を有する。尿素／水溶液は、細かく霧化され、壁４と直に接触する結果として加熱される、織り込まれるかまたは絡み合う構成５４によって変換および蒸発される。図６に既に示されるように、噴霧円錐の領域はまた、ここで織り込まれるかまたは絡み合う構成５４がないように保持可能であり、その結果、液滴４５は直接壁４に浸入する。図４、図５、図６、および図７に示されている蒸発装置１の実施形態は、同様に、装置４７において有利に利用されてよい。
図８は、図４から図７に係る例示的な実施形態、ならびに、蒸発器室２としてのダクト３を有する例示的な実施形態においても選択され得る壁構造４２を例示によって示す。蒸発器室２は、チタニウムで構成された壁４によって画定される。アルミニウムおよび／または銅でできた熱分与層５は、熱を伝達するように、壁４と連結される。加熱層６は、物質的に一体化された方法、特に、この熱分与層５に、はんだ付けされて、その外側上に連結される。この例示的な実施形態において、加熱層６は、内側から外側へ向かって、内側接触層４９、自己調節発熱抵抗体５０、および外側接触層５１を備える。自己調節発熱抵抗体５０は、内側接触層４９および外側接触層５１によって、電気的に接触されるかまたは動作される。この加熱層６は、断熱部により外側上において囲まれてもよく、熱分与層５を加熱する。内部接触層４９、自己調節加熱導体５０、および外側接触層５１は、互いに同軸上かつ同心円状に設計され、また同軸かつ同心円の管を形成してもよい。
図９は、壁構造４２のさらなる例の詳細を図式的に示す。凹部５２は、熱分与層５の外側上に形成され、少なくとも１つの加熱導体７がこの凹部５２へと挿入され、熱分与層５にはんだ付けされる。凹部５２は、特に、スレッド状の形をしており、蒸発器室２の周囲に連続して配置される。
本発明に係る蒸発装置１は、尿素／水溶液から気体アンモニアを提供するように有利に用いられてもよい。電気的に加熱を好ましくできる加熱層を有する設計の結果、高度な動力学的調節が設定可能であり、これにより、迅速な負荷の変化とそれにより生じる内燃エンジンの排ガス中の窒素酸化物濃度の急上昇といった事態においてさえも十分に多量のアンモニアが提供可能である。蒸発装置１の構成のコンパクトな形成のために、後者は、例えば車両の排気システム２９における可動式のものへの用途において用いることができる。
１ 蒸発装置
２ 蒸発器室
３ ダクト
４ 壁
５ 熱分与層
６ 加熱層
７ 加熱導体
８ 第１の蒸発セクション
９ 第２の蒸発セクション
１０ 間隙
１１ 流入部
１２ 中間部分
１３ 流出部
１４ 反応領域
１５ 加水分解触媒体
１６ 円錐状流入部
１７ ハニカム体
１８ 加水分解コーティング
１９ 断熱部
２０ セラミック層
２１ セラミック管
２２ 流れ方向
２３ 中心軸
２４ 直径
２５ 距離
２６ ハウジング
２７ 車両
２８ 内燃エンジン
２９ 排気システム
３０ 触媒コンバータ
３１ ＳＣＲ触媒体
３２ 連結部
３３ アンモニアを含有するガス流
３４ フローインフルエンサ
３５ 流入領域
３６ 流出領域
３７ ラインセクション
３８ タンク
３９ 計測用ポンプ
４０ 制御器
４１ 装置
４２ 壁構造
４３ 流入ポート
４４ 小さな管
４５ 液滴
４６ 突出部
４７ テーパー部領域
４８ 開口部領域
４９ 内側接触層
５０ 自己調節発熱抵抗体
５１ 外側接触層
５２ 凹部
５３ ノズル
５４ 織り込まれるかまたは絡み合う構成
２ 蒸発器室
３ ダクト
４ 壁
５ 熱分与層
６ 加熱層
７ 加熱導体
８ 第１の蒸発セクション
９ 第２の蒸発セクション
１０ 間隙
１１ 流入部
１２ 中間部分
１３ 流出部
１４ 反応領域
１５ 加水分解触媒体
１６ 円錐状流入部
１７ ハニカム体
１８ 加水分解コーティング
１９ 断熱部
２０ セラミック層
２１ セラミック管
２２ 流れ方向
２３ 中心軸
２４ 直径
２５ 距離
２６ ハウジング
２７ 車両
２８ 内燃エンジン
２９ 排気システム
３０ 触媒コンバータ
３１ ＳＣＲ触媒体
３２ 連結部
３３ アンモニアを含有するガス流
３４ フローインフルエンサ
３５ 流入領域
３６ 流出領域
３７ ラインセクション
３８ タンク
３９ 計測用ポンプ
４０ 制御器
４１ 装置
４２ 壁構造
４３ 流入ポート
４４ 小さな管
４５ 液滴
４６ 突出部
４７ テーパー部領域
４８ 開口部領域
４９ 内側接触層
５０ 自己調節発熱抵抗体
５１ 外側接触層
５２ 凹部
５３ ノズル
５４ 織り込まれるかまたは絡み合う構成
Claims (15)
- 少なくとも１つの還元剤前駆体を含む水溶液の蒸発のための蒸発装置（１）であって、
チタニウムを含む材料でできた壁（４）によって画定された少なくとも１つの蒸発器室（２、３）と、
前記蒸発器室（２）の外側に配置され、前記蒸発器室（２）と熱を伝達するように連結された、少なくとも１００Ｗ／ｍＫ（ワット毎メートル毎ケルビン）の熱伝導率を有する材料でできた熱分与層（５）と
を備え、加熱層（６）は、前記熱分与層（５）の外側に形成され、前記熱分与層（５）と物質的に一体化された方法で連結される、蒸発装置（１）。 - 前記熱分与層（５）は少なくとも１つの、外側に連続した凹部（５２）を有し、少なくとも１つの加熱導体（７）はこの凹部（５２）に挿入されて前記熱分与層（５）にはんだ付けされる、請求項１に記載の蒸発装置（１）。
- 前記加熱層（６）は少なくとも１つの自己調節発熱抵抗体（５０）を備える、請求項１または請求項２に記載の蒸発装置（１）。
- 前記加熱層（６）は、内側接触層（４９）および外側接触層（５１）を有し、これらの間に前記自己調節発熱抵抗体(５０)が形成される、請求項３に記載の蒸発装置。
- 前記熱分与層（５）は、以下の材料：
（ａ）銅；
（ｂ）アルミニウム、
のうちの少なくとも１つを含む材料から構成される、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の蒸発装置（１）。 - 前記蒸発器室（２）は、ダクト（３）を備える、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の蒸発装置（１）。
- 前記蒸発器室（２）は、水溶液を供給するための流入ポート（４３）を有し、この流入ポートは、前記蒸発器室（２）の前記壁（４）の反対側の部分に形成される、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の蒸発装置（１）。
- 少なくとも部分的に液滴の形（４５）で水溶液を、前記蒸発器室（２）の前記壁（４）の一部に付与するのに適した液滴追加手段（４４、５３）が形成されている、請求項７に記載の蒸発装置（１）。
- 前記液滴追加手段は噴霧ノズル（５３）を備える、請求項８に記載の蒸発装置（１）。
- 前記蒸発器室（２）は、少なくとも一部の領域（４７）において先細となるように設計されている、請求項７から請求項９のいずれか一項に記載の蒸発装置（１）。
- 前記蒸発器室（２）は、少なくとも一部の領域において少なくとも、漏斗状の設計である、請求項７から請求項１０のいずれか一項に記載の蒸発装置（１）。
- 織り込まれるかまたは絡み合う構成（５４）が前記蒸発器室（２）の内側に配置される、請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載の蒸発装置（１）。
- 加水分解触媒体（１５）は前記蒸発器室（２）の下流に形成されている、請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載の蒸発装置（１）。
- 少なくとも１つのタンク（３８）、ポンプ（３９）、および請求項１から請求項１３のいずれか一項に記載の蒸発装置（１）、ならびに、上述の構成要素を少なくとも部分的に連結する少なくとも１つのラインセクション（３７）を備える、装置（４１）。
- 内燃エンジン（２８）および排気システム（２９）を有する車両（２７）であって、前記排気システム（２９）は少なくとも１つのＳＣＲ触媒体（３１）を有し、請求項１から請求項１３のいずれか一項に記載の蒸発装置（１）または請求項１４に記載の装置への連結部（３２）は、前記内燃エンジン（２８）と前記少なくとも１つのＳＣＲ触媒体（３１）との間に提供されて、気体の還元剤および／または気体の還元剤前駆体が、前記少なくとも１つのＳＣＲ触媒体（３１）へと流れるように前記排気システム（２９）に導入可能である、車両（２７）。
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