JP2013545929A - 交換器設備および交換器設備の操作方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、排気装置（１２）への排気ガス後処理の還元剤溶液の供給のための調量装置（１４）を備えた交換器設備（１０）に関する。調量装置（１４）は、少なくとも１つの管（３２、３４、３６）を介して還元剤溶液の補給容器（２６）に接続する。加熱装置（１８、２８、３０、３８、４０、４２）の少なくとも１つは、交換器設備（１０）の少なくとも１つの構成部分（１４、２４、２６、３２、３４、３６）の加熱のために提供される。これにより、交換器設備（１０）の少なくとも１つの第１構成部分（１４、２４）は第１加熱装置（１８、２８）に割当てられ、交換器設備（１０）の少なくとも第２構成部分（２６、３２、３４、３６）の加熱のために提供された第２加熱装置（３０、３８、４０、４２）とは別に操作可能である。さらに、本発明は交換器設備（１０）操作のための方法に関する。
【選択図】図１

Description

本発明は、排気装置の排気ガスの後処理のための、還元剤溶液を供給する調量装置を備えた交換器設備に関する。調量装置は少なくとも１つの配管を介して還元剤溶液の補給容器に接続される。少なくとも１つの加熱装置が、交換器設備の少なくとも１つの構成部分の加熱のために供給される。さらに、本発明はかかる交換器設備の操作方法に関する。

先行技術によって知られる調量システムは、排気装置の中へ尿素溶液を供給する調量装置である。これは、アンモニアの供給のために排気装置の中で還元剤溶液として機能し、排気ガスの中に存在する窒素酸化物の選択触媒還元反応によって、窒素と水を形成する。この還元反応はＳＣＲ−触媒交換器（ＳＣＲ＝選択触媒還元）と呼ばれるものの中で発生する。業務用尿素溶液の凝固点は水のそれより下にあり、−１１℃を下回る非常に低い外気温度で凝固する。先行技術では、中に凝固した尿素溶液があるポンプは加熱装置によって融解し、融解した水溶液はポンプによって補給容器から調量装置に供給されることが可能である。

このような汎用型の交換器設備の構成部分の従来の損害は、還元剤溶液の凝固の結果であると見られてきた。

よって本発明の課題は、冒頭で指定した種類の交換器設備およびかかる交換器設備のための方法を提供することであり、凝固した還元剤溶液によって生ずる損害に対する、特に優れた保護を提示することにある。

この課題は、請求項１の特徴を備えた交換器設備を使用することにより、および請求項１５の特徴を備えた方法により、解決される。本発明のさらなる機能的発展を備えた有利な形態は従属請求項に記載されている。

本発明によれば交換器設備は、具体的には車両向けで、排気ガスの後処理のための還元剤溶液を排気装置の中に供給できる調量装置を含む。調量装置は少なくとも１つの配管を介して還元剤溶液の補給容器に接続される。少なくとも１つの加熱装置は、交換器設備の少なくとも１つの構成部分の加熱のために機能する。ここで、少なくとも交換器設備の第１構成部分は、第１加熱装置に割当てられ、交換器設備の少なくとも第２構成部分の加熱のために設置され操作可能な第２加熱装置とはかかる方法で分離し、第１構成部分または第１構成部分の１つのセクションの凝固する時点および／または融解する時点は、第２構成部分および／または第１構成部分の１つのセクションの、凝固する時点および／または融解する時点と関連して確立され得る。このように、各加熱装置の目的とする操作を通じて確認されることで、最初に少なくとも交換器設備の第１構成部分と少なくとも第２構成部分が加熱され、各構成部分の中にある凝固した還元剤溶液は融解する。さらに、交換器設備の中の還元剤溶液の凝固において、構成部分または交換器設備の各構成部分の１つのセクションの凝固のシーケンスおよび特定の時点は、修正可能であり従って凝固による損害は回避できる。

これは、通例の水性還元剤は溶剤が凝固したときが最大比容積であり、凝固した溶液の温度は溶剤の凝固点の温度に対応する、という認識にもとづく。しかし、還元剤溶液のさらなる冷却は容積の減少を伴う。同様に、凝固した溶剤の容積は、温度が凝固点以下から凝固点以上まで加熱されたときときに増える。従って、凝固した還元剤溶液が存在する第１構成部分内でこれが融解された場合、周囲の構成部分は依然凝固した溶剤を持ち、第１構成部分内の還元剤溶液の容積の増加は強い力になり、この構成部分に損害をもたらす可能性がある。
現在は、加熱装置の動作時のオフセットを規定することは可能であり、還元剤溶液の融解のシーケンスは交換器設備の構成部分内にあり、還元剤溶液の容積の増加による各構成部分に作用する力に関して各構成部分の敏感さが考慮されている。したがって、最も敏感な構成部分は最後に融解されることが可能で、それによって、凝固点以下の温度から凝固点に達することに伴い、還元剤溶液の容積の増加において還元剤溶液のこの構成部分が取るスペースを作ることができる。この方法により、凝固した還元剤溶液によるダメージを防ぐことができる。

加熱装置の少なくとも１つの操作のための制御装置が電子制御装置として構成されている場合、これは電子加熱装置のアクティブ化または非アクティブ化のために非常に簡単に使われることができる。加熱装置の少なくとも１つが熱交換器として構成されている場合、バルブおよびそれに似た独立した装置を使うことで、特定の加熱装置が熱を放出しそれ以外は放出しないことを保証できる。また、交換器設備の電子制御装置および交換器設備と併せた電子制御装置は、少なくとも１つの熱交換器が交換器設備の割り当てられた構成部分を加熱するために使用できるかどうか判断するときに、少なくとも１つの加熱装置を制御できる。また、電子加熱装置のトリガリングは、熱交換器を使用した加熱と同時か、もしくはそれより遅れて発生することができる。

同様にして、加熱装置は交換器設備の構成部分の凝固のシーケンスを達成するために、タイムオフセットとともに操作することができる。これは、溶剤の液状態から始まる還元剤溶液の凝固は、同様に容積の増加を伴うとする認識にもとづく。もしこれが、生成された追加の容積の凝固を通して、調量装置の位置に移すことができない場合、たとえば周囲がすでに凝固しているなどの場合、同様に交換器設備への損害が発生する可能性がある。したがって、凝固を加熱する時間制御を通じて、特に交換器設備または交換器設備の構成部分の機械的に敏感な領域は、周囲の領域の凝固が有効になる前に促されることが好ましい。それらの既存の加熱装置は、所定の、具体的には交換器設備の機械的に敏感な構成部分に割当てられ、目標を絞った形で非アクティブ化するか、または単純に動作させないことが可能である。

還元剤溶液の凝固を通して特に重い負荷がある部分を持つ構成部分は、これらの構成部分が最終手段として凝固されたとき単純に加熱されない。第１加熱装置が作動しない場合、第１加熱装置に割当てられた交換器設備の構成部分の少なくとも１つの、還元剤溶液の凝固点以下への冷却は許可される。その結果、この最初の、敏感な構成部分の還元剤溶液は、最初に、他の加熱された構成部分よりも前に、凝固する。

さらに第２加熱装置は、第２加熱装置に割当てられた交換器設備の第２構成部分のいずれか１つが凝固点より上の温度を維持するような方法で作動する。第２加熱装置が、少なくとも第２構成部分の還元剤溶液の凝固を防ぐ一方で、少なくとも第１の敏感な構成部分、または構成部分の領域の凝固は、許可される。少なくとも第２構成部分の還元剤溶液の凝固は、その結果、凝固に関連して付随する容積の増加に関して重要ではない。このように還元剤溶液は結局、第２の、敏感でない構成部分の中で第１構成部分より後に凝固する。

各構成部分に割当てられた加熱装置はそれぞれ別の操作が可能なため、交換器設備の構成部分の凝固の時間ベースのシーケンスは規定されることが可能であり、各構成部分に割当てられた加熱装置は、交換器設備の別の加熱装置への時間的なオフセットで相応に操作される。したがって、敏感な構成部分は加熱装置の開始のシーケンスを規定することにより、保護することが可能である。

このように、交換器設備の敏感な構成部分は比較的費用対効果に考案することが可能であり、高額な予防措置を回避できるため、構成部分の中に在る還元剤溶液の容量の増加の補償を容易にする。また、敏感な構成部分の個々の部分は、単に還元剤溶液の容積の最小限の増加に伴う圧力上昇に対処するように設計することができ、これは構成部分が最終手段または第１凝固として融解した場合にもたらされる。この方法により、凝固した還元剤溶液による損害に対する、特に優れた防護を達成することができ、同時に交換器設備は好ましい価格の構成部分で製作することができる。

融解操作における本発明の好ましい実施形態では、交換器設備の少なくとも第２構成部分は、少なくとも１つの第１構成部分よりも前に、凝固点以下の温度から還元剤溶液の凝固点の温度まで使用されることになる。もし、例えば、第２構成部分が補給容器で、第１構成部分が調量装置の場合、加熱装置の時間的に適切なオフセットの融解操作で、補給容器の凝固した還元剤溶液が最初に設定され、その後調量装置の凝固した還元剤溶液が融解する。

交換器設備の敏感な構成部分が最後に融解し、交換器設備のより敏感でない構成部分が最初に融解することも可能である。したがって、融解した還元剤溶液を既に含むより敏感でない構成部分は、受入領域を提供し、後で加熱された構成部分の融解で形成された液状の還元剤溶液が吸収され得る。さらに、凝固した還元剤溶液の増加した容積は受入領域に浸入し、その後凝固した還元剤溶液を凝固点以下の温度から凝固点の温度まで加熱する。

さらに本発明の好ましい実施形態では、少なくとも第１構成部分は交換器設備の調量装置を含む。この構成部分はすなわち比較的複雑かつ敏感である。一緒に接続されている調量装置の周辺領域または周辺または交換器設備の構成部分の融解前に、調量装置の融解もしくは調量装置の特定の容積の領域は、特に望ましくない損害を発生させる可能性がある。同様のことは、周辺領域もしくは調量装置の接続した構成部分もしくは周辺領域もしくは交換器設備の相互接続された構成部分の凝固後の、調量装置もしくは調量装置の特定の容積の領域の凝固にも適用される。しかし、もし、調量装置の領域で、または調量装置の特定の容積の領域で、調量装置の周辺の容積領域の凝固より前に、もしくは調量装置に接続された構成部分の凝固より前に、還元剤溶液の凝固の発生が容認された場合、おそらく割当てられた第１加熱装置は独立に、または、第２加熱装置に対するタイムオフセットを備えて操作され、その後凝固した還元剤溶液は周辺の、交換器設備のまだ凝固していない部分への経路を発見することが可能であり、敏感な調量装置への損害は防げる。また、調量装置への経路を自ずから作る還元剤溶液の容積増加は、したがって、還元剤溶液の温度の、凝固点への低温からの接近によって補償され得る。

あるいは、しかし望ましくは、さらに、交換器設備の少なくとも第１構成部分は還元剤溶液の調量装置の加圧のためのポンプ装置を含む。ポンプ装置で内圧のすなわち特に顕著な増加は、凝固点への早期の接近が原因で、または他の構成部分の融解より前の融解が原因で、発生することがあり、損害に繋がり避けるべきである。同様のことは、ポンプ装置の後期の凝固にも適用される。つまり、ポンプ装置も比較的敏感な構成部分であり、特別な方法による防護を必要とし、構成部分の順々の凝固のシーケンスを考慮することが好ましく、そのような装置同様の優先順位で注意を払われることが好ましい。

一方、融解においては、ポンプ装置が最初に還元剤溶液の凝固点の温度以下の温度から凝固点の温度まで温められる場合、ポンプ装置に接した交換器設備の構成部分が溶剤の融解により、すでに余分の容積のためのスペースを作っている場合、これは好ましい。

交換器設備の構成部分の少なくとも第２構成部分の１つが、調量装置に繋がる吸入管および／または調量装置から補給容器への戻り管を含む場合、さらに有利であることが示される。もし、すなわち加熱した管が同じ液状の還元剤溶液を含む場合、調量装置の領域および／または、凝固点まで加熱もしくは冷却されたポンプ装置の領域にある還元剤溶液の容積の増加は、凝固した接続管により妨害されない。

本発明のさらに好ましい実施形態は、交換器設備の少なくとも第２構成部分が補給容器を含む。もし、すなわち凝固の補給容器が最終的に、還元剤溶液の凝固点を越える温度で保たれたら、交換器設備の残りの構成部分の凝固により増加した追加容積は、特に簡単に補給容器に到着することができる。一方、交換器設備が融解するとき、補給容器は、交換器設備の残りの構成部分より前に、特に好ましく加熱され得る。そして、すなわち補給容器は還元剤溶液の追加容積を特に簡単に吸収し、それは交換器設備の残りの構成部分のその後の加熱までに、凝固点以下の温度から凝固点まで形成する。

加熱装置は、吸入管および／または戻り管の還元剤溶液の凝固点以下の温度までの冷却が、補給容器のこの温度までの冷却より前に許可可能な方法で操作可能であることが好ましい。このことは、凝固した溶液により管が片面でブロックされており、吸入管または戻り管内の還元剤溶液の凝固は重要でないという事実を考慮している。交換器設備の指定された管は簡単にまた経済的な材料から構築可能であり、還元剤溶液の容積の増加に対処するために十分に順応的である。

これはまた、加熱装置が、吸入管および／または戻り管の凝固点までの加熱が、補給容器のこの温度までの加熱の後に発生するような方法で操作可能であるときに、追加的にまたは代替的に適用される。凝固した場合、膨張した還元剤溶液は、凝固点までの加熱中に補給容器側のラインに圧力を形成し、これが弾性材料から形成されている場合、このラインが曲がる場合がある。例えば、合成エラストマー材料は、管の材料として使われることができ、具体的には、エチレン−プロピレン−ジエンゴムまたはエチレン−プロピレン−ジエンモノマー（ＥＰＤＭ）などである。

さらなる利点は、交換器設備が、補給容器からポンプ装置に繋がる管部分を加熱するための加熱装置、およびポンプ装置から調量装置につながる別の管部分を加熱するためのさらなる加熱装置と結合した場合に得られることが示される。このように、管部分の凝固または融解の詳細なシーケンスが提供可能であり、その中で加熱装置の操作の時期は適切に順序配列される。

最後に、加熱装置のために提供された少なくとも１つの制御装置の始動のために、温度センサーが外気温度獲得のために結合されている場合、それはまた有利であることが示される。このように、必要な加熱力は融解処理に特に優れて調節されることが可能である。また、好ましいシーケンスにおける構成部分の凝固が開始される間、加熱および／またはシーケンスまたは加熱操作の操作期間は、外気温が制御装置に考慮されているときは適切に効果的におよび能率的に調節されることが可能である。具体的には、車両の内燃機関のスイッチオフに関連して、交換器設備の構成部分の第１加熱装置は、後加熱操作として操作されることが可能である。後加熱操作の提供は、外気温が調節可能な所定のしきい値温度以下に、例えば−１１℃に設定されたとき、特に好ましい。

そのような、個々の加熱装置または交換器設備の利用可能な加熱装置の一部の後加熱操作は、所定の期間の内燃機関のシャットダウン後に、対応する加熱装置がアクティブ状態を保持するかまたは所定の期間アクティブ状態にする設定を含むことができ、一方交換器設備のその他の加熱装置は非アクティブ化するかまたは非アクティブ状態のままである。後加熱操作では、交換器設備の選択された１つ以上の加熱装置は、非アクティブ期間の内燃機関のシャットダウン直後の所定の第１期間の後に、所定の第２期間のために、スイッチを入れることが可能である。このように、割当てられた領域または交換器設備の割当てられた領域の凝固は、効果的に遅らせるかまたは防ぐことが可能である。

後加熱操作では、継続的な切れ目のない又は時限周期による加熱は、好ましくは外気温に依存した所定の時間比および、独立した交互のフェーズのオンとオフを伴い実行することが可能である。この場合、アクティブな切り替えの時間幅は、時限操作の期間に関連付けることが可能である。オン・フェーズで時限操作を使用すると、例えば分の範囲など、オフ・フェーズも同様に分の範囲で、ある種の加熱された領域の凝固は、加熱能力の削減をもって防ぐことができる。第１および第２時限はしたがって、温度センサーによって測定された外気温の機能として確立されることが好ましい。また、時間ベースの加熱操作サイクルによる時間比は、外気温に依存して確立することが可能である。これは、例えば、適切な予備調査を経て行うことが可能である。後加熱操作は、加熱された領域に隣接する領域が凝固し、容積の膨張がこの領域からはもはや予測されないときは、終了することが好ましい。

本発明に従って調量装置の操作のための方法は、排気装置での排気ガスの後処理のための還元剤溶液の導入のための調量装置を含み、調量装置は少なくとも１つの管を介して還元剤溶液の補給容器と接続し、調量装置は少なくとも１つの加熱装置を使用することで加熱される。その結果、交換器設備の少なくとも１つの第１構成部分は割当てられた第１加熱装置を使用して加熱され、交換器設備の第２構成部分に割当てられた少なくとも１つの第２加熱装置とは別個に操作される。

この方法は、交換器設備の異なる構成部分、および／または交換器設備の構成部分の異なる領域を通して、構成部分の凝固もしくは融解シーケンス、または、構成部分もしくは交換器設備の構成部分の領域の凝固もしくは融解する時点を決定することで、凝固した還元剤溶液によって生ずる損害から交換器設備の敏感な構成部分を特に優れて防護することが可能である。

本発明によれば、交換器設備について説明された利点と好ましい実施形態は、本発明に従う方法およびその逆の場合でも適用される。

機能および上記の説明で指定された機能の組み合わせは、以下の説明の図で指定される、および／または図のみで示されるものと同様に、本発明の範囲から逸脱することなしに、それぞれに所定の組み合わせで適用されるだけでなく、他の組み合わせまたはそれ自身でも適用可能である。

本発明のさらなる利点、機能および詳細は、特許請求の範囲、好ましい実施形態の以下の説明、および図面に基づく以下の説明から明らかになるであろう。

車両の排気装置に尿素溶液を供給するための交換器設備を概略的に示す図である。

図に非常に概略的な形態で示された交換器設備１０の実施形態は、車両の排気装置１２へ尿素溶液を供給するために機能する。排気装置１２は、少なくとも１つの排気ガス後処理装置を持ち、本説明ではより詳細には示されていないが、排気ガスからの窒素酸化物を含むアンモニアは窒素および水に変換される。そのような排気ガス後処理装置がいわゆるＳＣＲ−触媒交換器（ＳＣＲ＝選択的触媒還元）の形状をとることが可能であると、選択的触媒還元反応でアンモニアおよび窒素酸化物の指定された変換が発生する。

尿素溶液は調量装置１４を使って排気装置１２へ注入される。調量装置１４は好ましくはニードル弁の形式である絞り弁を含み、その開放により尿素溶液が排気装置１２に噴霧されるという効果を持つ。調量装置１４から排気装置１２への対応する経路は、図の矢印１６によって概略的に示される。調量装置１４および絞り弁はしたがって、排気装置または消音機と排気ガス後処理装置が結合したハウジングの上に直接据えつけられる。調量装置１４も、排気装置１２へ注入する尿素溶液の量を決定するためのセンサーを持つ。

外気温が低いとき、尿素溶液が凝固する場合がある。尿素溶液の凝固または融解の時点を確立するために、具体的には、調量装置１４または調量装置１４の規定された部分において、加熱装置１８が調量装置１４に供給され、調量装置１０の制御装置２０によって制御され得る。制御装置２０はまた、調量装置１４を使って排気装置１２へ注入する尿素溶液の量を規定するために機能する。加熱装置１８は電気ヒーターの形状を取ることが好ましく、具体的には自己制御のＰＴＣ要素である。

以下では、制御装置２０は、各接続２２を介した加熱装置１８との接続の方法と手段についてより詳細な説明が行われていない。制御装置２０を使って加熱装置１８を制御することにより、結果として、調量装置１４の凝固した尿素溶液は融解するか、または、その凝固は調量装置１４の加熱された領域では少なくとも遅れるかもしくは防ぐことができる。反対に、加熱装置１８のスイッチオフは、制御装置２０が許可されることにより発生し、調量装置１４の尿素溶液は、周囲温度が相応に低いものである限り凝固する。

ポンプ２４は尿素溶液をタンク２６から調量装置１４に運ぶ。加熱装置２８の手段はポンプ２４にも提供され、調量装置１４のための加熱装置１８とは分離して操作することができる。またここでは、ポンプ２４の尿素溶液の凝固は、加熱装置２８のスイッチを切ることで凝固できる。同様に、加熱装置２８を使用して、ポンプ２４内で見つかった尿素溶液を融解するかまたはその凝固を防ぐことができる。

さらに加熱装置３０はタンク２６に割当てられ、相応に低い外気が優先することを条件に、タンク２６の中に在る尿素溶液が融解できること、または、その凝固の防止、または、加熱装置３０のスイッチを切ることにより同様の凝固が許可されることを保証することが可能である。

さまざまな加熱操作の時間幅を変化させることにより、または、加熱装置１８、２８、３０のアクティブ化および非アクティブ化の時間の異なるポイントを工夫することにより、シーケンスを規定することが可能であり、各加熱装置１８、２８および３０に割当てられた交換器設備１０の構成部分は凝固する。図の例では、調量装置１４、ポンプ２４およびタンク２６、またはこれら構成部分の特定の領域が対象となる。

同様に、凝固した尿素溶液が各構成部分の中で融解するシーケンスは制御可能である。凝固した尿素溶液は、凝固点以下の温度から凝固点の温度まで加熱されたとき容積の増加を被る。尿素溶液の容積はまた、液体から個体に変化したときも増加する。

調量装置１４および具体的にはその絞り弁は比較的敏感である。したがって、低外気温時において調量装置１４の尿素溶液が凝固した場合、凝固状態による容積の増加の結果、低減することができないような圧力上昇が発生し、これは調量装置１４および調量装置１４の具体的には絞り弁の部分に取り返しのつかない損害を招く可能性がある。加熱装置１８、２８、３０、３８、４０および４２は、調量装置１４の中に在る尿素溶液が管３４および３６の接続箇所内に存在する尿素溶液が凝固する前に凝固し、相応する容積膨張が調量装置１４に接続された管部分３４、３６の少なくとも１つを介した尿素溶液の排出を利用して発生することができるような方法で制御されれば、これは防ぐことができる。したがって、調量装置１４のための加熱装置１８は非アクティブ化し、一方タンク２６の加熱装置３０および加熱装置３８、４０、４２は管を加熱することが可能である。しかしまた一方で、交換器設備１０のその他の構成部分の１つかそれ以上の加熱装置として、調量装置のための加熱装置１８をより長くアクティブにするか、または、内燃機関のスイッチを切った後のより遅い時点でアクティブにすることも可能である。それによって、例えば有利な方法で、絞り弁の放出口の領域で、具体的には絞り弁のニードル弁座の領域で、そこにある尿素溶液が調量装置内の容積膨張より前に凝固し、放出口と流体接続したままであるものは凝固する。この場合、調量装置１４の加熱装置１８は容積膨張領域を加熱可能であることが好ましい。

例えばＳＣＲ−排気ガス後処理装置のように、調量装置１４が放出口の蓄熱部分側に据えつけられている配置の場合、調量装置１４の加熱装置１８はＳＣＲ−排気ガス後処理装置の温度に依存して操作されることが可能であり、低外気温時、調量装置１４内で、絞り弁の放出口内に存在する尿素溶液は、調量装置１４の放出口領域と流体接続している調量装置１４の領域が凝固する前に、具体的には、調量装置１４の膨張容積領域が凝固する前に、凝固する。
内燃機関のスイッチを切った後の、好ましくは膨張容積領域の範囲に設けられた、調量装置１４の加熱装置１８の操作の時点と期間は、ＳＣＲ−排気ガス後処理装置の熱容量と、および外気温に依存してもしくはＳＣＲ−排気ガス後処理装置の気温として適合されることが好ましい。

類似した方法により、加熱装置の制御を通して、ポンプ２４に位置する尿素溶液は、管部分３２、３４にある尿素溶液が凝固する前に凝固することが保証できる。また、ポンプ２４は比較的敏感なため、ポンプ２４で尿素溶液が凝固することにより高い内圧が発生し、それがポンプ２４から放出できない場合に、損害が発生することが予測できる。一方、交換器設備１０のタンク２６を含む交換器設備の領域が最後に凝固することはあまり重要ではないため、調量装置１４、ポンプ２４、吸入管部分３２、３４および戻り管３６は既に凝固した尿素溶液を含んでいても良い。

特に好ましい形態において、交換器設備１０の敏感な構成部分を尿素溶液の凝固を原因とする損害からさらに保護することが可能であり、これらの構成部分、好ましくは調量装置１４および／またはポンプ２４は、拡張可能な気泡またはベローズ領域の形式で、運転中に充填された圧力依存容積膨張領域を持つ。容積を増加するそのような容積膨張領域を拡張することで、その発生を防ぐことができる。ゆえに、ポンプ２４の加熱装置２８および／または調量装置１４の加熱装置１８を使って、各容積膨張領域が加熱されることが特に好ましい。具体的には、ポンプ２４の加熱装置２８および／または調量装置１４の加熱装置１８がより長く、または、内燃機関のシャットダウン後のより遅い時点で、交換器設備１０のその他の構成部分の１つかそれ以上の加熱装置として、アクティブ化される場合、それは有利である。

操作可能な加熱装置３８は管部分３４の加熱のため利用可能であり、ポンプ２４および調量装置１４を接続し、これも同様に別々におよび残りの加熱装置１８、２８、３０とは分けて操作することができる。吸入管の管部分３２は、タンク２６とポンプ２４とを接続しているが、別の加熱装置４０を持つ。

調量装置１４内の尿素溶液がすでに凝固している場合、調量装置１４に割当てられた加熱装置１８はスイッチが切られているため、加熱装置３８は管部分３４に氷が無い状態を保証できる。この方法によって、調量装置１４内の凝固した尿素溶液の容積の増加は、調量装置１４内の内圧の望ましくない増加につながらない。
調量装置１４は、相応に好ましい価格設定および比較的低い圧力に耐える使用のための設計が可能である。

これは類似した方法によってポンプ２４に適用される。ここで、ポンプ２４に割当てられた加熱装置２８は加熱装置３８および４０より先にスイッチを切ることが可能であり、その結果、ポンプ２４内の尿素溶液は凝固が可能であり、この方法で得られた容積膨張は単純に吸入管内の液状のままの尿素溶液の排出につながる。

管部分３４が、例えばＥＰＤＭのような特別なゴム材料で作られている場合、調量装置１４およびポンプ２４が同時に凝固することが許容され、これは、その後、液状の尿素溶液の容積が、加熱装置３８による加熱で拡張した管部分３４に空間を見出すことを可能とする。

管部分３２が加熱装置４０を使って加熱されている限り、凝固した尿素溶液の容積の増加によってポンプ２４の中に排出された液体尿素溶液の容量は、タンク２６に収容することができる。タンク２６の領域では、加熱装置３０はタンク２６の尿素溶液が最後に凝固することを保証できる。戻り管３６の領域では、追加の別々に制御可能な加熱装置４２は、調量装置１４がすでに凝固した尿素溶液を含むときであっても、戻り管３６が氷が無い状態を維持するために提供される。これにより、管、調量装置１４、ポンプ２４およびタンク２６が各加熱装置１８、２８、３０、３８、４０、４２を使って別々に加熱されることが可能であり、凝固のシーケンスは、各加熱装置１８、２８、３０、３８、４０および４２の時間オフセット制御を採用することにより規定可能である。

制御装置２０はこの結果、外気温の機能として、調量装置１４のための加熱装置１８をアクティブ化することができる。加えて、あるいは代替的に、制御装置２０は、ポンプ２４のための加熱装置２８、３０およびタンク２６がそれらに割当てられた構成部分に既に熱を放出しているかどうかに依存して、加熱装置１８を制御できる。加熱装置１８のアクティブ化は、具体的にはＰＴＣ加熱の形式をとることができるが、加熱装置２８および３０の操作の時間遅延を操作することもできる。制御装置２８、３０がそれらが割り当てられている構成部分をすでに加熱している場合、制御装置２０は加熱装置１８を制御できない。

同様に、加熱装置１８、２８、３０、３８、４０、４２が融解モードで操作されているとき、融解シーケンスは規定可能である。融解モードでは、タンク２６にある凝固した尿素溶液を融解するために、加熱装置３０は最初に操作される。この目的のために、まず凝固した尿素溶液は凝固点以下の温度から凝固点まで、固体から液体への相転移が発生するところまで加熱される。容積の増加は、尿素溶液の凝固点への接近によって発生するが、これに関し比較的鈍感であるタンク２６の領域では問題ではない。加えて、タンク２６が満杯でない場合、気体の容積は利用可能であり、それは圧縮が可能である。

そして、融解操作において、吸入管部分３２、３４および凝固点への戻り管３６の加熱のための加熱装置３８、４０および４２、そしてこれらの管の中の尿素溶液の凝固点まで、およびその後の融解が操作される。尿素溶液の凝固点に接近するときに容積の増加が管の中で発生する場合、タンク２６内には追加の容積のための利用可能なスペースがあるため、これは同様に問題ではない。また、管は弾性材料から形成することができ、容積の増加はこの方法で補償される。

交換器設備１０のこれらの構成部分が融解されたとき、ポンプ２４および調量装置１４の融解は、加熱装置２８および１８を使用して発生する。融解操作において、調量装置１４およびポンプ２４の領域で尿素溶液が加熱される間、容積の増加が発生し、この追加した容積によって、管およびタンク２６内のスペースは利用可能になる。ポンプ２４および調量装置１４の領域で融解した尿素溶液は、利用可能な管を介して妨げられることなくタンク２６に運ばれることが可能である。

制御装置２０は温度センサー４４と繋がれており、車両の外気温を測定する。この方法で、加熱装置１８、２８、３０、３８、４０および４２の加熱力は特にシンプルに、尿素溶液の凝固点を上回る温度維持の、または融解処理中の凝固点の温度達成の、それぞれの要件に調節されることが可能である。また、得られた外気温に依存して、どのシーケンスおよびどの加熱装置と、どの時間幅内で、交換設備１０が内燃機関のスイッチを切った後アクティブ化または非アクティブ化すべきかを確立することが可能である。

加熱装置１８、２８、３０、３８、４０、４２は、電流で給電された加熱要素および／または熱交換器として形成されることが可能であり、貫通流の加熱媒体、具体的には車両のエンジンの加熱された冷却材のような加熱された液体から、熱を放出する。

具体的には、ポンプ２４およびタンク２６のための加熱装置２８、３０ならびに管のための加熱装置３８、４０、４２は、熱交換器として形成されることが可能である。このように、エンジン制御装置を介して加熱装置２８、３０の操作を制御することが可能であり、エンジン温度の調節が可能である。管部分３２、３４および戻り管３６の加熱のための加熱装置３８、４０、４２は、具体的には、排気ガス後処理のための制御装置によって制御されることが可能であり、制御装置２０、エンジン制御装置、排気ガス後処理装置のための制御装置は、融解操作および凝固が必要なときの、加熱装置１８、２８、３０、３８、４０および４２の操作の正しいシーケンスを保証するために、互いに交信する。

さらに有利な実施形態では、交換器設備１０の尿素溶液の移転のための管の少なくとも１つは、好ましくは戻り管３６は、適切な加熱装置を経由している２つの独立した加熱可能なセクションを持つ。これにより、戻り管２６、およびその他の管も、少なくともその全体の長さを越えて加熱されることができることが、一般的に好ましい。戻り管３６の加熱装置４２は、タンク２６の近くに配置された第１の長さの管、および接続された第２の管部分を、互いに別々に加熱することができるような種類であることが特に好ましい。この配置では、第１箇所は第２箇所よりも短く作られることが好ましい。最低限の環境温度に達しないことにより凝固の危険が確立された場合、交換器設備１０の加熱装置１８、２８、３０、３８、４０および４２は、その他の構成部分および管もしくは交換器設備１０の管部分より先に、戻り管３６の第１箇所が第１構成部分として凝固するような方法で操作および制御される。これはたとえば、第１管部分の加熱が他より先にスイッチを切られた場合に、達成可能である。第１管部分に在る尿素溶液の早期の凝固は、ブロッキングの影響をもたらす。この方法で、戻り管３６との流体接続にある交換器設備１０の他の構成部分が、タンク２６に在る尿素溶液の連続した凝固を原因とする戻り管３６を介した容積膨張により負荷を受けることを防ぐ。

類似の方法により、管部分３２の加熱装置４０は、好ましくはタンク２６の近くに配置された第１管部分とそれに接続された第２管部分とが互いに別々に加熱されることができるような方法で形成されることが、追加的にもしくは代替的に可能である。凝固の場合、交換器設備１０の加熱装置１８、２８、３０、３８、４０および４２は、管部分３２の第１部分が最初に凝固するような方法で操作および開始される。戻り管３６および管部分３２が共に、上述のように、加熱可能な第１および第２部分を持つ場合、凝固のときは、この第１管部分の凝固が、交換器設備の他の構成部分および／または管または管部分より前に許可される。この方法により、吸入側および戻り側の両方のタンク２６のブロッキングが容易になる。そのため、タンク２６にある尿素溶液の凝固で、タンク２６と流体接続している交換器設備１０の他の構成部分の容積膨張が原因の圧力負荷と関連して生じる負荷は、予防可能である。凝固点に到達するかそれを越えたとき、加熱装置４０および／または４２は他の加熱装置２８、２８、３８の後にアクティブ化することが好ましい。したがって、尿素溶液の融解後の第１管部分または第１管部分の融解は、交換器設備１０のその他の領域の尿素溶液の融解後に発生する。

最後に、調量装置１４および／またはポンプ２４の効果的な防護のために、加熱装置１８、２８は圧力依存膨張容積領域の近くに配置されることが好ましい。凝固の危険がある場合、調量装置１４および／またはポンプ２４に割当てられた加熱装置１８および２８は、対応する膨張容積領域が、膨張領域と流体接続した交換器設備１４およびポンプ２４の周辺領域より長く氷が無い状態を維持するような方法で作動する。具体的には、内燃機関のスイッチを切った後の再加熱モードでの外気温のしきい値を超えると、膨張領域を周辺領域よりも長く氷が無い状態にするため、対応する膨張容積領域がアクティブ化されるかまたはアクティブになることが可能である。一方、加熱装置３０、３８、４０および４２は早期の時点で、具体的には、内燃機関のスイッチが切れるのとほぼ同時に、非アクティブ化されることが可能である。この方法で、各圧力依存膨張容積領域は、容積膨張に起因する尿素溶液排出を受け入れるための利用可能な十分な時間の維持を保証できる。

再加熱モードは、内燃機関のスイッチを切った直後かまたは、規定の待ち時間の後に起動する。具体的には、内燃機関のスイッチを切った後の、外気温に依存した待ち時間の後である。再加熱操作はしたがって、あらかじめ決められた交換器設備１０の構成部分または調量装置１０の構成部分の領域の加熱時間を含む。スイッチングの遅れおよび／または時間が決められた加熱操作の加熱段階は、したがって外気温に依存して調節可能であることが好ましい。

融解操作のために、圧力依存膨張容積領域が早期に、具体的には交換器設備１０の他の領域より前に、融解されるような方法で、加熱装置１８、２８、３０、３８、４０および４２をアクティブ化することが有利である。

全体的には、本発明によれば、交換器設備１０は、交換器設備１０の様々な構成部分および領域で凝固の危険が確立される場合のために、規定の加熱装置は互いに別々に操作可能であり、そのため個々の構成部分または個々の領域または構成部分および領域の凝固のシーケンスがあらかじめ決定されるか設定されることが可能であることを特徴とする。これは類似した方法で同様に、交換器設備１０の領域または構成部分の融解に適用される。したがって、調量装置１０内の尿素溶液の凝固または融解の環境での損害は、特に確実かつ効果的に回避可能である。具体的には、加熱装置の指定の個別の作動は、シャットダウン期間または車両が運転外であり、内燃機関と調量が使用不可であるときに、提供される。凝固による損害を防ぐために、加熱装置の個別の作動は外気温のしきい値を下回るときに起こる。融解による損害を防ぐために、加熱装置の個別の作動は内燃機関の起動シーケンスに直接関係して起こることが好ましい。通常の車両および調量操作の場合、規定の加熱装置１８、３０、２８、３８、４０および４２は問題なくエネルギーを供給でき、したがって交換器設備１０の凝固によるリスクは、通常は無い。

Claims (20)

1. 排気装置（１２）、具体的には車両の排気装置への、前記排気ガス後処理のための還元剤溶液の供給のための調量装置（１４）を備えた交換器設備であって、前記還元剤溶液のための補給容器（２６）を有する少なくとも１つの管（３２、３４、３６）を介して接続され、前記交換器設備（１０）の少なくとも１つの構成部分（１４、２４、２６、３２、３４および３６）の加熱のための少なくとも１つの加熱装置（１８、２８、３０、３８、４０および４２）を備え、
   前記交換器設備（１０）の少なくとも第１構成部分（１４、２４）が第１加熱装置（１８、２８）に割当てられ、前記交換器設備（１０）の少なくとも１つの第２構成部分（２６、３２、３４および３６）の前記加熱のための第２加熱装置（３０、３８、４０および４２）とは別に操作されることが可能であることを特徴とする交換器設備。
2. 前記加熱装置（１８、２６、２８、３２、３４、３６）が、前記第１構成部分（１４、２４）または前記第１構成部分（１４、２４）の部分領域の凝固する時点および／または融解する時点が、前記第２構成部分（２６、３２、３４、３６）および／または前記第１構成部分（１４、２４）の１つの部分の凝固する時点および／または融解する時点と関連付けられて決定されることが可能であるような方法で割り当てられ操作可能であることを特徴とする、請求項１に記載の交換器設備。
3. 融解操作で、前記交換器設備（１０）の少なくとも１つの第２構成部分（２６、３２、３４、３６）の少なくとも１つの領域が、少なくとも１つの第１構成部分（１４、２４）より前に、前記還元剤溶液の前記凝固点以下の温度から前記凝固点の前記温度までもたらされることを特徴とする、請求項１または２に記載の交換器設備。
4. 少なくとも１つの第１構成部分が、前記交換器設備（１０）の前記調量装置（１４）を含むことを特徴とする、前記請求項１から３のいずれか１項に記載の交換器設備。
5. 少なくとも１つの第１構成部分が、前記還元剤溶液を有する前記調量装置（１４）の加圧のためのポンプ装置（２４）を含むことを特徴とする、前記請求項１から４のいずれか１項に記載の交換器設備。
6. 前記交換器設備（１０）の少なくとも１つの第２構成部分が、前記調量装置（１４）に繋がる吸入管（３２、３４）および／または前記調量装置（１４）から前記補給容器（２６）に繋がる戻り管（３６）を含むことを特徴とする、前記請求項１から５ののいずれか１項に記載の交換器設備。
7. 前記交換器設備（１０）の少なくとも１つの第２構成部分が前記補給容器（２６）を含むことを特徴とする、前記請求項１から６のいずれか１項に記載の交換器設備。
8. 前記加熱装置（３８、４０、４２）が、
   −前記吸入管（３２、３４）および／または前記戻り管（３６）の前記凝固点を下回る温度までの冷却が、前記補給容器（２６）のこの温度までの前記冷却より前に発生し、および／または、
   −前記吸入管（３２、３４）および／または前記戻り管（３６）の前記凝固点までの加熱が、前記補給容器（２６）のこの温度までの前記加熱より後に許可される、
   ような方法で操作可能であることを特徴とする、請求項６または７に記載の交換器設備。
9. 前記補給容器（２６）からポンプ装置（２４）に繋がる管部分（３２）の前記加熱のための加熱装置（４０）、および前記調量装置（１４）に繋がる管部分（３４）の前記加熱のためのさらなる加熱装置（３８）を特徴とする、前記請求項１から８のいずれか１項に記載の交換器設備。
10. 少なくとも１つの前記加熱装置（１８）を制御するために設計された制御装置（２０）が外気温の検出のための温度センサー（４４）と結合されていることを特徴とする、前記請求項１から９のいずれか１項に記載の交換器設備。
11. 前記第１加熱装置（１８、２８）および／または前記第２加熱装置（３０、３８、４０、４２）が、前記車両の内燃機関のスイッチオフと関係した再加熱モードで操作可能であることを特徴とする、前記請求項１から１０のいずれか１項に記載の交換器設備。
12. 前記調量装置（１４）の前記加熱装置（１８）が、再加熱モードにおいて、設定することができる期間のために、前記内燃機関の前記スイッチオフ直後に前記加熱装置（１８）がアクティブ化するような方法で操作可能であることを特徴とする、前記請求項１１に記載の交換器設備。
13. 前記調量装置（１４）の前記加熱装置（１８）が、再加熱モードにおいて、前記加熱装置（１８）が、前記内燃機関の前記スイッチオフ直後に、アクティブな操作の第２期間まで切り替え復帰可能で、それが設定可能であり、非アクティブの第１期間の直後に続き、それが設定可能であるような方法で操作されることが可能であることを特徴とする、請求項１１に記載の調量装置。
14. アクティブ状態の前記加熱装置（１８）が、オンおよびオフの代替で操作するように切り替え可能であることを特徴とする、請求項１１または１２に記載の調量装置。
15. 交換器設備（１０）の操作のための方法であり、排気装置（１２）での排気ガス後処理のための還元剤溶液の供給のための調量装置（１４）を含み、具体的には車両のためのものであり、前記調量装置（１４）が前記還元剤溶液のための補給容器（２６）と少なくとも１つの管（３２、３４、３６）で接続しており、前記交換器設備（１０）の少なくとも１つの構成部分（１４、２４、２６、３２、３４、３６）の少なくとも１つの加熱装置（１８、２８、３０、３８、４０、４２）を使用して加熱される方法であって、
    前記交換器設備（１０）の少なくとも１つの第１構成部分（１４、２４）が割当てられた第１加熱装置（１８、２８）を使用して加熱され、前記交換器設備（１０）の第２構成部分（２６、３２、３４、３６）に割当てられた少なくとも１つの第２加熱装置（３０、３８、４０、４２）とは別に操作されることを特徴とする方法。
16. 前記加熱装置（１８、２６、２８、３２、３４、３６）が、前記第１構成部分（１４、２４）または前記第１構成部分（１４、２４）の部分領域の凝固点および／融解点が、前記第２構成部分（２６、３２、３４、３６）および／または前記第１構成部分（１４、２４）の部分領域の凝固点および／または融解点と関連付けられて確立するような方法で配置され操作されることを特徴とする、請求項１４に記載の方法。
17. 第１加熱装置（１８、２８）および／または第２加熱装置（３０、３８、４０、４２）が、前記外気温がしきい値温度を下回るときに、前記車両の内燃機関の前記スイッチオフと関係した再加熱モードで操作され、それが設定可能であることを特徴とする、請求項１４または１５に記載の方法。
18. 前記調量装置（１４）の前記加熱装置（１８）が前記再加熱モードにおいて、前記加熱装置（１８）が前記内燃機関のスイッチオフと同時に一定期間のアクティブ状態を開始し、それが設定可能であることを特徴とする、請求項１７に記載の方法。
19. 前記調量装置（１４）の前記加熱装置（１８）が、内燃機関のスイッチオフ直後に開始する非アクティブな第１期間の終了直後にアクティブ化する第２期間の設定が可能であることを特徴とする、請求項１７に記載の方法。
20. 前記加熱装置（１８）が、オンおよびオフの交互の時間制御によりアクティブ状態で操作されることを特徴とする、請求項１７または１８に記載の方法。

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