JP4364206B2 - 尿素の加熱と気化のための加熱装置と熱反応器 - Google Patents

Description

本発明は、特に内燃機関用の尿素または尿素溶液の加熱と気化のための加熱装置に関連し、加熱装置は流方向に延在するガス管に設置されるように設計され、加熱装置は、流方向に相互に離間するとともに加熱室を画定する少なくとも二つのガス通過加熱面を有する。

本発明はさらに、特に内燃機関用の尿素または尿素溶液の加熱と気化のための熱反応器に関連し、熱反応器は加熱装置と吸入開口部と排出開口部とを含み、吸入および排出開口部はガス管によって相互に接続され、気化エリアはガス管に配置される。

さらに本発明は、尿素または尿素溶液を加熱および気化するための特に内燃機関のための方法に関連し、ガス流は、流方向にガス管を流れ、固体尿素または尿素溶液がガス流へ供給され、固体尿素または尿素溶液が加熱されて蒸発し、ガス流とともに除去される。

この種の熱反応器と加熱装置は、例えばディーゼルエンジンの窒素酸化物など、内燃機関の排気ガスを清浄化するのに使用される。清浄化は、いわゆるＳＣＲ（選択触媒還元）法によって実施される。ＳＣＲ法では、適当な還元剤の添加により窒素酸化物が触媒中の窒素と水に化学変換される。還元剤としては蒸気またはガス状のアンモニアが使用されることが多く、このアンモニアは、蒸発と続く熱分解および加水分解によって尿素または尿素溶液から発生する。発生したアンモニアは、排気ガス流へ供給される。

尿素溶液の蒸発と熱分解のための加熱装置は、例えばＤＥ４０３８０５４Ａ１に記載されている。加熱装置蒸発器は、三つの部品に分割される金属ハニカム体で構成され、高温排気ガスを用いて間接的に、または電気によって直接的にこのハニカム体を加熱することが可能である。ハニカム体は、実際のＳＣＲ触媒の上流の排気ガス管に配置される。蒸発器の上流の排気ガス管へ放出を行うノズルにより、流体管を介して尿素溶液が排気ガス流へ導入される。尿素溶液は、ノズルによって排気ガスの流方向に蒸発器へ噴霧される。ＤＥ４０３８０５４Ａ１の装置の欠点は、蒸発器に広いスペースが必要であることと、噴霧される尿素溶液の混合が不均一なことである。

不均一分布の問題は、ガス管へ放出を行うノズルの下流に多部品の蒸発器を使用することにより、ＤＥ４０３８０５４Ａ１を改良したものであるＤＥ４２０３８０７Ａ１で解決されている。それぞれの蒸発器部分は、流方向に対して径方向に排気ガス流を偏向させて攪拌するスリットを有する。この公報の蒸発器の場合には、多数の蒸発器部分の間に間隙が設けられるように、蒸発器部分が順に配置される。この間隙は、蒸発器部分で発生した径方向の流れが激化する混合エリアとなる。

水性の尿素溶液の欠点は、乾燥した固体尿素と比較して大きな重量と容量を必要とすることである。さらに、尿素溶液は−１２℃未満の低温で凍結するため、保管容器と輸送および計量システムは低温に加熱されなければならない。尿素溶液の別の短所は、溶媒水の蒸発のために追加エネルギーが印加されなければならないことである。

水性の尿素溶液の代わりになるものとして、例えばＤＥ１０２０６０２８Ａ１は、ＳＣＲ法における還元剤の出発物質として乾燥尿素の使用を提案している。乾燥尿素は、粒状材料、粉末、小球として保管容器から計量され、圧縮空気とともに熱反応器へ供給される。反応器はアンモニアを発生させる役割を持ち、熱分解ゾーンと加水分解ゾーンとを備える加熱室を含む。固体尿素を蒸発させて熱分解する電気加熱装置は、熱分解ゾーンに配置されている。ＤＥ１０２０６０２８Ａ１の熱分解ゾーンの欠点は、加熱金属面を一つのみ備える反応室において不均一な温度分布で固体尿素の気化が行われることである。さらに、この装置の場合に発生するアンモニアもやはり、別のガス管を介して排気ガス流へ導入されなければならない。結果的に、ＤＥ１０２０６０２８Ａ１の反応器を直接、ガス管に一体化することは可能でない。

そのため本発明は、加熱装置と、熱反応器と、固体尿素または尿素溶液の加熱と気化のための方法とを改良することと、加熱装置が切り換えられた直後でも、加熱室での反応時間を短くすることと、加熱室の温度分布を均一にすることに基づいて、排気ガス管における尿素の安定した気化を達成することを、その目的とする。

本発明によれば、少なくとも二つの加熱面の間の加熱室へ放出を行うとともに、尿素または尿素溶液が加熱室へ供給される際に通る流入開口部によって、最初に述べた加熱装置についてこの目的が解決される。

熱反応器については、気化エリアに配置された加熱室を加熱装置が含むことで本発明によりこの目的が解決され、この加熱室は、ガスが通過できる加熱面によって吸入および排出側でこの加熱室が画定され、加熱装置はさらに、加熱面の間の尿素または尿素溶液のための流入開口部を含む。

最初に述べた方法では、二つの加熱面の間のガス管へ尿素または尿素溶液を供給することによって、この目的が解決される。

これらの驚くほど簡単な解決法は、加熱面が配置された二つの側から少なくとも加熱室が加熱され、そのため、加熱装置が切り換えられた直後に、固体尿素または尿素溶液を加熱分解するのに必要な気化温度にすでに達しているという長所を持つ。ここで加熱面が意味するのは、ガス状物質または尿素または尿素溶液に熱を発する平面体である。さらに、ガス室の少なくとも二つの加熱面の間に位置する空間を表す加熱室を多面から加熱すると、室内の均一な温度制御が保証される。加熱装置が単純な設計であるため、ガス管、例えば内燃機関からの排気ガス管を本発明による加熱装置に合わせて改造すること、または、本発明による反応器を後で導管へ組み込むことが可能である。

このように改良された加熱装置と熱反応器と方法は、各々がそれ自体好都合である、相互に独立した様々な実施例によってさらに改善することができる。これらの実施例と、これらの実施例の各々に関連する長所を、以下で簡単に説明する。

例えば、本発明による加熱装置の好都合な一実施例では、基本的には流方向に対して垂直に延びる平面に加熱面が延在する。こうして、特に省スペース装置であるという長所が得られる。加熱室の高さは二つの加熱面の間の距離に相当し、溶液、粒状材料、粉末、球粒など、様々な尿素形状の特定要件に合わせて最適化することができる。このようにして、例えば乾燥尿素球粒の直径に加熱室の高さを適合させることが可能である。

尿素溶液にまつわる周知の問題を回避するため、固体尿素または固体尿素溶液を気化することがこの方法にとって好都合である。固体尿素の場合には、球粒の形の固体尿素または固体尿素溶液の気化が特に有益である。

本発明による方法の場合にはさらに、加熱室の加熱面の間で流方向と基本的に直交して、尿素または尿素溶液をガス管へ導入することが可能である。これに関して、ガス流と平行に尿素を導入するためＤＥ４０３８０５４Ａ１またはＤＥ４００３８０７Ａ１の装置ではやはり必要とされる複雑で高価な管が不要になり、好都合である。

さらに、一層発展させた好都合な加熱装置は、少なくとも二つの加熱要素を含み、加熱面の各々が別々の加熱要素に割り当てられる。熱放散のための加熱面と熱を発生する加熱要素とは、加熱ユニットの部品であり、加熱ユニットはさらに、加熱面のための支持要素または装着手段と電気接触要素とを含む。別々の加熱ユニットの加熱要素によって二つの加熱面の各々が互いに無関係に加熱されるため、この実施例は好都合である。流入または吸入側の加熱面を最初に通過してこの加熱面によって加熱されるガス状物質の流れは、すでに加熱された空気が通過する流出または排出側で加熱面を冷却するよりも強力に、流入側の加熱面を冷却する。こうしてこの実施例は、二つの加熱面を互いに無関係に制御することと、加熱室内の均一な温度分布の保証とを可能にする。

すなわち、最低４００℃の温度で尿素を熱分解して、固体尿素または尿素溶液の有害な沈着物が加熱面に付着することがないため、好都合である。

あるいは、二つの加熱面を単一の加熱要素に割り当てることも可能であり、これにより、第２加熱要素とその接点の必要性を省略できる。この実施例でも、加熱要素の配置により、つまり二つの加熱壁の熱放散面を変化させることにより、二つの加熱面が異なる熱容量を発生させることができる。

少なくとも一方の加熱面の少なくとも一部を加熱螺旋体から形成することにより、特に簡単な方法でガス通過加熱面を製造できる。あるいは、加熱ネット、加熱格子、加熱メアンダー（曲折模様）を使用してもよい。加熱螺旋体の利点は、ガスが通過する開口部の間隙を、螺旋体の巻きによって所望の値へと非常に容易に調整できることである。

加熱螺旋体がロール状加熱バンドまたはロール状管形加熱要素を含むと、特に好都合であることが分かっている。この実施例では、加熱要素から排気ガス流または尿素への有効な熱伝達のため、特に広い加熱面が得られる。さらにこの場合には、加熱螺旋体が同時に加熱面と加熱要素でもあるため、必要な部品が少ない。

ロール状加熱バンドまたはロール状管形加熱要素を含む加熱螺旋体の別の長所は、平らな二次元コイルに加えて、ねじまたは螺旋状の三次元空間構造を形成できることである。その結果、別の実施例によれば、単一の管形加熱要素または加熱バンドから、流方向に互いに距離を置いて二つの平らな加熱螺旋体を形成して、この加熱螺旋体がねじ状部分を介して接続されることが可能である。このようにして、加熱バンドのねじ状部分によって、室のケーシング表面エリアを径方向から加熱できるため、全面で加熱される加熱室が形成される。

別の実施例により、ケーシングの形状で加熱室を囲繞するとともに、少なくとも一つの加熱要素と熱伝達関係にあるヒートシンクが設けられると、加熱室を径方向から加熱することが可能である。さらに、少なくとも一つの加熱面がヒートシンクから形成されるため、ヒートシンクは少なくとも一つの加熱要素と熱伝達関係にある。ヒートシンクが単体で、少なくとも一つの加熱面と加熱室のケーシングの一部とを形成すると、特に好都合である。このようにして、ヒートシンクは、一つの加熱面と加熱室のケーシングの両方を加熱する。

粒状材料または球粒の形状で固体尿素が使用される場合、流入開口部の間隙より狭い間隙を持つガス通過開口部を加熱面が持つ。この好都合な実施例によれば、導入された尿素が加熱面のガス通過開口部よりも広い幾何学的寸法を持つため、尿素または尿素溶液は基本的に二つの加熱面の間で蒸発する。このようにして、加熱面は熱ふるいとなり、これにより尿素は加熱室に留まって加熱され、蒸発した尿素、または蒸発の結果生じるガス状の熱分解生成物のアンモニアとイソシアン酸とが、ガス状物質の流れとともに加熱室から搬出されるのである。

ガスが流れる開口部の間隙を画定して加熱装置の作動中にこれを一定に保つため、加熱面の少なくとも一方は、スペーサによって互いに距離を置いて離間するとともにこうしてガス流開口部を形成する多数の隣接加熱部分で構成される。例えば、加熱螺旋体または加熱メアンダーなど、折り返された加熱面を使用すると、互いに面する加熱要素の隣接面の間の開口部にスペーサを装着することが可能である。この場合には、スペーサが、流れのための開口部の間隙を決定するだけでなく、さらに、加熱面の隣接範囲が接触して、電流が流れる加熱面に短絡を引き起こすことのないようにする。そのため、絶縁材料製のスペーサを使用すると好都合である。

さらに好都合な実施例では、隆起した輪郭エリアがスペーサとして加熱面に形成される。加熱面の隣接部分、つまり加熱螺旋体の個々のループの間の電位差が低いので、結果的に電圧フラッシュオーバーが生じないため、絶縁スペーサの使用が必要ない。隆起範囲が、例えば波形として加熱面に打抜き加工されると、スペーサの装着はもはや必要ない。さらに、輪郭形状により加熱面が増大するとともに安定性が高められる。

尿素の気化を向上させるため、別の好都合な実施例によれば、加熱面が流要素を形成し、これによって作動中に加熱室内の流れを渦流化することができる。渦流化によって、排気、つまり尿素のガス放出成分の混合を良好にし、加熱面からガスの流れおよび尿素への熱伝達を向上させる。例えば、加熱面として形成された加熱螺旋体または加熱メアンダーの加熱バンド、またはガスが通過する開口部として機能する加熱シートのボアホールは、ガス流の方向に対して平行でなく、流方向に対して傾斜させることができる。その結果、ガスの流れが偏向され、加熱面で渦流化する。

絶縁スペーサまたはスペーサを形成する加熱面の打抜き加工物が使用される場合には、同様に、これらのスペーサは流方向に対して傾斜して流要素として配置される。この場合、加熱面でなく、流方向に対して傾斜して設けられたスペーサにおいて、ガスの流れが偏向され渦流化する。スペーサの形状と位置調整によって、特に簡単な方法で偏向方向に影響を及ぼすことができる。

固体尿素または尿素溶液の気化のための熱反応器は、上述した実施例による加熱装置が使用されるという点で、好都合な形でさらに発展させることができる。

ガス管が気化エリアに供給開口部を有して、供給開口部は加熱室のエリア、特に加熱室の流入開口部のエリアに放出を行うと特に好都合である。こうして、ガス管の供給開口部と加熱室の流入開口部とが尿素の流入方向に位置調整されるため、尿素は、ガス管を通って加熱室の内部へ、つまり加熱装置の反応器壁と流入開口部へ、非常に簡単な方法で搬送される。

熱反応器の別の実施例では、加熱装置が熱反応器のガス管を少なくとも部分的に形成する。この場合には、加熱装置はすでに、ガス状物質を通す反応器の壁を形成しているため、この実施例の製造と設置は特に好都合である。

以下では、添付図面を参照して本発明を例として説明する。すでに説明したように、個々の好都合な実施例で様々な特徴を互いに独立して組み合わせることができる。

最初に、本発明にかかる熱反応器の概略を図１に示す。

本発明による反応器１は、ガス管４を介して相互に接続された吸入開口部２と排出開口部３とを含む。ガス管４は反応器壁となり、吸入開口部２のエリアで排出ガス管（不図示）、例えば内燃機関の排出ガス管に接続できる。その結果、吸入開口部２を通って熱分解反応器１へ、排出ガスが流方向Ｓに流れる。

反応器ケーシング４の外径は、吸入開口部２から排出開口部３へ流方向に変化する。流入開口部２の直後の第１流入エリアでは、次の第２気化エリアおよび第３排出エリアよりも直径が短い。第２気化エリアの前の第１流入エリアにおいて、ガス管４は円錐形の拡開部を有する。

気化エリアは直径が一定である。尿素の熱分解のためのこのゾーンには、尿素供給管（不図示）のための接続部品５が形成されている。接続部品５は、パイプのように流方向Ｓと垂直な径方向にガス管４の気化エリアから突出している。ガス管４に放出を行うとともに、流入または進入方向Ｅに尿素が反応器１の気化エリアへ導入および供給される中央供給開口部６を、接続部品は含む。ガス管４の内壁では、ガスが流れる加熱面１０（図１には見られない）によって流入側および流出側が画定される、気化エリアに位置する加熱室１１（図１には見られない）に、供給開口部６が放出を行う。

この構成は図１に見られ、熱反応器１の加熱装置の二つの別々の加熱ユニットの接点７の間で、接続部品５の供給開口部６がガス管４から突出している。

第３排出エリアで、反応器室４は最後に周方向装着フランジ８を有する。周方向フランジ８は、取付開口部９を一定間隔で備え、この取付開口部９は流方向Ｓと平行にフランジ８に製造されている。その結果、この実施例の熱反応器１を、装着フランジ８を介して触媒ハウジングまたはガス管へ結合することが特に容易である。

図２は、Ａ―Ａ線における図１の反応器１の断面図を示し、ガス管４に加熱室１１を形成する加熱面１０ａと１０ｂの構成とその電気接触および絶縁の両方が図示されている。図２では、図１の要素と同一または類似の設計および／または機能を持つ要素には、図１に使用されたものと同じ参照番号が使用されている。

流入側において吸入開口部２から加熱面１０ａへ流方向Ｓに延在する第１流入エリアのガス管４がディフューザのように第２熱分解エリアへ拡開している様子を図２に示す。この構造は、排出ガスの流速が低下してガスの内圧が上昇するという長所を持つ。

ガス管４の第２気化エリアでは、相互に距離を置いた二つの加熱面１０ａと１０ｂとが流方向Ｓに配置され、この加熱面１０ａ，１０ｂはその間に加熱室１１を画定する。供給開口部６の出口は加熱室１１のエリアに配置されているため、ガス状物質の流方向Ｓと垂直な流入方向Ｅに、尿素球粒１２が反応器１の加熱室１１へ供給される。加熱室１１では球粒１２が加熱されて蒸発する。最後に第３排出エリアは、流出側加熱面１０ｂから排出開口部３へ流方向Ｓに延在する。

加熱面１０ａ，１０ｂは流方向Ｓに対して基本的に垂直に延びる平面上に延在し、加熱面１０ａ，１０ｂの各々は別々の加熱ユニットの加熱要素となる。その結果、加熱面１０ａ，１０ｂを介して放出される熱は、他の加熱面１０ａ，１０ｂと無関係に制御される。

図２の実施例による加熱面１０ａ，１０ｂは、螺旋形状の加熱バンドから形成されるため、加熱螺旋体は同時に、加熱ユニット１０，１３，１４の加熱面１０ａ，１０ｂでも加熱要素１０でもある。ここで螺旋コイルの間の距離は、加熱バンドの厚さにほぼ相当する。例えば、０．４から０．８ｍｍの厚さと４から１０ｍｍの幅を持つ熱伝導体合金のバンドを使用して、ロール状にしておよそ３０ｍｍの直径を持つ加熱螺旋体にすることができる。

加熱面１０ａ，１０ｂの一部として折り返された螺旋コイルの間の距離は、加熱面１０のガス通過開口部２３（図２には図示されていない）に相当する。ガス通過開口部２３の間隙は反応器ケーシング４の供給開口部６の間隙よりも狭いため、ガス通過開口部２３は尿素球粒１２よりもかなり小さい。そのため、球粒１２は加熱室１１に残って、ここで加熱され、蒸発し、熱分解される。加熱室１１の大部分は加熱面１０によって画定されるため、加熱室１１内には特に均一な温度分布が達成されて、例えば最低４００℃の温度で球粒１２の急速な蒸発を実施できる。

以下では、図２に示された本発明による実施例の加熱ユニット１０，１３，１４の設計、組立、装着をより詳細に説明し、最初に、流入側に配置される加熱ユニット１０，１３，１４について説明する。この実施例の加熱ユニットは、加熱面および加熱要素１０としての加熱螺旋体１０ａ，１０ｂに加えて、装着ボルト１３と接点ロッド１４とを含む。

接点ロッド１４は、第２気化部分の流入端部に配置される。導電性材料で製作されるロッド１４は、ガス管４の壁の径方向反対側にある二つのボアホールを通り、流方向Ｓに対して垂直に延びる。接点要素の長さは、接点ロッド１４が両端部でガス管４から突出するように測定される。

同様に導電性材料で製作される装着ボルト１３は、導電状態で接点ロッドに接続されている。装着ボルト１３は、接点ロッド１４が押入されるボアホールが貫通するボルトヘッド２４を含む。その結果、ボルト１３は流方向Ｓに固定される。図２では、装着ボルト１３はガス管４の中央に配置される。ボルトヘッド２４に装着されているのは、ボルトヘッド２４から流方向Ｓに延在するボルト本体２５である。ボルト本体２５の外径は、ボルトヘッド２４の直径よりも短い。

流入側に加熱面１０ａを形成するストリップ状の加熱螺旋体１０ａは、ガス管４の中央に保持される。このため、装着ボルト１３の装着本体２５が加熱螺旋体１０ａの中央の中央開口部を貫通するように、螺旋体１０が装着ボルト１３に配置される。流方向Ｓに関して、加熱螺旋体１０ａの流入側の外側側面は、装着本体２５と装着ヘッド２４の外径を異なるものにすることによって形成される装着ボルト１３の肩部と当接する。

図２において、内端部では装着ボルト１３によって、外端部ではガス管４の内壁によって、加熱コイル１０ａは所定の位置に保持される。

加熱体１０ａを装着するため、加熱螺旋体の内端部は、装着ボルト１３の装着本体２４にしっかりと、つまり電流を伝えるように装着され、加熱螺旋体１０ａの外端部は壁ケーシング４の壁にしっかりと固定される。装着は溶接によって行われることが好ましい。しかし、かしめ、クリップ、他の適当な装着手段などの代替接続も、装着に使用できる。

加熱室１１を通り流方向Ｓに対して垂直な平面において、流出側に配置された加熱要素は、流入側の加熱要素の鏡像としてガス管４に組み込まれている。したがって、流出側の加熱要素の装着本体は、流方向Ｓと反対にボルトヘッドから流入側加熱要素１０ａの装着本体１３まで延在している。加熱螺旋体１０ｂも同様に、装着本体に中央で保持されている。

熱反応器１が作動する時には、接点ロッド１４の接点７に電源が接続される。電圧が印加されると、電流が接点ロッド１４を通りボルトヘッド２４とボルト本体２５を介して、加熱螺旋体１０ａの内端部から加熱螺旋体１０ａの外端部まで加熱螺旋体を流れる。加熱螺旋体の外端部は、ガス管４の内壁で導電性によりアース接続され、電気回路を有効に閉じる。

この電流の流れでは、接点ロッド１４をガス管４から電気的に絶縁することが必要である。このため、接点ロッド１４を囲繞する絶縁スリーブ１５が、接点ロッド１４の一部が延在するガス状物質管４の各ボアホールに配置されている。

絶縁スリーブ１５は、スリーブ本体２６とスリーブカラー２７とを有する。スリーブ本体は、片側ではガス管４のボアホールから、他の側では装着ボルト１３のボルトヘッド２４まで延在する。このようにして、両側から接点ロッド１４に径方向に近接する二つのスリーブ本体２６の間に装着ボルトが把持されるため、装着ボルトはガス状物質管４の中央に配置される。

スリーブカラー２７はガス管４の外側に位置し、スリーブ本体２６よりも長い外径を持つ。このようにして、スリーブカラー２７は同時に、反応器ケーシング４の外壁に位置する絶縁ディスクを形成する。

絶縁スリーブ１５と接点ロッド１４とを締結することにより装着ボルト１３を中央位置に保持するため、接点ロッドの両側にはねじ接続が設けられる。

このため、接点ロッド１４の各外端部には雄ねじ山が設けられてこれに座金１６およびナット１７がねじ込まれ、それぞれが各端部において、接点ロッド１４と装着ボルト１３と加熱要素１０とを含む加熱ユニットをガス管４に装着する。当然、ねじナット接続の代わりに、例えばユニットを正しい位置に保持するため、クリップなどの代替装着手段を使用することも可能である。

また加熱室１１を径方向から加熱するため、熱伝導性の高い絶縁層３０、例えばミカナイトのスリーブをガス管４の内壁に沿って気化室に使用できる。この内部絶縁は、ケーシングの形で加熱室１１を囲繞してヒートシンク３０の表面エリアを介して室１１を径方向に加熱するヒートシンク３０となる。絶縁層３０は一点のみに中断箇所を設けて、ここで加熱螺旋体１０の外端部がガス管４のハウジングにアースされる必要がある。

加熱室１１の温度を制御するため、接点ロッド１４は片側に中央測定ボアホール１８を備える。測定ボアホール１８は、ほぼロッド１４の中央まで、ロッドの長手軸に沿って延在する。その結果、温度プローブが測定ボアホール１８に挿入され、加熱面１０ａ，１０ｂつまり加熱室１１の温度を判断するのに使用される。

図３は、熱分解反応器１（図３には図示されていない）の第２気化エリアに加熱要素（１０，１３，１４）がどのように配置されるかが図示された二つの加熱ユニットの概略図を示す。前出の図の部品と設計および／または機能が類似または同一である部品については、同じ参照番号が使用されている。

加熱ユニット１０，１３，１４は、同時に加熱ユニット１０，１３，１４の加熱要素１０でもある加熱面１０ａ，１０ｂと、加熱面１０ａ，１０ｂが装着された装着ボルト１３と、加熱ユニット１０，１３，１４を電源（不図示）へ接続するためと接点ボルト１３を保持するための接点ロッド１４とを含む。

図３は、絶縁スリーブ１５の絶縁本体２７が接点ロッド１４を加熱螺旋体１０ａ，１０ｂから絶縁している様子を示す。さらに、接点ロッド１４の両側のナット１７が絶縁スリーブ１５を接点ロッド１４へ固定するのと同時に装着ボルト１３をロッド１４の中央に保持していることが明白である。さらに、加熱螺旋体１０ａ，１０ｂが装着ボルト１３のボルトヘッド２４と当接して、装着ボルト１３によって中央に保持されていることが明らかに分かる。

最後に、図３は、加熱螺旋体１０ａ，１０ｂの外側加熱螺旋コイル２８ａ，２８ｂが、加熱室１１の方向に、流方向Ｓの軸に沿ってずれていることを示す。このようにして、加熱螺旋体１０ａ，１０ｂの二つの外側加熱螺旋体コイル２８ａ，２８ｂは、加熱室１１を径方向に囲繞する壁を形成する。同時に、二つの外側加熱螺旋体コイル２８ａ，２８ｂは、接触するほどずれてはいない。

さらに、外側螺旋コイル２８ａ，２８ｂは、加熱螺旋体１０ａ，１０ｂを完全に囲繞しないようにしなくてはならない。こうすると、尿素球粒１２が加熱室１１へ供給される流入開口部１９が残るのである。流入開口部１９は、加熱螺旋体の外端部と螺旋コイル２８がずれている箇所との間に配置される。

図４Ａと４Ｂは、本発明による加熱面の特別な実施例の概略図を示す。上述した実施例との唯一の相違を説明する。前出実施例の部品と類似または同一の設計および／または機能を持つ部品については、前出の図と同じ参照番号が使用される。

図４Ａは、図４Ｂに見られるように、巻かれて加熱螺旋体１０となる非コイル状態の加熱バンド２０を示す。

加熱バンド２０は、加熱バンド２０の表面から隆起部として突出するエリアを一定間隔で備える。図４Ａの隆起輪郭２１は、加熱バンド２０の全幅にわたって延びる三角波形２１として打抜き加工される。輪郭２１は加熱バンド２０の長手方向Ｌに対して垂直に延びているのではなく、傾斜角２２だけ長手軸Ｌに対して傾斜して設けられている。このようにして、打抜き部２１は、流方向Ｓで示される、加熱バンド２０の平坦側と垂直に衝突する排気ガス流を偏向して渦流化する流要素として作用するのである。

当然、打抜き部２１の傾斜角２２は、熱反応器１の要件に適合させることができる。さらに、打抜き部２１は必ずしも直線状に延びなければならないわけではなく、排気ガスを渦流化するのに適したいかなる経路を取ってもよい。

図４Ｂは、図４Ａによるロール状加熱バンドの断面を示す概略図である。

この図は、輪郭２１が、上述したように導電体としてだけでなく、ロール状加熱バンド２０の隣接螺旋体コイル間のスペーサ２１としても作用することを示す。その結果、加熱螺旋体１０のループの間に接点が設けられるが、加熱螺旋体１０の電位差が低いため接点はマイナスの影響を持たない。さらに、スペーサは、ロール状加熱螺旋体１０の通過開口部２３を決定する役割も果たす。その結果、スペーサ２１の厚さによって通過開口部２３が容易に画定される。

打抜き部２１の代わりに、例えば接着またはクリップにより、平らな加熱バンド２０にスペーサを形成することも可能である。この場合に絶縁材料のスペーサ２１を使用すると、スペーサ２１は同時に加熱螺旋体１０の連続螺旋コイルの絶縁も行う。

図５は、本発明による加熱装置の別の実施例の概略図である。明瞭化のため、接点ロッド１４と装着手段１３とが省略されている。前出実施例の部品と類似または同一の設計および／または機能を持つ部品については、前出の図と同じ参照番号が使用されている。

図５は、流方向Ｓに相互に離間して加熱室１１を画定する二つのガス通過加熱面１０ａ，１０ｂが単一の加熱バンド２０の一部であることを示す。最初に加熱バンド２０の一端部が上述したように内側から外側へコイル状に巻かれて、螺旋形状の第１平坦加熱面１０ａが形成される。第１加熱螺旋体１０ａは、ガス流の流方向Ｓにおいて、加熱バンド２０の他端部から形成された第２加熱螺旋体１０ｂの上流に延在する。

しかし、第１加熱螺旋体１０ａの外端部はガス管４の壁でアース接続されてここを終端とするのでなく、ガス管４の内壁に沿って流方向Ｓにねじ状に巻かれた部分２９となる。そのため、ねじ状に巻かれた加熱バンド部分２９の長さが、加熱室１１の高さを決定する。

ねじ状の加熱バンド部分がガス管４の壁と接触するのを防止するため、内壁には絶縁層３０が装着されている。第一に絶縁層３０は、加熱バンド２０がねじ状部分２９でガス管４へアースされるのを防止する。第二に、絶縁層３０が熱伝導性材料で製作される場合には、絶縁ヒートシンク３０を介して加熱室１１も径方向から加熱される。

最後に、加熱バンド２０は、流入側加熱螺旋体１０ａに対応して、外側から内側へロール状となった流出側加熱螺旋体１０ｂを終端とする。

加熱システムは、加熱要素、例えば、加熱面１０ａ，１０ｂを介して発せられる熱を発生させる厚膜ヒータ３１として使用することができる。これは図６に示されている。前出の図と類似または同一の設計および／または機能を持つ部品については、やはり同じ参照番号が使用される。また明瞭化のため、加熱要素の電気接点が省略されている。

この実施例の熱反応器１は、一緒に接続されると加熱装置または熱反応器１を形成する流入側加熱ユニット１ａおよび流出側加熱ユニット１ｂで構成される。二つの加熱ユニット１ａ，１ｂは同一の構造を持つため、以下では流入側加熱ユニット１ａについて説明する。

加熱ユニット１ａは、加熱面１０ａを備える支持要素３２ａの上の厚膜ヒータ３１と、ガス伝導性ケーシング部分４ａと、フランジ３５ａとを含む。支持要素３２ａは基本的に円筒形に形成され、加熱面１０ａは円筒形の底面を成し、パイプ部分４ａは円筒形の筒部を成す。その結果、支持要素３２ａは基本的にカップ状または樽状であり、加熱面１０ａは底面となり、表面エリア４ａは壁またはカップの筒部となる。

加熱面１０ａにはいくつかのガス通過開口部２３が形成されているため、ガス流はこの表面を流方向Ｓに通過できる。他方、ガスはケーシング４ａを通過できないため、ケーシング４ａは熱反応器１のガス管４となる。

厚膜ヒータ３１は、ガス通過開口部２３を被覆しないように、カップ状支持要素３２ａの内部で加熱面１０ａに取り付けられる。厚膜ヒータ３１によって発生した熱は支持要素３２ａ，３２ｂに伝達され、これが、加熱面１０ａおよびケーシング部分４ａとともに単体のヒートシンク３２となる。当然、熱を伝導するように厚膜ヒータ３１を他の点で支持要素３２ａに接続してもよい。

支持要素３２ａのフランジ３５ａは、加熱面１０ａの反対に位置するガス管部分４ａの端部のパイプ部分４ａの外側に延びるカラーの形に形成される。

熱反応器１の流出側加熱要素１ｂは、流入側加熱要素１と同一の構造である。二つの加熱要素１ａ，１ｂは、フランジゾーン３５ａ，３５ｂで相互に接続されている。例えば、図６では、二つの加熱要素１ａ，１ｂのフランジゾーン３５ａ，３５ｂは、相互に位置調整されるとともに、ねじまたはクリップ（図６では不図示）などの接続手段を保持する役割を持つ取付開口部３４ａ，３４ｂを有する。

このようにして、二つの加熱ユニット１ａ，１ｂは、支持要素３２ａ，３２ｂにより画定される加熱室１１を備える熱反応器１を形成する。二つの加熱面１０ａ，１０ｂは相互にある距離だけ離間し、流方向Ｓに加熱室１１を画定するのに対して、加熱ユニット１ａ，１ｂの二つのケーシング部分４ａ，４ｂは、熱反応器１のガス管４を形成する。

上の実施例は例としての実施例に過ぎず、その特徴を所望のように組み合わせ、変形することができる。例えば、スペーサとして作用する加熱バンド２０の打抜き部２１は、どのように変形してもよい。さらに、加熱バンド２０の代わりに、加熱フィラメント、または加熱媒体が流れる管形の加熱要素を使用できる。さらに、導電性による加熱システムとともに、他のいかなるタイプの電気加熱システムを使用してもよい。導電性セラミックで製作された加熱面１０ａ，１０ｂから加熱要素１１が形成される実施例も可能である。

本発明による熱反応器の概略図である。 Ａ―Ａ線断面図における図１の熱反応器の実施例である。 図１と２の加熱要素の概略図である。 斜めに延びる輪郭を持つ加熱バンドの実施例の概略図である。 スペーサを備える加熱螺旋体の断面の上面図である。 本発明による加熱装置の第二実施例である。 本発明による加熱装置の第三実施例である。

Claims (24)

1. 流方向（Ｓ）に延在するガス管（４）が設置される、尿素（１２）または尿素溶液の加熱と気化のための内燃機関用の加熱装置であって、
   前記流方向（Ｓ）に相互に離間するとともに加熱室（１１）を画定する少なくとも二つのガス通過加熱面（１０ａ，１０ｂ）を有し、
   前記少なくとも二つの加熱面（１０ａ，１０ｂ）の間の前記加熱室（１１）へ前記尿素（１２）または前記尿素溶液を供給するための流入開口部（１９）を有していることを特徴とする加熱装置。
2. 前記流方向（Ｓ）に対して略垂直に延びる平面に前記加熱面（１０）が延在することを特徴とする請求項１に記載の加熱装置。
3. 少なくとも二つの加熱要素（１０，３１）を含み、前記加熱面（１０ａ，１０ｂ）の各々が前記少なくとも二つの加熱要素（１０，３１）に設けられることを特徴とする請求項１または２に記載の加熱装置。
4. ケーシングの形状で前記加熱室（１１）を囲繞するとともに、少なくとも一つの加熱要素（１０，３１）と熱伝達関係にあるヒートシンク（３０，３２）が設けられることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の加熱装置。
5. 少なくとも一つの加熱面（１０）がヒートシンク（３０，３２）によって形成されることと、該ヒートシンク（３０，３２）が少なくとも一つの加熱要素（１０，３１）に対し熱伝達が可能であることとを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の加熱装置。
6. 前記ヒートシンク（３０，３２）が単体で少なくとも一つの加熱面（１０）と前記加熱室（１１）の前記ケーシング（４）の一部とを形成することを特徴とする請求項４または５に記載の加熱装置。
7. 前記加熱面（１０ａ，１０ｂ）の少なくとも一方の少なくとも一部が加熱螺旋体（１０ａ，１０ｂ）から形成されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の加熱装置。
8. 前記加熱螺旋体（１０）がロール状加熱バンド（２０）を含むことを特徴とする請求項７に記載の加熱装置。
9. 前記流入開口部（１９）の間隙よりも狭い間隙幅を持つガス通過開口部（２３）を前記加熱面（１０ａ，１０ｂ）が有していることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の加熱装置。
10. 少なくとも一つの加熱面（１０ａ，１０ｂ）が、スペーサ（２１）により相互に距離を置いて保持されるとともに前記ガス流開口部（２３）を形成する複数の隣接加熱部分を含むことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の加熱装置。
11. 前記加熱面（１０）に隆起輪郭エリア（２１）がスペーサとして形成されることを特徴とする請求項１０に記載の加熱装置。
12. 作動中に前記加熱室（１１）の流れを渦流化するための流要素（２１）を前記加熱面（１０）が形成することを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の加熱装置。
13. 前記スペーサ（２１）が流要素として前記流方向（Ｓ）に対して傾斜して配置されることを特徴とする請求項１０または１１に記載の加熱装置。
14. 加熱装置と流入開口部（２）と排出開口部（３）とを含む、尿素（１２）または尿素溶液の加熱と気化のための内燃機関用の熱反応器（１）であって、
    前記流入開口部（２）および前記排出開口部（３）がガス管（４）によって相互に接続されるとともに、該ガス管（４）に気化エリアが配置され、
    前記加熱装置は前記気化エリアに配置された加熱室（１１）を含み、前記加熱室（１１）はガスが通過する加熱面（１０ａ，１０ｂ）によって前記ガスの流入側および排出側で画定され、前記加熱室（１１）が前記加熱面（１０ａ，１０ｂ）の間に前記尿素（１２）または尿素溶液のための流入開口部（１９）を有していることを特徴とする熱反応器。
15. 請求項１〜１３のいずれか１項に記載の加熱装置を備えた請求項１４に記載の熱反応器（１）。
16. 前記ガス管（４）が前記気化エリアに供給開口部（６）を有し、該供給開口部（６）が前記加熱室（１１）のエリアへの放出を行うことを特徴とする請求項１４または１５に記載の熱反応器。
17. 前記供給開口部（６）が前記加熱室（１１）の前記流入開口部（１９）のエリアに放出を行うことを特徴とする請求項１６に記載の熱反応器。
18. 前記加熱装置が前記熱反応器（１）の前記ガス管（４）を少なくとも部分的に形成することを特徴とする請求項１４〜１７のいずれか１項に記載の熱反応器。
19. 尿素（１２）または尿素溶液の加熱と気化のための内燃機関用の加熱・気化方法であって、ガス流が流方向（Ｓ）にガス管（４）を流れるとともに、該尿素（１２）または該尿素溶液が該ガス流へ供給され、該尿素（１２）または尿素溶液が加熱されて蒸発し、該ガス流とともに除去され、該尿素（１２）または尿素溶液が二つの加熱エリア（１０ａ，１０ｂ）の間で前記ガス管（４）へ供給されることを特徴とする加熱・気化方法。
20. 前記尿素（１２）または尿素溶液が基本的に前記流方向（Ｓ）に直交して前記加熱面（１０ａ，１０ｂ）の間で前記ガス管（４）に供給されることを特徴とする請求項１９に記載の加熱・気化方法。
21. 前記尿素（１２）または前記尿素溶液が基本的に前記二つの加熱面（１０ａ，１０ｂ）の間で蒸発することを特徴とする請求項１９または２０に記載の加熱・気化方法。
22. 前記尿素（１２）または前記尿素溶液が最低４００℃の温度で熱分解されることを特徴とする請求項１９〜２１のいずれか１項に記載の加熱・気化方法。
23. 固体尿素（１２）または該固体尿素溶液が蒸発することを特徴とする請求項１９〜２２のいずれか１項に記載の加熱・気化方法。
24. 球粒の形状の前記固体尿素（１２）または該固体尿素溶液が気化されることを特徴とする請求項２３に記載の加熱・気化方法。

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