KR101163426B1 - 환원제를 포함하는 가스 유동을 제공하는 방법 및 장치 - Google Patents

환원제를 포함하는 가스 유동을 제공하는 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 내연기관의 배기 가스 시스템에 환원제를 포함한 가스 유동 (24) 을 제공하는 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 A) 적어도 일종의 환원제 전구체 (12, 28, 34) 를 제공하는 단계, B) 가스 유동 (13) 을 형성하기 위해 적어도 일종의 환원제 전구체 (12, 28, 34) 를 증발시키는 단계, C) 가스 유동 (13) 을 적어도 250℃ 까지 적어도 부분적으로 가열하는 단계, D) 가스 유동 (13) 의 환원제 전구체 (12, 28, 34) 를 환원제로 적어도 부분적으로 전환하는 단계, 및 E) 내연기관의 배기 가스 (25) 에 환원제를 포함하는 가스 유동 (24) 을 첨가하는 단계를 포함한다. 본 발명에 따른 방법 및 장치는 환원제를 포함하는 가스 유동 (13) 의 제공을 허용하고, 그 양은 용이하게 제어될 수 있고 특히 예를 들어 자동차 등의 모바일 어플리케이션의 배기 가스 시스템에서 자주 발생하는 바와 같은 상황의 동적 변화에 적용될 수 있다. 본 발명에 따라, 제 2 구역 (8) 의 온도가 300 ℃ 보다 높게 유지되는 반면 제 1 구역 (7) 의 온도는 150 ℃ 이하에서 유지된다. 환원제 전구체가 스팀 형태로 가수분해 촉매 (22) 로 공급될 때 가수분해 촉매 (22) 는 거의 냉각되지 않아서, 공정에 긍정적인 효과를 주게 된다.

Description

환원제를 포함하는 가스 유동을 제공하는 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR PROVIDING A REDUCING AGENT-COMPRISING GAS FLOW}
본 발명의 과제는 내연기관의 배기 시스템에서 적어도 일종의 환원제를 포함하는 가스 유동을 생산하기 위한 방법 및 장치이다. 상기 방법 및 장치는 바람직하게는 예를 들어 자동차 등의 내연기관의 배기 시스템에서 산화 질소의 선택적 촉매 환원을 위한 환원제를 제공하기 위해 사용될 수 있다. 여기에서, 바람직한 환원제는 예를 들어 우레아에 기초하여 제공되는 암모니아 (NH3) 이다.
많은 국가에서, 내연기관의 배기 가스의 특성 성분의 방출은 바람직하지 않은 것이다. 상기 성분들의 방출을 가능한 한 낮게 유지하기 위해서, 많은 국가에서는 내연기관의 작동 동안에 고수되어야 하는 방출 기준이 이용된다. 바람직하지 않은 배기 가스의 성분의 예로는 산화 질소 (NOx) 가 있고, 산화 질소의 방출은 첫번째로는 예를 들어 적절한 기관 설계 및 내연기관의 적절한 작동 등의 기관-내부 수단에 의해, 두번째로는 배기 가스 후처리에 의해 감소될 수 있다. 내연기관의 배기 가스 중의 산화 질소 비율 감소는 선택적 촉매 환원을 사용함으로써 가능한데, 내연기관의 배기 가스 중의 산화 질소의 적어도 일부가 산화 질소에 선택적으로 작용하는 환원제를 사용하여 전환된다.
환원제를 공급 또는 제공하기 위해서, 요구에 따라 환원제가 제조되는 예컨대 우레아 등의 환원제 전구체가 종종 사용된다. 여기에서, 내연기관의 배기 가스 중의 산화 질소 비율의 동역학 함수로서, 가능한 한 가장 동적이고 효과적인 방식으로 환원제가 제공될 필요가 있다.
계속하여, 본 발명이 기초되는 목적은 환원제를 제공하기 위한 방법 및 장치를 제안하는 것이고, 이 방법은 효과적으로 조절될 수 있고 환원제가 충분히 제공되도록 해준다.
상기 목적은 독립항의 특징을 갖는 방법 및 장치에 의해 달성된다. 각각의 종속항은 유리한 개발을 그 목적으로 한다.
내연기관의 배기 시스템에서 환원제를 포함하는 가스 유동을 제공하기 위한 본 발명에 따른 방법은,
A) 적어도 일종의 환원제 전구체를 제공하는 단계,
B) 가스 유동을 형성하기 위해 적어도 일종의 환원제 전구체를 증발시키는 단계,
C) 적어도 250℃ 의 온도까지 가스 유동을 적어도 부분적으로 가열하는 단계,
D) 가스 유동의 환원제 전구체를 환원제로 적어도 부분적으로 전환하는 단계, 및
E) 내연기관의 배기 가스에 환원제를 포함하는 가스 유동을 첨가하는 단계를 포함한다.
여기에서, 환원제는 특히 선택적 촉매 환원을 위한 환원제를 의미하는 것으로 이해되어야 하고, 이 환원제는 대응 방법으로 단계 E) 이후를 따른다. 바람직한 환원제는 암모니아다. 환원제 전구체는 환원제를 형성하도록 반응할 수 있거나 또는 환원제를 개열 (cleave) 할 수 있는 물질을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 적어도 일종의 환원제 전구체의 증발은 특히 환원제 전구체의 완전한 증발을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 환원제 전구체의 완전한 증발은 특히 환원제 전구체의 90% 초과, 바람직하게는 95% 초과, 특히 바람직하게는 98% 초과가 증발되는 증발을 의미하는 것으로 이해되어야 한다.
단계 A) 에서의 적어도 일종의 환원제 전구체를 제공하는 것은 고형 환원제 전구체의 형태 또는 적어도 일종의 환원제 전구체의 용액의 형태 중 하나로 발생할 수도 있다. 여기에서, 다른 환원제 전구체 또는 용액의 어는점보다 낮은 물질의 첨가가 적절하다면, 적어도 일종의 환원제 전구체는 바람직하게는 수중 우레아 용액의 형태로 제공될 수 있다.
가스 유동을 적어도 부분적으로 가열하는 것은 특히 먼저 제 1 온도까지 가열한 후에, 제 2 스테이지에서 제 1 온도보다 높은 제 2 온도까지 가열하도록 하는 다중 스테이지 가열을 의미하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에 따른 처리의 이점은 예를 들어 환원제가 배기 시스템 외부에서 발생된다는 것이다. 이는 상당히 향상된 원동력을 발생시키는데, 왜냐하면 환원제의 운반이 순간적인 배기 가스 체적 유동에 따르지 않기 때문이다. 또한, 본 발명에 따른 방법은 유리하게는 분리된 운반을 보장하는데, 왜냐하면 환원제를 포함한 가스 유동의 실제 운반은 증발 및 그에 따라 발생된 체적의 변화에 의해 실질적으로 발생하기 때문이다.
본 발명에 따른 방법의 유리한 일 개발에 따라, 단계 D) 는 단계 B) 와 단계 E) 사이의 기간에 발생한다.
특히, 단계 D) 는 환원제를 형성하기 위한 환원제 전구체의 적어도 부분적인 열분해의 형태로 단계 C) 에서도 동시에 발생할 수도 있다. 또한, 대안적으로 또는 추가적으로 환원제를 형성하기 위한 환원제 전구체의 적어도 부분적인 가수분해는 배기 시스템 외부에서 발생하는 것이 바람직한데, 즉 단계 E) 전이다. 이를 위해서, 특히 가수분해 촉매 컨버터는 적어도 일종의 환원제 전구체를 포함하는 가스 유동에 의해 횡단될 수 있도록 배기 라인 외부에 형성될 수 있다. 단계 C) 에서의 다른 가열을 고려할 때, 상기 촉매 컨버터에서의 가수분해시에 매우 효과적인 제어 및 고레벨의 전환 효율이 얻어지는데, 왜냐하면 단계 C) 에서, 바람직하게는 온도가 가수분해 촉매 컨버터의 라이트-오프 온도 이상까지 도달하기 때문이다. 이에 따라 공급된 환원제 전구체를 포함하는 가스 유동은 여기에서 가수분해 촉매 컨버터가 냉각되도록 하지 않는다. 바람직하게는 배기 시스템의 냉각 개시 상의 마무리 후에 가수분해 촉매 컨버터를 더 가열하는 것이 가능하고, 또한 가수분해 촉매 컨버터가 없이도 가능하다.
본 발명에 따른 방법의 더 유리한 개발에 따라, 단계 D) 는
a) 환원제 전구체의 적어도 부분적인 가수분해 공정, 및
b) 환원제 전구체의 적어도 부분적인 열분해 공정 중 적어도 하나를 포함한다.
본 발명에 따른 방법의 더 유리한 개발에 따라, 단계 B) 는 180℃ 이하의 온도에서 발생한다.
여기에서, 온도가 140 ~ 170 ℃ 의 범위에 있도록 온도가 제어되는 것이 특히 바람직하다. 또한 단계 B) 에서의 온도가 140 ~ 150 ℃ 의 범위, 바람직하게는 153 ℃ 미만이도록 상기 방법이 실시되는 것이 바람직한데, 왜냐하면 상기 방법이 이 방식으로 실시된다면 원하지 않는 부산물의 침전이 비교적 낮아진다는 것이 밝혀졌기 때문이다.
본 발명에 따른 다른 유리한 개발에 따라, 단계 C) 에서, 가열은 250℃ ~ 550℃ 의 온도에서 가열이 발생한다.
특히, 350 ~ 450 ℃ 의 온도가 특히 유리한데, 왜냐하면 이러한 온도 범위에서는, 단계 C) 를 실행하는데 사용된 성분에서 매우 적은 침전만이 관찰되었기 때문이다.
본 발명에 따른 방법의 다른 유리한 개발에 따라, 단계 A) 는
a) 단계 B) 가 실시되는, 덕트의 제 1 구역 안으로 수용액으로 적어도 일종의 환원제 전구체 용액을 운반하는 것,
b) 단계 B) 가 실시되는, 덕트의 제 1 구역 안으로 적어도 일종의 환원제 전구체를 포함하는 고형물 스트랜드의 적어도 일부를 의사-연속 운반하는 것, 및
c) 단계 B) 가 실시되는, 덕트의 제 1 구역 안으로 적어도 일종의 환원제 전구체를 포함하는 적어도 일종의 고형물 입자를 첨가하는 것 중 적어도 하나를 포함한다.
적어도 일종의 환원제 전구체의 용액은 특히 수용액이고, 바람직하게는 우레아이다. 이러한 용액은 "AdBlue" 라는 상표명으로 매매된다. 또한 이러한 용액은 예를 들어 용액의 어는점을 낮추는 다른 첨가제를 포함할 수 있다. 우레아 외에, 포름산 및/또는 포름산 암모늄도 포함하는 상표명 "Denoxium" 이라는 용액도 상업적으로 이용가능하다. 운반은 펌프에 의해 발생할 수도 있고, 먼저 도징 펌프로 또는 두번째로 종래의 펌프의 조합인 대응하는 도징 밸브에 의해 운반할 수 있다.
의사-연속 운반은 소정량의 고형물이 공급되기보다는, 어느 정도까지 현재 요구되는 정확한 양이 고형물 스트랜드로부터 용융되는 것을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 변형 c) 에서, 고형물 입자는 특히 용융되어 증발되는 펠릿 또는 프릴을 의미하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명의 범위 내에서, 덕트는 특히 로드 형상의 가열 요소를 둘러싸는 슬리브 또는 케이싱에서 형성되는 덕트를 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 대안적으로 및/또는 추가적으로, 덕트는 적절하다면 열전도체와 함께 형성되고 특히 나선형으로 감긴 모세관을 가질 수 있다. 특히 덕트는 연속적으로 또는 불연속적으로 변하는 단면을 가질 수도 있다.
환원제 전구체는 본 발명의 범위 내에서 이하의 물질 중 적어도 일종을 포함하는 재료 혼합물 또는 재료를 의미하는 것으로 이해되어야 한다:
a) 우레아 ((NH2)2CO)
b) 포름산 암모늄 (HCOONH4)
c) 암모늄 카바메이트 (H2NCOONH4)
d) 암모늄 카보네이트 ((NH4)2CO3)
e) 암모늄 바이카보네이트 (NH4HCO3)
f) 암모늄 옥살레이트 ((NH4)2(C2O4))
g) 암모늄 하이드록사이드 (NH4OH)
h) 시안산 (HOCN)
i) 시아누르산 (C3H3N3O3) 및
j) 이소시안산 (HNCO).
환원제 전구체는, 또한 상기에 명시된 물질 중 적어도 일종의 유도체일 수도 있다.
본 발명의 다른 양태에 따라, 내연기관의 배기 가스의 환원제를 포함하는 가스 유동을 제공하기 위한 장치가 제안되고, 이 장치는 적어도,
ⅰ) 가스 유동을 형성하기 위해 환원제 전구체의 적어도 부분적인 증발을 위한 적어도 하나의 제 1 구역 및 가스 유동을 적어도 부분적으로 가열하기 위한 적어도 하나의 제 2 구역을 포함하는 적어도 하나의 덕트에 적어도 일종의 환원제 전구체를 제공하기 위한 운반 수단,
ⅱ) 가스 유동의 환원제 전구체를 적어도 일종의 환원제로 전환하기 위한 적어도 하나의 수단, 및
ⅲ) 제 1 구역을 제 1 온도까지 가열하고 제 2 구역을 제 2 온도까지 가열하기 위한 적어도 하나의 가열 요소를 포함한다.
여기에서, 제 2 온도는 제 1 온도보다 높다. 제 1 온도는 바람직하게는 180℃ 이하의 범위, 바람직하게는 140 ~ 170 ℃ 의 범위, 특히 바람직하게는 140 ~ 150 ℃ 의 범위에 있고, 바람직하게는 153 ℃ 미만이다. 제 2 온도는 적어도 250 ℃ 이고, 특히 250 ℃ ~ 550 ℃ 의 범위, 특히 350 ℃ ~ 450 ℃ 의 범위에 있다.
덕트는 바람직하게는, 적어도 영역들 및 특히 제 2 구역의 영역에서, 암모니아를 형성하기 위해 예를 들어 우레아 등의 환원제를 형성하기 위한 환원제 전구체의 가수분해를 촉진하는 촉매 코팅을 갖는다.
본 발명에 따른 장치는 유리하게는 환원제를 포함하는 가스 유동의 형태로 환원제의 높은 동적 거동의 제공 (dynamic provision) 을 가능하게 하고, 이것은 어떻게든지 형성되고 환원제 전구체를 전환하기 위한 수단의 적어도 일부일 수도 있는 가수분해 촉매 컨버터에 특히 사용된다. 환원제를 형성하도록 환원제 전구체의 가수분해를 촉진하는 코팅은 특히 촉매성 활성 물질로서 Al2O3, TiO2, SiO2 및/또는 ZrO2 를 갖는 코팅일 수도 있다.
본 발명에 따른 장치의 유리한 일 개발에 따라, 상기 운반 수단은
a) 유체로 적어도 일종의 환원제 전구체 용액을 운반하기 위한 수단,
b) 적어도 일종의 환원제 전구체를 포함하는 고형물의 의사-연속 운반을 위한 수단, 및
c) 적어도 일종의 환원제 전구체를 포함하는 고형물의 불연속 운반을 위한 수단 중 적어도 하나를 포함한다.
이 본문에서, 의사-연속 운반은 특히, 소정량의 고형물이 제공되는 것이 아니고 (이 경우는 예컨대 불연속 운반인 경우) 정확하게는 현재 요구되는 환원제의 양에 대응하는 고형물이 용융되어 증발되는 비율을 의미하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에 따른 장치의 다른 유리한 개발에 따라, 환원제 전구체를 전환하기 위한 수단은 제 2 구역에 적어도 부분적으로 포함된다.
이는 특히 제 2 구역이 적어도 부분적인 영역에서 가수분해 촉매 코팅을 포함한다는 것을 의미한다.
본 발명에 따른 장치의 다른 유리한 개발에 따라, 적어도 하나의 가수분해 촉매 컨버터가 형성된다.
예를 들어 덕트의 제 2 구역의 영역에서 환원제를 형성하기 위해 환원제 전구체의 가수분해를 촉진하는 코팅 외에, 가수분해 촉매 코팅이 몇몇 영역에 제공되거나, 또는 대응하는 코팅 또는 대응하여 임베딩된 촉매성 활성 센터를 갖는 허니콤 본체가 제공될 수도 있다. 여기에서, 환원제를 전환하기 위한 수단은 일반적으로 덕트의 적어도 제 1 영역의 하류에 형성된다.
다른 유리한 개발에 따라,
a) 제 1 구역, 및
b) 제 2 구역 중 적어도 하나는 가열식 덕트를 포함한다.
특히, 전기 저항 히터, 연속 버너에 의해 및/또는 펠티에 요소에 의해 상기 가열이 제공될 수 있다. 여기에서는, 예를 들어 PTC (Positive Temperature Coefficient) 레지스터에 의해 실현될 수도 있는, 전기 저항 히터, 특히 바람직하게는 자기 조절 전기 저항 히터가 사용되는 것이 바람직하다. 특히, 적어도 두 개의 가열 영역이 제공되고, 이들의 공칭 온도는 제 1 및 제 2 온도에 대응한다. 즉, 공칭 온도는 대응하는 제 1 및 제 2 온도가 제 1 구역 및 제 2 구역의 중간에 있도록 선택된다.
본 발명의 다른 유리한 개발에 따라, 제 1 및 제 2 구역은 가열식 덕트의 일부이다.
작동시에, 제 1 구역에는 용액으로서 및/또는 고형물로서 환원제 전구체가 먼저 공급되고, 이 환원제 전구체는 제 1 구역에서 증발된다. 이렇게 발생된 가스는 그 후에 덕트의 제 2 구역을 통해 유동한다.
본 발명에 따른 다른 유리한 개발에 따라, 덕트는 제 2 구역의 영역보다 제 1 구역의 영역에서 더 작은 단면을 갖는다.
이에 따라 제 1 구역보다 제 2 구역의 영역에서의 횡단면이 더 크게 된다. 이는 체적의 증가와 관련하여 환원제 전구체의 증발을 가능하게 해준다. 제 1 구역의 단면에 대한 제 2 구역의 비는 특히 1 ~ 3 의 범위이다. 제 1 구역의 덕트 표면적에 대한 제 2 구역의 덕트 표면적의 비는 바람직하게는 대략 0.3 ~ 0.6, 바람직하게는 대략 0.5 이다. 제 1 구역의 표면적은 바람직하게는 0.4 ㎡, 바람직하게는 0.1 ㎡ 이하, 특히 바람직하게는 특히 대략 0.02 ㎡ 와 같이 0.05 ㎡ 미만이다. 제 2 구역의 표면적은 바람직하게는 0.2 ㎡, 바람직하게는 0.05 ㎡ 이하, 특히 바람직하게는 특히 대략 0.01 ㎡ 와 같이 0.025 ㎡ 미만이다. 제 1 구역으로 도입될 수 있는 최대 전력 밀도는 최대 50 W/㎠ (1 ㎠ 당 와트), 바람직하게는 최대 5 W/㎠ 이다. 제 2 구역으로 도입될 수 있는 최대 전력 밀도는 최대 50 W/㎠, 바람직하게는 최대 15 W/㎠ 이다. 상기 구역들은 특히 제 2 구역에 도입될 수 있는 최대 전력 밀도에 대한 제 1 구역에 도입될 수 있는 최대 전력 밀도의 비율이 대략 3 이 되도록 구성된다. 상기 값들은 특히 유리한 걸로 밝혀졌는데 왜냐하면 어쩌면 덕트의 방해를 야기할 수 있는 원치 않는 부산물의 형성이 이러한 값들로 인해 방지될 수 있기 때문이다.
본 발명에 기초한 컨셉트는 환원제 전구체, 특히 우레아 수용액의 2 단계 가열로서, 우레아 수용액 또는 환원제 전구체의 증발은 제 1 스테이지에서 발생하고 이렇게 발생된 증기가 제 2 스테이지에서 가열되고 이미 부분적으로 가수분해 초기인 환원제 전구체가 환원제를 형성할 수도 있다. 영역 또는 제 1 구역 또는, 보다 일반적으로, 환원제 전구체의 증발이 발생하는 구역의 길이는 증발될 환원제 전구체의 양에 따른다. 증발될 환원제 전구체의 양이 많을수록, 증발이 발생하는 구역의 길이가 길어진다. 두 개의 구역으로 나뉜 단일 덕트가 제공된다면, 예를 들어 제 1 구역의 연장 또는 단축, 및 그에 따른 제 2 구역의 단축 또는 연장이 발생할 수 있도록 가열 요소가 설계되어서 우선 제 1 및 제 2 구역의 길이가 동역학적으로 적용되게 된다. 다른 대안은, 증발될 환원제 전구체의 소정량에 대해서, 제 1 구역에서 제 2 구역으로의 운반은 환원제 전구체의 상기 양에 대한 증발 구역의 기대되는 길이에 대응하는 바로 그 지점에서 발생하도록 덕트가 제 1 구역 및 제 2 구역으로 나뉘는 것이다. 특히, 상기 분할은 내연기관의 평균 및/또는 빈번하게 발생하는 부하 상태, 또는 전부하 상태에서 발생할 수도 있다. 이에 따라, 두 번째 경우에, 제 1 구역과 제 2 구역 사이의 경계가 고정되고, 적절하다면 제 1 구역에서뿐만 아니라 제 2 구역으로도 환원제 전구체의 증발이 발생하게 된다.
본 발명에 따른 방법에 대해 설명된 세부사항 및 이점은 본 발명에 따른 장치에도 동일한 방식으로 이전되어 적용될 수 있다. 본 발명에 따른 장치에 대해 설명된 세부 사항 및 이점은 본 발명에 따른 방법에도 동일한 방식으로 이전되어 적용될 수 있다. 본 발명은 첨부된 도면에 기초하여 이하에서 보다 상세하게 설명되지만, 상기 도면에서 설명되는 대표적인 실시형태 및 세부사항으로 한정되는 것은 아니다.
도 1 은 본 발명에 따른 장치의 제 1 실시형태의 사시도를 도시한다.
도 2 는 본 발명에 따른 장치의 제 2 실시형태를 도시한다.
도 3 은 본 발명에 따른 장치의 제 3 실시형태를 도시한다.
도 4 는 본 발명에 따른 장치의 제 4 실시형태를 도시한다.
도 5 는 본 발명에 따른 장치의 덕트의 세부사항을 도시한다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
1: 환원제를 포함하는 가스 유동을 제공하기 위한 장치
2: 덕트
3: 재킷
4: 로드 형상의 가열 요소
5: 제 1 열전도체
6: 제 2 열전도체
7: 제 1 구역
8: 제 2 구역
9: 슬리브
10: 화살표
11: 잘록한 부분
12: 환원제 전구체 수용액
13: 가스 유동
14: 제어 수단
15: 제 1 라인
16: 제 2 라인
17: 적어도 일종의 환원제 전구체 용액을 운반하기 위한 수단
18: 리저버
19: 펌프
20: 밸브
21: 제 3 라인
22: 가수분해 촉매 컨버터
23: 배기 라인
24: 환원제를 포함한 가스 유동
25: 배기 가스 유동
26: SCR 촉매 컨버터
27: 고형물로 적어도 일종의 환원제 전구체를 의사-연속 운송하기 위한 수단
28: 환원제 전구체를 포함하는 고형물
29: 가수분해 실린더
30: 제 3 열전도체
31: 제 3 구역
32: 고형물로 존재하는 환원제 전구체의 불연속 운송을 위한 수단
33: 리저버
34: 환원제 전구체를 포함하는 고형물 입자
35: 분리 장치
36: 공급 라인
37: 피팅부
도 1 은 환원제를 포함하는 가스 유동을 제공하기 위한 본 발명에 따른 장치 (1) 의 대표적인 제 1 실시형태를 개략적으로 도시한다. 상기 장치 (1) 는 재킷 (3) 에 형성된 덕트 (2) 를 포함한다. 상기 재킷 (3) 은 로드 형상의 가열 요소 (4) 를 둘러싼다. 로드 형상의 가열 요소 (4) 는 적어도 하나의 제 1 열전도체 (5) 및 적어도 하나의 제 2 열전도체 (6) 를 갖는다. 제 1 구역 (7) 은 제 1 열전도체 (5) 에 의해 가열될 수 있고, 제 2 구역 (8) 은 제 2 열전도체 (6) 에 의해 가열될 수 있다. 열전도체 (5, 6) 는 바람직하게는 예를 들어 PTC 전도체 등의 자가 조절 열전도체이다. 화살표 (10) 방향으로 장치를 가압하는 슬리브 (9) 도 형성된다. 슬리브 (9) 는, 조립된 장치 (1) 에서 제 1 구역 (7) 및 제 2 구역 (8) 사이의 경계에 있는 잘록한 부분 (11) 을 갖는다. 상기 잘록한 부분 (11) 은 슬리브 (9) 를 통해 두 개의 구역 (7, 8) 사이의 열교환을 감소시킨다. 상기 열교환을 감소시키거나 방지하기 위한 다른 수단이 제공될 수도 있다.
작동시에, 바람직하게는 우레아인 환원제 전구체 (12) 가 덕트 (12) 안으로 우레아 수용액의 형태로 특히 첨가되고 바람직하게는 제 1 구역 (7) 에서 완전하게 증발된다. 그 다음, 이렇게 형성되어 적어도 일종의 환원제 전구체를 포함하는 가스 유동이 덕트 (2) 를 통해 전방으로 유동하여 가열된다. 특히, 상기 가열은 제 2 구역 (8) 의 영역에서 적어도 부분적으로 발생한다. 그 후에 가스 유동 (13) 이 덕트를 떠난다. 장치 (1) 의 설계 및 방법의 실행에 따라서, 가스 유동 (13) 은 열분해에 의해 제 2 구역 (8) 의 영역에서 특히 발생된 환원제 전구체 및/또는 환원제를 포함한다. 덕트 (2) 는, 적어도 제 1 구역 (7) 및 제 2 구역 (8) 의 부분 영역에서, 가수분해 촉매 코팅, 즉 환원제를 형성하도록 환원제의 가수분해를 촉진하는 코팅을 갖는다.
도 2 는 내연기관의 배기 가스에서 산화 질소의 선택적 촉매 환원을 위한 장치의 일부로서 본 발명에 따른 장치 (1) 를 도시한다. 장치 (1) 는 여기에서도 제 1 구역 (7) 및 제 2 구역 (8) 을 갖는다. 구역 (7, 8) 은 제 1 라인 (15) 에 의해, 제 1 구역 (7) 의 대응하는 제 1 열전도체 (5) 에 및 제 2 라인 (16) 에 의해 제 2 구역 (8) 의 제 2 열전도체 (6) 에 연결될 수 있는 제어 수단 (14) 에 의해 제어되는 가열 수단 (5, 6) (도시되지 않음) 에 의해 가열된다. 이에 따라 제 1 구역 (7) 및 제 2 구역 (8) 모두에서의 가열 전원은 서로 독립적으로 조절되고 제어될 수 있다. 제어 수단 (14) 은 전압 또는 전류 공급부를 동시에 포함할 수도 있다. 제 1 열전도체 (5) 및 제 2 열전도체 (6) 를 자기조절하는 경우에는, 제어 수단 (14) 없이도 가능하고, 대신에, 각각의 열전도체 (5, 6) 에 전류 또는 전압만이 공급될 수 있다.
적어도 일종의 환원제 전구체를 전달하기 위한 수단도 제공되고, 이 실시형태에서, 이 수단은 용액으로의 환원제 전구체의 용액을 위한 리저버 (18) 외에 펌프 (19) 를 포함한다. 상기 펌프 (19) 는 예를 들어 투여 펌프 (dosing pump) 일 수도 있고, 이 펌프에 의해 각각의 경우에 정해진 용액의 양이 제 1 구역 안으로 도입된다. 펌프 (19) 는 제공되는 것이 유리한 밸브 (20) 를 갖는 예컨대 다이아그램 펌프인 종래의 펌프로서 설계될 수 있고, 밸브 (20) 에 의해 제 1 구역 (7) 으로의 환원제 전구체 용액의 공급이 조절된다. 상기 밸브 (20) 는 유리하게는 제 3 라인 (21) 에 의해 제어 수단 (14) 에 연결될 수도 있다. 가수분해 촉매 컨버터 (22) 는 제 2 구역 (8) 의 하류에 형성된다. 작동 동안에, 환원제를 형성하기 위해서 가수분해 촉매 컨버터 (22) 에서 환원제 전구체가 적어도 부분적으로 가수분해된다. 이렇게, 배기 라인 (23) 외부에서 환원제가 발생된다. 상기 장치 (1) 에서 발생된 환원제를 포함하는 가스 유동 (24) 은 배기 라인 (23) 안으로 도입되고, 상기 가스 유동 (24) 은 내연기관의 배기 가스 유동 (25) 과 혼합된다. 두 가스 유동의 혼합물은 그 후에 SCR 촉매 컨버터를 통해 유동하고, 배기 가스 유동 (25) 에 포함되어 있던 산화 질소가 환원제로 전환된다. NOx 함량이 감소된 가스 유동은 그 후에 SCR 촉매 컨버터 (26) 를 떠난다.
도 3 은 본 발명에 따른 장치 (1) 의 다른 대표적인 실시형태를 개략적으로 도시한다. 여기에서, 환원제 전구체 용액은 증발되지 않고, 대신에, 고형물 (28) 인 적어도 일종의 환원제 전구체의 의사-연속 운송을 위한 수단 (27) 이 제공된다. 여기에서, 스트랜드형 환원제 전구체 (28) 또는 환원제 전구체를 포함하는 고형물 (28) 이 제 1 구역 (7) 으로 가압된다. 이것은 예를 들어 그에 따라 제어될 수 있는 가수분해 실린더 (29) 에 의해 발생한다. 환원제 전구체 (28) 는 제 1 가열 요소 (5) 를 포함하는 제 1 구역 (7) 에서 증발과 동시에 또는 증발 다음에 용융된다. 이렇게 발생되는 증기는 제 2 가열 요소 (6) 에 의해 가열되 는 제 2 구역 (8) 에서 더 가열된다. 제 3 열전도체 (30) 를 포함하는 제 3 구역 (31) 에서 더 높은 온도까지 가열하게 된다. 그 후에 발생된 가스 혼합물은 가수분해 촉매 컨버터를 통해 유동한다. 환원제 전구체를 포함하는 고형물 (28) 의 설계에 따라, 가수분해 촉매 컨버터 (22) 에도 물이 제공될 필요가 있을 수도 있다. 이는 예를 들어 물, 예컨대 응축수의 동시 증발에 의하거나, 그렇지 않으면 가수분해 촉매 컨버터의 상류에 소정량의 배기가스 유동을 도입함으로써 발생할 수도 있다. 특히 암모니아를 형성하기 위해 환원제 전구체의 실질적으로 완전한 열분해가 발생하도록 제 1 구역 (7), 제 2 구역 (8) 및 제 3 구역 (31) 의 온도가 선택된다면 가수분해 촉매 컨버터 (22) 는 선택적이다.
본 실시형태에서, 가수분해 촉매 컨버터 (22) 는 배기 라인 (23) 에 직각으로 직접 플랜지-장착된다. 배기 라인 (23) 안으로 침투한 후에, 환원제가 풍부해진 배기 가스 (25) 가 SCR 촉매 컨버터 (26) 를 통해 유동하게 된다. 그 후에 SCR 촉매 컨버터 (26) 의 상류의 배기 가스 유동에 비해 산화 질소 함량이 감소된 배기 가스 유동이 SCR 촉매 컨버터 (26) 를 떠난다.
도 4 는 내연기관의 배기 가스의 산화 질소의 선택적 촉매 환원을 위한 장치의 일부로서 본 발명에 따른 장치 (1) 의 다른 실시형태를 개략적으로 도시한다. 상기에 도시된 실시형태와 대조적으로, 이 대표적인 실시형태는 환원제 전구체를 포함하는 고형물의 비연속적인 운송을 위한 수단 (32) 을 갖는다. 상기 수단 (32) 은 예를 들어 우레아 펠릿 등의 적어도 일종의 환원제 전구체를 포함하는 고형물 입자 (34) 가 저장된 리저버 (33) 를 포함한다. 리저버 (33) 와 제 1 구 역 (7) 사이에는 분리 장치 (35) 가 형성되고, 이 분리 장치 (35) 에 의해 작동 동안에 오직 고형물 입자 (34) 만이 제 1 구역 (7) 을 통과할 수 있다. 이 실시형태에서, 장치 (1) 는 다른 공급 라인 (36) 도 갖는데, 이 공급 라인을 통해 물을 포함하는 가스가 공급될 수 있다. 상기 물을 포함하는 가스는 가수분해 촉매 컨버터 (22) 에서 가수분해를 촉진하기 위해 사용될 수도 있다.
도 5 는 덕트 (2) 의 세부사항을 개략적으로 도시한다. 상기 덕트 (2) 는 제 1 단면을 갖는 제 1 구역 (7) 및 제 2 단면을 갖는 제 2 구역 (8) 을 갖는다. 제 2 구역 (8) 의 단면은 제 1 구역 (7) 의 단면보다 크다. 또한, 상기 덕트 (2) 는 충격 플레이트의 형태로서 작용하고 제 1 구역에서의 불완전한 증발로 인한 액적이 제 2 구역 (8) 을 통과하지 않도록 하는 피팅부 (37) 를 포함하지만, 대신에 상기 액적은 피팅부 (37) 에 충격을 가한다. 예를 들어 편향부, 덕트 반경의 잘록한 부분, 피팅부 등에 의해 제 2 구역 (8) 에 적어도 하나의 가스 유동 방향의 변화를 제공하는 것이 일반적으로 유리하다.
본 발명에 따른 방법 및 본 발명에 따른 장치 (1) 는 유리하게는 환원제를 포함하는 가스 유동 (13) 을 제공하고, 그 양은 간단한 방식으로 제어될 수 있고 특히 예를 들어 자동차 등의 모바일 어플리케이션의 배기 가스 시스템에서 자주 발생하는 바와 같은 상황의 동적 변화에 적용될 수 있다. 특히, 제 2 구역 (8) 의 온도가 300℃ 를 초과하여 유지되는 반면, 제 1 구역 (7) 의 온도는 대략 150℃ 또는 약간 낮게 유지되도록 실행되는 방법이 유리하다는 것이 증명되었다. 증기 형태의 환원제 전구체를 가수분해 촉매 컨버터 (22) 에 공급한 결과로서, 가수 분해 촉매 컨버터 (22) 는 실질적으로 냉각을 경험하지 못하여서, 상기 방법의 실행은 여기에서는 긍정적인 영향을 받게 된다.

Claims (12)

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  7. ⅰ) 가스 유동 (13) 을 형성하기 위해 환원제 전구체의 부분적인 또는 전체적인 증발을 위한 하나 이상의 제 1 구역 (7) 및 가스 유동 (13) 을 부분적으로 또는 전체적으로 가열하기 위한 하나 이상의 제 2 구역 (8) (상기 제 1 구역 (7) 과 상기 제 2 구역 (8) 은 서로 분할되어 있음) 을 포함하는 하나 이상의 덕트 (2) 에 일종 이상의 환원제 전구체를 수중 우레아 용액의 형태로 제공하기 위한 운반 수단 (19, 27, 29),
    ⅱ) 가스 유동의 환원제 전구체를 하나 이상의 환원제로 전환하기 위한 하나 이상의 수단 (22), 및
    ⅲ) 제 1 구역을 최대 180℃ 의 제 1 온도까지 2단계 방식으로 가열하고 제 2 구역을 250℃ ~ 550℃ 의 제 2 온도까지 가열하기 위한 하나 이상의 가열 요소 (4) 를 포함하는, 내연기관의 배기가스에 환원제를 포함하는 가스 유동 (24) 을 제공하기 위한 장치 (1).
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 운반 수단은
    a) 유체로 일종 이상의 환원제 전구체 용액을 운반하기 위한 수단 (19)
    을 포함하는, 내연기관의 배기가스에 환원제를 포함하는 가스 유동 (24) 을 제공하기 위한 장치 (1).
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서, 환원제 전구체를 전환하기 위한 수단은 부분적으로 또는 전체적으로 제 2 구역 (8) 에 포함되는, 내연기관의 배기가스에 환원제를 포함하는 가스 유동 (24) 을 제공하기 위한 장치 (1).
  10. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서, 하나 이상의 가수분해 촉매 컨버터 (22) 가 형성되는, 내연기관의 배기가스에 환원제를 포함하는 가스 유동 (24) 을 제공하기 위한 장치 (1).
  11. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    a) 제 1 구역 (7), 및
    b) 제 2 구역 (8) 중 하나 이상은 가열식 덕트 (2) 를 포함하는, 내연기관의 배기가스에 환원제를 포함하는 가스 유동 (24) 을 제공하기 위한 장치 (1).
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 덕트 (2) 는 제 2 구역 (8) 의 영역보다 제 1 구역 (7) 의 영역에서 더 작은 단면을 갖는, 내연기관의 배기가스에 환원제를 포함하는 가스 유동 (24) 을 제공하기 위한 장치 (1).
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