KR20100008377A

KR20100008377A - 자동차 무수 암모니아 생성용 증발기, 및 그와 같은 증발기를 제조하기 위한 방법

Info

Publication number: KR20100008377A
Application number: KR1020097026161A
Authority: KR
Inventors: 피터 히르트; 마르크 브루거; 토마스 헤리그; 롤프 브룩; 크리스티앙 보르스만
Original assignee: 에미텍 게젤샤프트 퓌어 에미시온스테크놀로기 엠베하
Priority date: 2007-05-16
Filing date: 2008-04-30
Publication date: 2010-01-25
Also published as: RU2478821C2; EP2146791A1; KR101221713B1; CN101678242A; JP2010526964A; RU2009146333A; CN101678242B; US8107799B2; EP2146791B1; US20100092162A1; WO2008138756A1

Abstract

자동차 배기 시스템에 사용되는 암모니아를 위한 증발기(1)가 개시된다. 상기 증발기(1)는 적어도 하나의 공급 파이프(3) 및 적어도 하나의 방출 파이프(4)를 포함하는 베이스(2)로 이루어진다. 적어도 하나의 발열체(5) 및 공급 파이프(3)를 방출 파이프(4)에 연결하기 위한 적어도 하나의 덕트(6)가 베이스(2) 내에 배열된다. 적어도 하나의 발열체(5)는 적어도 하나의 덕트(6)의 증발 섹션(7)과 열-전도 접촉되고, 한편 적어도 하나의 덕트(6)는 상기 증발 섹션(7)에 구불구불한 형태(8)를 갖는다.

증발기, 입구 라인, 덕트, 파이프, 주조재, 산화 알루미늄, 발열체

Description

자동차 무수 암모니아 생성용 증발기, 및 그와 같은 증발기를 제조하기 위한 방법{EVAPORATOR FOR MOBILE ANHYDROUS AMMONIA PRODUCTION, AND METHOD FOR MANUFACTURING SUCH AN EVAPORATOR}

본 발명은 적어도 하나의 입구 라인 및 적어도 하나의 출구 라인을 갖는 기본 몸체를 포함하는 증발기 및 이 증발기를 제조하기 위한 방법에 관한 것으로, 상기 기본 몸체에는 적어도 하나의 발열체 및 입구 라인을 출구 라인에 연결하기 위한 적어도 하나의 덕트가 제공된다. 상기 타입의 증발기는 특히 배기 가스의 오염물질을 변환시키기 위해 차량의 배기 시스템으로 계량될 수 있는 암모니아 가스를 최종적으로 생성하도록 요소 수용액을 가열 또는 과열시키는데 유용하다.

특히 디젤 내연기관에 있어서, 증발기는 내연기관에 의해 생성된 배기 가스에 직접 요소 수용액을 계량하거나, 또는 외부 가수분해 후 암모니아를 계량하는데 편리하도록 제공된다. 여기서, 공지의 방법에 있어서, 요소로부터 암모니아가 얻어지는 가수분해 촉매 변환기가 사용된다. 요소 수용액이 상류의 가수분해 촉매 변환기에서 계량되고, 가스 상태로 변경되어, 가수분해 촉매 변환기와 접촉한다. 이러한 방식으로 생성된 암모니아는, 다음에 예컨대 배기-가스 유동에 있어서 좀더 하류의 소위 SCR 촉매 변환기에 의해 분자의 질소 및 물을 형성하기 위해 그 안에 포함된 산화 질소와 서로 작용한다.

특히, 요소 수용액의 증발 동안 온도 조절이 어렵다. 이는 특히 우선적으로 필요한 양의 요소 수용액 및 다음으로 이용가능한 온도가 자동차 적용시 크게 변할 수 있다는 특성으로부터 고려되어야 한다. 만약 불완전한 증발이 얻어지면, 증발기를 멈추게 할 수 있는 중간 생성물이 형성될 것이다. 그와 같은 원하지 않는 생성물은 예컨대 이소시안산(isocyanic acid) 및 요소와, 이소시안산의 삼중화 생성물인 시아누루산(cyanuric acid)으로부터 형성된 물-불용성 뷰렛(biuret)이다.

본 발명은 적어도 부분적으로 상술한 문제들을 해결하는 증발기를 제공하는 것을 목적으로 한다. 특히, 콤팩트함과 더불어, 매우 동적인 온도 변이에서 조차 소정 레벨의 정확성과 완전성을 갖는 암모니아 가스의 전달 또는 생성을 보장하는 증발기를 제공하기 위한 것이다. 또한, 증발기를 제조하기 위한 방법을 제공하기 위한 것이다.

상기 목적은 특허 청구항 1의 특징에 따른 증발기에 의해 그리고 특허 청구항 14의 특징을 갖는 방법에 의해 달성된다. 또한, 본 발명 장점의 실시예들이 각각의 종속 청구항들에 나타나 있다. 특허 청구항들에 개별적으로 나타낸 특징들은 어떠한 바람직한 기술적으로 편리한 방식으로 서로 조합되어 본 발명의 다른 실시예들을 형성할 것이다. 특히, 도면들과 연관된 설명들은 본 발명의 다른 예시의 실시예들을 기술할 것이다.

본 발명에 따른 증발기는 적어도 하나의 입구 라인 및 적어도 하나의 출구 라인을 갖는 기본 몸체를 포함하고, 상기 기본 몸체에는 적어도 하나의 발열체 및 상기 입구 라인을 상기 출구 라인에 연결하기 위한 적어도 하나의 덕트가 제공되고, 상기 적어도 하나의 발열체는 적어도 하나의 덕트의 증발 섹션과 열-전도 접촉되며, 상기 적어도 하나의 덕트는 상기 증발 섹션에 구불구불한 형태를 갖는다.

상기 기본 몸체는 특히 부피가 큰 요소(예컨대, 월(wall) 영역이 덕트 크로스 섹션보다 상당히 얇은)이며, 한편 바람직하게 입구 라인 및/또는 출구 라인은 치수적으로 안정한 파이프형 분리요소이다. 이러한 관점에서, 예컨대 입구 라인이 포트를 통해 공통의 길이축을 따라 기본 몸체에 고정될 수 있고, 다음에 기본 몸체에 덕트가 형성되고, 마찬가지로 출구 라인이 기본 몸체의 대향측 상의 포트에 고정된다.

이제 덕트는 상기 기본 몸체를 통해 연장된다. 증발을 위해 도입될 열 에너지의 아주 편리하면서 강력한 도입을 위해, 적어도 하나의 발열체가 기본 몸체(일정한 분포 방식으로 기본 몸체에 통합된 다수의 발열체가 바람직한) 내에 또는 상에 배치됨으로써, 이러한 방식으로 생성된 열이 소위 증발 섹션의 덕트 월 상에 도입될 수 있다.

또한, 바람직하게는 오직 하나의 덕트가 증발 섹션에서 구불구불한 형태를 갖는 것이 제안된다. 이는 특히 증발 섹션에서 그 덕트가 직선으로(예컨대, 길이축을 따라) 연장되는 것이 아니라 바람직하게는 다수의 루프, 비틀림, 회전 등을 갖는다는 것을 의미한다. 그와 같은 구불구불한 형태는 2가지의 긍정적인 효과를 야기하는 것을 알 수 있다. 즉, 우선적으로 큰 덕트 길이가 기본 몸체의 비교적 작은 연장을 통해 형성될 수 있고, 이는 기본 몸체의 매우 콤팩트한 디자인을 갖는 충분한 증발 통로를 실현시킬 수 있다. 더욱이, 덕트를 통한 유체 유동을 위한 방향의 강제적인 변경이 좀더 신속하게 이루어져 좀더 완벽한 증발이 이루어질 수 있다는 것을 알 수 있다. 따라서, 예컨대 분당 125 mm의 범위까지 덕트를 통한 전달 속도가 가능해져 95% 이상, 특히 98% 이상의 상당히 높은 증발 효율을 얻음으로써, 유사한 직선 덕트 통로에 비해 놀랄만한 매우 높은 향상을 얻을 수 있다.

증발기의 하나의 구체화에 따르면, 적어도 하나의 덕트의 적어도 일부의 증발 섹션은 적어도 하나의 파이프를 포함한다. 파이프는 특히 길이가 크로스 섹션보다 상당히 큰 가늘고 긴 중공(elongate hollow)을 의미한다. 크로스 섹션은 원하는 형태를 갖는데, 원주와 크로스 섹션 영역간 양호한 비율을 위해 원형의 크로스 섹션이 바람직하며, 상기 비율은 열의 양호한 도입을 허용한다. 바람직하게, 적어도 하나의 파이프는 0.1 내지 0.5 mm의 월 두께를 갖는데, 이는 기본 몸체에 양호한 밀착 연결을 허용한다. 특히, 이것은 파이프가 기본 몸체에 일체로 주조될 수 있게 하는데, 우선적으로 그 벽 두께는 일체로 주조될 때 파이프가 용융되는 것을 방지하기에 충분히 두껍지만 파이프의 외층이 융합할 수 있게 한다. 다음으로, 그 벽 두께는 여전히 양호한 열 전달을 위해 충분히 얇다.

증발기의 다른 장점적인 실시예에 따르면, 파이프는 기본 몸체에 밀착되어 연결된다. 특히, 적어도 하나의 파이프가 기본 몸체 내에 또는 기본 몸체와 일체로(또는 캡슐화되어) 주조되는데 장점이 있다. 일체 주조 또는 캡슐화의 결과로, 단단한 밀착 접촉이 기본 몸체와 파이프간 얻어지고, 그에 따라 기본 몸체와 증발 섹션간 형성되는 갭 없이 증발 섹션이 얻어진다. 따라서, 양호한 열 접촉 및 그에 따른 양호한 열 전달이 가능하여, 증발 섹션에서 효과적인 증발을 발생시킬 수 있다. 또한, 바람직하게 기본 몸체는 캡슐화에 사용된 주조재에 의해 형성될 수 있다.

다른 장점적인 실시예에 따르면, 파이프는 이하의 적어도 하나의 물질을 포함하는 재료로 형성된다:

a) 강철;

b) 알루미늄; 및

c) 티타늄.

특히 적어도 하나의 파이프의 캡슐화가 알루미늄을 포함하는 물질, 특히 알루미늄을 이용하여 수행될 경우, 알루미늄의 융점 이상의 융점을 갖는 재료는 강철, 바람직하게 고온 내열성 및 내부식성의 강철, 및 티타늄을 포함한다. 또한, 알루미늄 기반 또는 알루미늄을 포함하면서 알루미늄보다 융점이 높은 합금이 효과적으로 사용될 수도 있다.

증발기의 다른 장점적인 실시예에 따르면, 적어도 하나의 덕트는 증발 섹션에서 이하의 적어도 하나의 구성을 갖는다:

5-1. 다수의 교대의 직선형태 영역 및 굴곡형태 영역,

5-2. 덕트 크로스 섹션의 연장부를 갖는 굴곡형태 영역,

5-3. 300 내지 1000 mm의 덕트 섹션 길이,

5-4. 0.2 내지 10 mm²의 수단 덕트 크로스 섹션,

5-5. 다르게 굴곡된 형태 영역,

5-6. 적어도 90°의 굴곡을 갖는 다수의 굴곡형태 영역,

5-7. 기본 몸체의 증발기 평면의 배열,

5-8. 알루미늄을 포함하는 덕트 월,

5-9. 티타늄을 포함하는 덕트 월,

5-10. 2 ㎛에서 50 ㎛ 범위의 수단 거칠기 깊이(R_z)를 갖는 덕트 월,

5-11. 가수분해 액티브 덕트 월, 및

5-12. 덕트 크로스 섹션의 수축을 갖는 형태 영역.

상기와 같이 나타낸 구성에 있어서, 그 덕트는 증발 섹션에서 적어도 5개 및 바람직하게 적어도 8개의 구성, 특히 구성 5-1, 5-2, 5-3, 5-4, 5-7, 5-8, 5-10, 5-11의 조합을 갖는 것이 바람직하다.

구성 5-1은 특히 덕트가 반복적으로 서로 평행한 직선형태 영역들을 가지며, 각 경우마다 그 사이에 하나의 굴곡형태 영역을 갖는 것을 의미하는 것으로 이해될 것이다. 특히 직선형태 영역의 평행 배열의 경우에, 그 굴곡형태 영역은 예컨대 180°회전, 또는 이중의 90°회전 방식으로 형성된다(만약 적절하게 비교적 짧은 직선형태 영역이 사이에 삽입된다면).

구성 5-2와 관련하여, 적어도 30%, 특히 적어도 40%까지 덕트 크로스 섹션의 연장부가 굴곡형태 영역에서 얻어지는 것을 알 수 있을 것이다. 여기서, 그 연장부는 유동과 관련된 굴곡형태 영역의 외측 영역의 바깥쪽으로 돌출된 부분의 형태로 제공되는 것이 바람직하다. 또한, 굴곡형태 영역을 지나서 연속의 상기 직선형태 영역을 형성하도록 연장이 가능하다. 마찬가지로, 그와 같은 연장부는 거친 유동을 위한 유동 저장소를 형성하고, 그에 따라 특히 상기 영역의 덕트 월과 친밀한 접촉을 야기한다.

구성 5-3 및 5-4는 여기서 작은 열-변환 영역(덕트 섹션 길이 x는 덕트 원주를 의미한다)은 완전한 증발에 필요한 에너지의 도입을 위해 필요하다. 그 덕트는 증발 섹션에서 지정된 덕트 섹션 길이에 걸쳐 적어도 10개, 바람직하게 적어도 20개의 굴곡형태 영역을 형성하는 것이 바람직하다.

구성 5-5는, 예컨대 서로 평행하게 배열된 직선형태 영역이 형성되지 않고, 오히려 그 직선형태 영역의 생략이 가능할 경우 다르게 굴곡된 형태의 영역들이 제공된 실시예의 변형에 관한 것이다. 상기 다르게 굴곡된 형태 영역들은 예컨대 각기 다른 굴곡 반지름에 따라 다르다.

콤팩트 배열 및 동시에 양호한 유동 특성을 일정하게 얻기 위해, 적어도 90°의 굴곡을 갖는 다수의 굴곡형태 영역이 제공되는 것이 제안된다(구성 5-6 참조). 여기서, 또한 상기 굴곡은 기본 몸체의 공통 증발기 평면의 전체 덕트처럼 되는 것이 바람직하다(구성 5-7 참조). 이것은 비교적 간단한 방식으로 상기 타입의 덕트가 제조될 수 있다는 장점을 가지며, 또한 공통 증발기 평면으로 일정한 온도의 도입이 가능해진다.

재료와 관련하여, 만약 적절하게 삽입된다면(기본 몸체에 통합되어 적어도 부분적으로 덕트 월을 형성하는) 덕트 월이 알루미늄으로 형성되는 구성 5-8이 제안된다. 특히, 덕트 월의 재료 구성은 그 중에서도 적어도 50% 이상의 질량비, 특히 90% 이상의 질량비의 알루미늄 및/또는 알루미늄 혼합물을 구성하는 것이 바람직하다. 알루미늄은 특히 열 전달에 대해 긍정적인 특성을 가지며, 심지어 산화 알루미늄의 형성으로 가수분해 작용을 나타낼 것이다. 특히 양호한 열 전도성과 관련하여, 또한 덕트 월의 표면 거칠기가 2 ㎛ 내지 50 ㎛의 범위, 특히 5 ㎛와 20 ㎛ 사이의 범위인 것이 제안된다. 이는 가수분해 액티브 덕트 월을 제공하기 위해, 금속 산화물, 예컨대 알루미늄, 티타늄 및/또는 바나듐의 형성으로 적절하게 추가의 코팅이 제공될 경우, 특히 바람직할 것이다. 또한, 장점적으로 덕트 월은 티타늄으로 형성될 수 있다(구성 5-9). 티타늄은 높은 용융온도를 가지며, 더욱이 산화 티타늄은 가수분해 작용한다.

증발기의 구체화에 따르면, 적어도 하나의 덕트는 적어도 하나의 입구 라인과 증발 섹션 사이에서 증발 섹션에 대해 오프셋 배열되는 유입 섹션을 형성한다. 상기 문장에서, "오프셋(offset)"은 특히 유입 섹션이 적어도 하나의 발열체 또는 비교적 적은 수의 발열체에 의해 열적으로 비교적 낮게 영향을 주는 위치를 강조한다. 또한, 적어도 하나의 발열체가 예컨대 유입 섹션 부근으로 연장하기는 하지만, 바람직하게 상기 덕트 섹션 상의 영향은 감소된다.

상술한 설명과 관련하여, 적어도 하나의 덕트는 유입 섹션에서 이하의 적어도 하나의 구성을 갖는 것이 바람직하다:

7-1. 기본 몸체의 증발기 평면에 대해 오프셋된 위치,

7-2. 0.2 내지 30 mm²의 수단 덕트 크로스 섹션,

7-3. 냉각장치,

7-4. 갈바닉 증착.

증발기의 바람직한 디자인을 고려하면, 덕트는 증발 섹션의 공통 증발기 평면에 배열되고, 따라서 유입 섹션은 여기에서 상기 평면 바깥쪽 증발 섹션까지 안내되는 것이 제안된다. 만약 증발기 평면이 예컨대 기본 몸체의 길이축에 걸쳐 연장되면, 유입 섹션은 증발기 평면 바깥쪽 상기 길이축에 평행하게 위치될 것이다. 이는 여기에서 더군다나 액체를 안내하는 것이 탁월하기 때문에, 여기에서 약간 보다 작은 수단 덕트 크로스 섹션을 제공하는데 바람직하다. 유입 섹션은 예컨대 단일의 구멍으로 형성되는 것이 가능한데, 그 유입 섹션은 적어도 직선 디자인이 탁월하다.

또한, 유입 섹션에 냉각장치가 형성되는 것이 제안된다. 그와 같은 냉각장치는 발열체들의 각기 다른 동작 동안에서 조차 유입 섹션의 온도를 제한하도록 제공될 것이다. 따라서, 적절한 경우, 정해진 방식으로 동작되고 요구된 유입 섹션으로부터 열을 없앨 수 있는 펠티에 소자(Peltier element)를 제공하는 것이 가능하다.

더욱이, 이는 입구 라인과 유입 섹션간 갈바닉 증착을 제공하는데도 효과적이다. 따라서, 유출 섹션 영역에서의 갈바닉 증착의 동시 제공으로 인접하는 요소에 대한 기본 몸체의 전기적 분리를 얻는 것이 가능하다. 이는 기본 몸체의 일부가 전기전류에 의해 직접 가열(옴 저항 가열)될 경우 특히 효과적이다.

본 발명의 다른 디자인 변형에 따르면, 적어도 하나의 덕트는 증발 섹션과 적어도 하나의 출구 라인 사이에 덕트 크로스 섹션의 확장부를 포함하는 유출 섹션을 형성한다. 여기에서, 그 확장부는 바람직하게 배수, 예컨대 적어도 4배 또는 심지어 적어도 10배가 되도록 디자인된다. 이는 이 스테이지에 의해 가스가 존재하는 유체의 확장을 보장한다.

이와 관련하여, 적어도 하나의 덕트는 유출 섹션에서 이하의 적어도 하나의 구성을 갖는 것이 바람직하다:

9-1. 적어도 하나의 가수분해 액티브 반응실,

9-2. 알루미늄을 포함하는 판금 포일에 의해 다수의 유로를 형성하는 적어도 하나의 허니콤체,

9-3. 증발 섹션과 가수분해 액티브 반응실 사이의 콘 형태의 확장부,

9-4. 적어도 하나의 발열체(5)와 연관된 단열부.

바람직하게, 가수분해 액티브 반응실은 촉매적으로 돕는 가수분해를 야기하는 코팅을 갖는다. 이러한 목적을 위해, 예컨대 산화 알루미늄, 산화 티타늄, 산화 바나듐 및/또는 산화 텅스텐이나, 상기 적어도 2개의 촉매의 혼합물이 주어진다.

가스와 가수분해 액티브 코팅간 가장 친밀한 가능한 접촉을 보장하기 위해, 또한 적어도 하나의 소위 허니콤체가 반응실에 제공되는 것이 제안된다. 상기 허니콤체는 예컨대 다수의 유로(flow path) 또는 마이크로-덕트를 형성하기 위해 배열된 평활하고 주름진 판금 포일로 형성된다. 또한, 상기 유로는 거친 영역을 가지며, 적절한 경우 다수의 개구가 제공되는데, 그 개구들은 각 개별 유로들간 유동의 교환을 보장한다. 또한, 판금 포일은 근본적으로 강철 포일로 형성되는데, 바람직하게는 알루미늄으로 형성될 것이다(적어도 현저한 표면에 걸쳐). 추가적으로, 또한 예컨대 대응적으로 가수분해 액티브 코팅은 산화 알루미늄 형태로 제공될 수 있다. 특히, 반응실에 배열되는 허니콤체의 경우에, 콘 형태의 확장부는 허니콤체의 크로스 섹션에 걸쳐 일정하게 유입 가스를 분배하는데 적합하고, 따라서 모든 유로가 동일하게 촉매 변환에 이용된다. 단열부가 적어도 부분적으로, 그러나 바람직하게는 완전히 반응실 주위에 제공됨으로써, 적절한 경우 정해진 방식으로 반응실의 온도를 설정할 수 있다.

더욱이, 기본 몸체는 이하의 적어도 하나의 구성을 갖는 것이 장점으로 고려된다:

10-1. 알루미늄 재료로 형성되고,

10-2. 중심 증발기 평면의 2개-부분 디자인,

10-3. 적어도 하나의 덕트의 적어도 증발 섹션이 기본 몸체의 분할면에 형성되고,

10-4. 적어도 하나의 덕트의 유입 섹션이 2개-부분 기본 몸체의 제1부분에만 형성되며,

10-5. 각 경우에 있어서의 적어도 하나의 발열체를 위한 다수의 리셉터클.

장점의 열-전도 특성과 관련하여, 기본 몸체가 적어도 현저한 알루미늄(예컨대 95%보다 큰 질량비)으로 생성되는 것이 제안된다. 기본 몸체는 예컨대 이 기본 몸체의 거의 동일한 크기의 두 부분 사이에 형성되는 분할면을 형성하는 길이축을 따라 중심 분할에 의해 대용량 실린더의 형태로 형성되는 것이 바람직하다. 이제 상기 분할면은 예컨대 표면-제거 공정에 의해 덕트의 구불구불한 형태를 형성하기 위해 이용될 것이다. 예컨대, 밀링 공정, 그라인딩 공정, 에칭 공정 또는 유사한 공정들이 이러한 목적에 적합하다.

유입 섹션과 증발 섹션간 전이 섹션에 있어서, 분할면으로부터 처리시에 길이축을 따라 방사상으로 구멍을 제공하는 것이 가능한데, 그 구멍은 유입 섹션의 방향으로 오프셋 형성된다. 다음에, 2개 부분의 기본 몸체 중 제1부분에만 길이축과 분할면에 평행한 유입 섹션이 형성된다. 이는 하나의 덕트에만 유체의 유동을 안내하는데 특히 바람직하다.

각 경우에 있어서의 적어도 하나의 발열체를 위한 다수의 리셉터클(receptacle)이 이제 길이축에 대해 특히 동일한 간격으로 덕트 주위에 제공될 것이다. 특히 공동을 갖는 리셉터클은 적어도 한측으로부터 접근하기 용이하여, 예컨대 발열체가 내부로 푸쉬될 수 있다. 이는 예컨대 본질적으로 각 섹션(유입 섹션, 증발 섹션, 유출 섹션)에 대한 각각의 리셉터클에 각각의 발열체를 제공하는 것이 가능하고, 따라서 그 각각의 개별 섹션이 원하는 온도로 서로 독립적으로 조절될 수 있다. 그러나, 단순한 디자인, 및 여기에 제안된 측정의 결과에 따라 부분적으로 자동으로 생성되는 온도 구배(temperature gradient)의 이유 때문에, 각 리셉터클에 모든 덕트의 섹션에 걸쳐, 또는 적어도 유입 섹션 및 증발 섹션에 걸쳐 연장하는 하나의 발열체만을 제공하는데에도 적합할 것이다.

더욱이, 적어도 하나의 입구 라인이 펌프에 연결되고 구부러지지 않는 라인 크로스 섹션을 제공하는 것이 제안된다. 펌프는 예컨대 최대 6바(bar)까지의 압력으로 유체의 전달을 가능하게 하며, 보통 동작시에 적어도 2바의 압력이 유지될 것이다. 적절한 경우, 두 방향으로 전달할 수 있는 펌프를 제공할 수 있는데, 그 단일의 펌프에 의해 유체가 한편으로는 증발기로 전송될 수 있고, 다른 한편으로는 특히 다른 증발이 필요하지 않으면 입구 라인이 다시 유체로부터 자유로워질 수 있다.

또한, 가장 정확한 가능한 공급을 위해, 즉 동작압에서 기껏해야 0.25%까지의 직경의 연장이 허용되는 입구 라인의 라인 크로스 섹션이 구부러지지 않게 만들어지는 것이 제안된다.

더욱이, 적어도 하나의 출구 라인이 배기-가스 라인에 연결될 수 있고 구멍 뚫린 종단 영역을 갖는 증발기가 제안된다. 이것은 특히 가스가 심지어 출구 라인의 측면에서 나올 수 있는 다수의 개구를 제공하는 종단 영역을 갖는다는 것을 의미한다. 상기 구멍 뚫린 종단 영역은 이제 배기-가스 라인으로 돌출되고, 그 배기-가스의 크로스 섹션에 걸쳐 암모니아-함유 가스의 일정한 분배가 실현된다.

본 발명은 적어도 하나의 배기-가스 라인을 갖고 배기 가스를 생성하는 드라이브를 갖춘 차량에 사용하는데 특히 바람직하다. 여기에는, 출구 라인이 저장소 및 유체 컨베이어와 상호작용하고 출구 라인이 배기-가스 라인으로 돌출하는 방식으로 여기에 기술한 타입의 적어도 하나의 증발기가 위치되는 것이 제안된다. 유체 컨베이어로서, 특정 펌프가 사용된다.

본 발명의 다른 특징은 적어도 하나의 입구 라인 및 적어도 하나의 출구 라인을 갖는 기본 몸체를 포함하는 증발기를 제조하기 위한 방법에 관한 것으로, 상기 기본 몸체에는 적어도 하나의 발열체 및 상기 입구 라인을 상기 출구 라인에 연결하기 위한 적어도 하나의 덕트가 제공되고, 상기 적어도 하나의 발열체는 적어도 하나의 덕트의 증발 섹션과 열-전도 접촉되며, 적어도 일부의 증발 섹션은 적어도 하나의 파이프로부터 형성되고, 적어도 하나의 파이프는 이하의 물질 중 적어도 하나를 포함하는 재료로 형성된다:

주조재로 캡슐화되는

a) 알루미늄;

b) 티타늄; 및

c) 강철.

바람직하게, 적어도 하나의 파이프는 기본 몸체 내에 배치되어 기본 몸체에 캡슐화된다. 상기 방법은 특히 여기에 기술한 본 발명에 따른 증발기를 제조하기 위해 사용된다.

본 발명에 따른 방법의 장점적인 구체화에 따르면, 적어도 하나의 파이프를 형성하는 재료는 주조재보다 높은 융점을 갖는다. 또한, 구체화된 방법은 본질적으로 적어도 하나의 파이프의 외부 영역의 용융이 발생하도록 캡슐화 공정 동안 주조재의 온도가 선택되는 것이 가능하여, 적어도 하나의 파이프의 내부 영역이 용융되지 않고 주조재와 파이프의 재료간 친밀한 밀착 연결이 형성된다.

본 발명에 따른 방법의 다른 장점적인 구체화에 따르면, 주조재는 알루미늄을 포함한다. 이것은 주조재로서 알루미늄 또는 알루미늄을 포함하는 합금이 사용되는 것을 의미하는 것으로 이해된다. 주조재로서, 특히 200 W/(m K)(Watts per meter and Kelvin) 이상의 열전도도를 갖는 재료가 사용된다.

본 발명에 따른 방법의 다른 장점적인 구체화에 따르면, 유체는 파이프가 캡슐화됨에 따라 파이프를 통해 흐른다. 이러한 방식으로, 특히 적어도 하나의 파이프의 내면의 온도 조절, 특히 내면의 냉각을 제공할 수 있고, 그 결과 파이프 재료가 펌프의 전체 두께에 걸쳐 용융되는 것을 방지할 수 있고, 그에 따라 상기 파이프가 용융되는 것을 방지할 수 있다.

본 발명에 따른 방법의 다른 장점적인 구체화에 따르면, 유체는 이하의 물질 중 적어도 하나를 포함한다:

A) 공기;

B) 비활성 가스;

C) 산소(O2);

D) 질소(N2); 및

E) 액화 가스의 증발로부터 얻어진 가스.

본 발명에 따른 방법의 다른 장점적인 구체화에 따르면, 적어도 하나의 파이프가 캡슐화 공정 동안 용융되는 것을 확실히 방지하도록 이하의 파라메터의 적어도 하나가 선택된다: a) 파이프를 통한 유체의 유량, b) 유체의 온도 및 유체의 구성.

본 발명 및 본 발명의 기술분야가 도면에 기초하여 보다 상세히 기술될 것이다. 도면에 나타낸 증발기의 실시예들은 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니다.

도 1은 증발기의 첫번째 디자인 변형의 3차원 분해도를 나타낸다.

도 2는 기본 몸체의 제1부분의 하부 평면도를 나타낸다.

도 3은 도 2에 따른 기본 몸체의 제1부분에 걸친 단면도를 나타낸다.

도 4는 도 2의 내부를 상세히 도시한 상세도를 나타낸다.

도 5는 차량의 증발기의 배열을 나타낸다.

도 6은 허니콤체의 디자인 변형을 나타낸다.

도 7은 파이프의 사시도를 나타낸다.

도 8 내지 10은 파이프의 각기 다른 구체화를 나타낸다.

도 11은 캡슐화된 파이프를 나타낸다.

＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞

1 : 증발기, 2 : 기본 몸체,

3 : 입구 라인, 4 : 출구 라인,

5 : 발열체, 6 : 덕트,

7 : 증발 섹션, 8 : 형태,

9 : 직선형태 영역, 10 : 굴곡형태 영역,

11 : 연장부, 12 : 덕트 크로스 섹션,

13 : 덕트 섹션 길이, 14 : 증발기 평면,

15 : 덕트 월(Duct wall), 16 : 유입 섹션,

17 : 냉각장치, 18 : 갈바닉 증착(galvanic deposition),

19 : 유출 섹션, 20 : 확장부,

21 : 반응실, 22 : 허니콤체,

23 : 평탄한 판금 포일, 24 : 구조화된 판금 포일,

25 : 유로, 26 : 단열부,

27 : 분할면, 28 : 제1부분,

29 : 제2부분, 30 : 리셉터클(receptacle),

31 : 펌프, 32 : 라인 크로스 섹션,

33 : 배기-가스 라인, 34 : 종단 영역,

35 : 차량, 36 : 드라이브,

37 : 저장소, 38 : 유체 컨베이어,

39 : 길이축, 40 : 유동 방향,

41 : 변환기, 42 : 파이프,

43 : 월(wall), 44 : 내부 공간,

45 : 돌출부, 46 : 돌출 높이,

47 : 수축, 48 : 주조재(casting material).

도 1은 설명을 위해 회전-개방 위치로 도시된 여기에 사용되는 기본 몸체(2)를 갖춘 증발기(1)의 보다 바람직한 변형 디지인을 개략적으로 나타낸다. 따라서, 기본 몸체(2)는 증발기(1)의 동작시에 그들의 공통 분할면(27)으로 함께 접합되는 제1부분(28) 및 제2부분(29)을 포함한다. 상기 기본 몸체(2)의 2개-부분 디자인에 있어서, 제1부분(28) 및 제2부분(29) 모두는 또한 기본 몸체(2)의 길이축(39)의 방향으로 전체 길이에 걸쳐 연장되는 각 경우에 있어서의 하나의 발열체(5)를 위한 2개의 리셉터클(30)을 각각 갖는다. 우측 영역에서, 예컨대 PTC(Positive temperature coefficient: 정온도 계수) 레지스터(소위 포지스터(posistor))로 형성된 발열체를 위한 전기적 커넥션이 도시되어 있다. 분할면(27)으로부터 처리시에, 반응실(21)의 상부 영역은 제2부분(29)에 형성된다. 또한, 덕트(6)의 유출 섹션(19)만이 상기 제2부분(29)에 형성된다.

기본 몸체(2) 또는 증발기(1)는 유동방향(40)으로 길이축(39)을 따라 가로지른다. 여기서, 처리되는 유체는 소정 라인 크로스 섹션(32)을 갖는 입구 라인(3)을 통해 바람직하게 알루미늄으로 생성된 기본 몸체(2)의 제1부분(28)으로 패스된다. 영역이 제1부분(28)의 내부에 분할면(27)에 대해 오프셋 형성되기 때문에, 유입 섹션(16)에 걸쳐 연장되는 덕트(6)의 상기 영역은 여기에서는 도시하지 않았다. 증발 섹션(7)의 영역에만 분할면(27)에 안내된 덕트(6)가 존재하며, 상기 덕트(6)는 최종적으로 증발기 평면(14) 내에 구불구불한 형태를 갖는다. 상기 증발 섹션(7)에 있어서, 덕트(6)는 유출 섹션(19)으로 전이를 형성하는 확장부(20)를 갖는다. 상기 확장부(20)는 여기서 단열부(26)로 둘러싸이고 가수분해 촉매 변환기 지지체의 형태인 허니콤체(22)가 형성되어 위치된 반응실(21)로 개통된다. 기술된 인접한 상기 허니콤체(22)는 구멍 뚫린 종단 영역(34)을 갖는 출구 라인(4)이다.

도 2는 제1부분(28)의 분할면(27)의 평면도를 나타낸다. 그 덕트 배열이 길이축(39)을 따라 정렬되는데, 우선 덕트(6)가 중심 영역에 분할면(27)에 안내된다. 거기에서, 덕트(6)는 각 경우에 개별적인 편차로 제공되는 하나의 연장부(11)를 갖춘 구불구불한 형태(8)를 갖는다. 덕트(6)가 몇번, 예컨대 8번 또는 10번 길이축(39)에 걸쳐 안내된 후, 상기 덕트(6)는 다시 길이축에 대해 중심으로 안내된 다음 최종적으로 반응실(21)에 병합되는 확장부(20)까지 덕트 크로스 섹션으로 확장한다.

이는 도 3의 단면도로 다시 한번 도시하고 있다. 여기서, 덕트(6)는 유입 섹션(16)의 영역에서 구멍 형태로 형성되며, 그 덕트 월(15)은 제1부분(28)에만 형성되어 있다. 또한, 원하는 온도 레벨을 설정하기 위한 펠티어 소자 형태의 냉각장치(17)가 유입 섹션(16) 영역에서 상기 덕트에 인접하여 제공된다. 또한, 입구 라인의 전이의 영역(여기에는 도시하지 않음)에 갈바닉 증착(18)이 제공된다. 유입 섹션(16)을 떠나, 덕트(6)는 분할면(27)에 안내되며, 그 덕트(6)는 냉각장치(17)에 형성되는데, 특히 밀링된다.

도 4는 증발 섹션(7)에서의 덕트(6)의 구불구불한 형태(8)를 상세히 나타낸다. 덕트(6)는 거의 동일한 덕트 크로스 섹션(12)을 갖는다. 이는 특히 굴곡형태 영역(10)으로 반복적으로 중절된 직선형태 영역(9)에 제공된다. 굴곡형태 영역(10)에서, 상술한 직선형태 영역(9)의 연장으로서 연장부(11)가 제공된다. 이는 비교적 짧은 덕트 섹션 길이(13)를 통해 완전한 증발을 실현할 수 있게 한다. 더욱이, 증발을 더 돕는 소정의 표면 거칠기를 갖는 덕트 월(15)이 제공된다. 또한, 덕트 월(15)의 일부는 가수분해 코팅, 예컨대 산화 알루미늄이 존재할 것이다.

도 5는 증발기의 가능한 응용의 변형을 개략적으로 나타낸다. 차량(35)에는 드라이브(26), 예컨대 배기-가스 라인(33)을 통해 배기 가스가 안내되는 내부의 내연기관(특히 디젤 엔진)이 제공된다. 여기서, 이제 예컨대 요소 수용액이 저장소(37)에 저장되고 요청에 따라 예컨대 펌프(31) 형태의 유체 컨베이어(38)에 의해 입구 라인(3)을 통해 증발기(1)에 공급되는 것이 제안된다. 증발 및 "내부" 가수분해 후, 암모니아 가스는 바람직하게 구멍 뚫린 종단 영역을 갖는 출구 라인(4)을 통해 배기-가스 라인(33)으로 도입된다. 이제 암모니아 가스는 배기 가스와 혼합할 수 있으며, 또한 적절한 경우 제공된 요소들을 혼합할 수도 있다. 다음에 상기 혼합물은 촉매 변환기(21), 예컨대 소위 SCR 촉매 변환기로 전달되어, 거기에서 산화 질소로 거의 효과적으로 변환될 수 있다.

만약 증발기(1)의 일부가 가수분해 촉매 변환기를 포함하는 것이면 특정 금속 허니콤체의 통합이 특히 유리하다. 그와 같은 허니콤체(22)는 도 6에 예로서 도시되어 있다. 허니콤체(22)는 처리될 유체가 흐르는 유로(25)를 형성하는 다수의 평탄한 판금 포일(23) 및 구조화된 판금 포일(24)로 형성된다. 다음에, 가수분해 촉매 변환기는 예컨대 표면 코팅의 형태로 상기 유로(25)에 위치된다. 여기서, 또한 가능한데, 예컨대 만약 판금 포일이 변환 및 가수분해에 사용될 알루미늄에 의해 생성된 산화물에 대한 실질적인 알루미늄의 비율을 포함하면 우선적으로 분리 코팅을 제공할 수 있다. 또한, 허니콤체(22)는 단열부(26)로 둘러싸여진다.

본 발명에 따르면, 덕트(6)는 적어도 하나의 파이프(42)에 의해 적어도 일부 영역에 형성될 것이다. 도 7은 사시도로 예시의 파이프(42)를 개략적으로 나타낸다. 파이프(42)는 내부 공간(44)의 범위를 정하는 월(43)을 갖춘다. 바람직하게, 월(43)은 기본 몸체(2: 여기에는 도시하지 않음)에 밀착되어 연결되고, 특히 기본 몸체로 캡슐화된다.

적어도 하나의 파이프(42)는 도 8 내지 10에 개략적으로 나타낸 바와 같이 파이프(42)의 내부 공간(44) 내로의 적어도 하나의 돌출부(45)를 갖는다. 이는 덕트 크로스 섹션(12)의 수축(47)을 형성한다.

적어도 하나의 돌출부(45)는 크로스 섹션에서 전체 파이프(42)를 에워싸거나 또는 방사상의 일부 영역에만 형성되고, 따라서 부분적으로 원주 형태로 형성될 것이다. 부분적 원주 형태의 돌출부(45)의 경우에, 상기 돌출부는 각각 적어도 부분적으로 다른 원주 영역을 커버하고, 특히 도 8에 나타낸 바와 같이 마주보고 대칭되어 형성되거나 또는 도 9 및 10에 나타낸 바와 같이 서로 오프셋되어 형성될 것이다. 여기서, 돌출부(45)의 돌출 높이(46)는 일정하거나 가변적일 것이다. 특히, 돌출부(45)는 돌출 높이(46)가 상기 영역에서의 파이프(42)의 절반의 안목 치수(47; clear width)보다 높으며, 도 10에 나타낸 바와 같이 돌출부(45)는 방사상으로 비대칭적으로, 바람직하게는 거의 대향측에 형성되며 서로 오프셋된다. 원형 파이프(42)의 경우에, 안목 치수(47)는 파이프 직경에 대응한다. 덕트(6)의 실시는 본질적으로 0.1 내지 1 mm, 바람직하게는 0.2 내지 0.5 mm의 안목 치수를 갖는 것이 바람직하다.

동작에 있어서, 증발기(1)에는 증발될 액체가 공급된다. 돌출부(45)는 작은 물방울과 덕트(6)의 월(43) 사이의 수증기 완화를 위해 덕트(6)를 통해 및/또는 파이프(42)를 통해 증발액의 작은 물방울이 적어도 하나의 돌출부(45)에 충돌하고 상기 돌출부(45)와의 접촉에 따라 적어도 부분적으로 증발되기 때문에, 상기 돌출부(45)는 향상된 증발 성능을 제공한다.

도 11은 기본 몸체(2)를 상세히 나타낸다. 덕트(6)와 같이, 상기 기본 몸체(2)는 주조재(48)로 캡슐화되는 파이프(42)를 포함한다. 이는 발열체(5: 도시하지 않음)를 둘러싸는 파이프(42)와 기본 몸체(2) 사이에 밀착 커넥션을 형성한 다. 밀착 커넥션은 발열체(5)에서 적어도 하나의 파이프(42)까지의 양호한 열 전달을 야기한다. 이는 알루미늄으로 이루어지거나 또는 알루미늄을 포함하는 주조재(48)에 바람직하다.

Claims

적어도 하나의 입구 라인(3) 및 적어도 하나의 출구 라인(4)을 갖는 기본 몸체(2)를 포함하는 증발기(1)로서, 상기 기본 몸체(2)에는 적어도 하나의 발열체(5) 및 상기 입구 라인(3)을 상기 출구 라인(4)에 연결하기 위한 적어도 하나의 덕트(6)가 제공되고, 상기 적어도 하나의 발열체(5)는 적어도 하나의 덕트(6)의 증발 섹션(7)과 열-전도 접촉되며, 상기 적어도 하나의 덕트(6)는 상기 증발 섹션(7)에 구불구불한 형태(8)를 갖는 것을 특징으로 하는 증발기(1).
청구항 1에 있어서,

상기 적어도 하나의 덕트(6)의 적어도 일부의 증발 섹션(7)은 적어도 하나의 파이프를 포함하는 것을 특징으로 하는 증발기(1).
청구항 2에 있어서,

상기 파이프는 기본 몸체(2)에 밀착되어 연결되는 것을 특징으로 하는 증발기(1).
청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,

상기 파이프는 이하의 물질 중 적어도 하나를 포함하는 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 증발기(1).

a) 강철;

b) 알루미늄; 및

c) 티타늄.
청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,

적어도 하나의 덕트(6)는 증발 섹션(7)에서 이하의 적어도 하나의 구성을 갖는 것을 특징으로 하는 증발기(1).

5-1. 다수의 교대의 직선형태 영역(9) 및 굴곡형태 영역(10),

5-2. 덕트 크로스 섹션(12)의 연장부(11)를 갖는 굴곡형태 영역(10),

5-3. 300 내지 1000 mm의 덕트 섹션 길이(13),

5-4. 0.2 내지 10 mm²의 수단 덕트 크로스 섹션(12),

5-5. 다르게 굴곡된 형태 영역(10),

5-6. 적어도 90°의 굴곡을 갖는 다수의 굴곡형태 영역(10),

5-7. 기본 몸체(2)의 증발기 평면(14)의 배열,

5-8. 알루미늄을 포함하는 덕트 월(15),

5-9. 티타늄을 포함하는 덕트 월(15),

5-10. 2 ㎛에서 50 ㎛ 범위의 수단 거칠기 깊이(R_z)를 갖는 덕트 월(15),

5-11. 가수분해 액티브 덕트 월(15), 및

5-12. 덕트 크로스 섹션(12)의 수축(47)을 갖는 형태 영역(10).
청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,

적어도 하나의 덕트(6)는 적어도 하나의 입구 라인(3)과 증발 섹션(7) 사이에 상기 증발 섹션(7)에 대해 오프셋 배열된 유입 섹션(16)을 형성하는 것을 특징으로 하는 증발기(1).
청구항 6에 있어서,

적어도 하나의 덕트(6)는 유입 섹션(16)에서 이하의 적어도 하나의 구성을 갖는 것을 특징으로 하는 증발기(1).

7-1. 기본 몸체(2)의 증발기 평면(14)에 대해 오프셋된 위치,

7-2. 0.2 내지 30 mm²의 수단 덕트 크로스 섹션(12),

7-3. 냉각장치(17),

7-4. 갈바닉 증착(18).
청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,

적어도 하나의 덕트(6)는 증발 섹션(7)과 적어도 하나의 출구 라인(4) 사이에 덕트 크로스 섹션(12)의 확장부(20)를 포함하는 유출 섹션(19)을 형성하는 것을 특징으로 하는 증발기(1).
청구항 8에 있어서,

적어도 하나의 덕트(6)는 유출 섹션(19)에서 이하의 적어도 하나의 구성을 갖는 것을 특징으로 하는 증발기(1).

9-1. 적어도 하나의 가수분해 액티브 반응실(21),

9-2. 알루미늄을 포함하는 판금 포일(23, 24)에 의해 다수의 유로(25)를 형성하는 적어도 하나의 허니콤체(22),

9-3. 증발 섹션(7)과 가수분해 액티브 반응실(21) 사이의 콘 형태의 확장부(20),

9-4. 적어도 하나의 발열체(5)와 연관된 단열부(26).
청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,

기본 몸체(2)는 이하의 적어도 하나의 구성을 갖는 것을 특징으로 하는 증발기(1).

10-1. 알루미늄 재료로 형성되고,

10-2. 중심 증발기 평면(14)의 2개-부분 디자인,

10-3. 적어도 하나의 덕트(6)의 적어도 증발 섹션(7)이 기본 몸체(2)의 분할면(27)에 형성되고,

10-4. 적어도 하나의 덕트(6)의 유입 섹션(16)이 2개-부분 기본 몸체(2)의 제1부분(28)에만 형성되며,

10-5. 각 경우에 있어서의 적어도 하나의 발열체(5)를 위한 다수의 리셉터 클(30).
청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서,

적어도 하나의 입구 라인(3)은 펌프(31)에 연결되고, 구부러지지 않는 라인 크로스 섹션(32)을 갖는 것을 특징으로 하는 증발기(1).
청구항 1 내지 청구항 11 중 어느 한 항에 있어서,

적어도 하나의 출구 라인(4)은 배기-가스 라인(33)에 연결될 수 있고 구멍 뚫린 종단 영역(34)을 갖는 것을 특징으로 하는 증발기(1).
청구항 1항 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 증발기(1)와 함께, 적어도 하나의 배기-가스 라인(33)을 갖추고 배기 가스를 생성하는 드라이브(36)를 갖춘 차량(35)으로서, 증발기(1)의 입구 라인(3)은 저장소(37) 및 유체 컨베이어(38)와 상호작용하고, 증발기(1)의 출구 라인(4)은 배기-가스 라인(33)으로 돌출하는 것을 특징으로 하는 차량(35).
적어도 하나의 입구 라인(3) 및 적어도 하나의 출구 라인(4)을 갖는 기본 몸체(2)를 포함하는 증발기(1)를 제조하기 위한 방법으로서, 상기 기본 몸체(2)에는 적어도 하나의 발열체(5) 및 상기 입구 라인(3)을 상기 출구 라인(4)에 연결하기 위한 적어도 하나의 덕트(6)가 제공되고, 상기 적어도 하나의 발열체(5)는 적어도 하나의 덕트(6)의 증발 섹션(7)과 열-전도 접촉되며, 적어도 일부의 증발 섹션(7)은 적어도 하나의 파이프로부터 형성되고, 적어도 하나의 파이프는 이하의 물질 중 적어도 하나를 포함하는 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 증발기 제조 방법.

주조재(48)로 캡슐화되는

a) 알루미늄;

b) 티타늄; 및

c) 강철.
청구항 14에 있어서,

적어도 하나의 파이프를 형성하는 재료는 주조재(48)보다 높은 융점을 갖는 것을 특징으로 하는 증발기 제조 방법.
청구항 14 또는 청구항 15에 있어서,

주조재(48)는 알루미늄을 포함하는 것을 특징으로 하는 증발기 제조 방법.
청구항 14 내지 청구항 16 중 어느 한 항에 있어서,

유체는 파이프가 캡슐화됨에 따라 파이프(42)를 통해 흐르는 것을 특징으로 하는 증발기 제조 방법.
청구항 17에 있어서,

유체는 이하의 물질 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 증발기 제조 방법.

A) 공기;

B) 비활성 가스;

C) 산소(O2);

D) 질소(N2); 및

E) 액화 가스의 증발로부터 얻어진 가스.