WO2001026785A1 - Vorrichtung zum transport einer flüssigkeit - Google Patents

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Bernd Mahr
Bernd Hupfeld
Hanspeter Mayer
Roland Schwarz
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Robert Bosch Gmbh
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Definitions

  • the present invention relates to a device for transporting a liquid through a transport line according to the preamble of patent claim 1.
  • Devices of this type can be used, for example, in the context of a catalytic exhaust gas aftertreatment, in which a reducing agent-air mixture is first generated from a liquid reducing agent (such as urea) and air, which mixture is then introduced as an aerosol into the catalytic converter to effect effective exhaust gas aftertreatment.
  • a liquid reducing agent such as urea
  • a system is known from EP-A-0381236 which doses ammonia as a reducing agent for removing nitrogen oxides in exhaust gases from a diesel engine.
  • a urea-water solution used here is metered in by means of compressed air.
  • An aerosol is formed, for example, in a mixing chamber of a mixing chamber by further exposure to the reducing agent or the reducing agent-air mixture with compressed air.
  • Such a system is known for example from DE 4230056 AI.
  • the object of the present invention is to enable the most uniform possible transport of liquid which is metered into a transport line via an injection valve, through the transport line.
  • a uniform liquid transport through a Transport line can be carried out over long distances in a simple manner.
  • the wall film that forms is evenly transported by the air flow along the wall of the transport line. Due to the air flow around the injection valve proposed by the invention, by means of which the liquid is introduced into the transport line, a spray mist that is created is also carried along and guided by the air flow. Due to the axial loading or entrainment while avoiding narrow gaps, crystal formation in crystalline liquids and an associated blockage of the air supply or a spray head formed downstream in the transport line are prevented.
  • the actual atomization and spray or aerosol formation according to the present device does not take place directly on the injection valve, but downstream on a spray head. In the spray head, the transported liquid film is aerosol-generating by means of the same air flow, the
  • Flow rate is increased by appropriate throttling in the area of the spray head compared to the area of wall film transport.
  • the transport line between the injection valve and spray head can be of any length.
  • the device according to the invention has impact or air redirection means formed in the region of the outlet opening of the injection valve on the wall of the transport line. By means of such means, a particularly effective air exposure to the liquid emerging from the outlet opening can be carried out to form a wall film.
  • Advantageous embodiments of the device according to the invention are the subject of the dependent claims.
  • the impact means are expediently designed as an impact ring.
  • Such an impact ring can be inserted into a transport line in a simple manner and has proven to be robust and reliable in practice.
  • the transport line has conically tapering sections, in particular in the region of the inlet valve or the outlet opening of the injection valve.
  • conically tapering sections for example, a throttle-like tapering of the air flow flowing around the injection valve can be achieved.
  • a conically tapering region formed downstream of the outlet opening has a favorable effect on the wall film formation.
  • the device according to the invention expediently has a spray head downstream of the transport line for the formation of an aerosol on the basis of the liquid and the air flow transported through the transport line.
  • the aerosol formation in this spray head is effected by means of the same air stream which initially supports the wall film formation.
  • FIG. 1 shows a schematic side sectional view of a first preferred embodiment of the device according to the invention
  • FIG. 2 shows a side schematic sectional view of a second preferred embodiment of the present invention
  • FIG. 3 shows a schematic sectional side view to illustrate the
  • Figure 4 is a block diagram showing the functional integration of the device according to Figure 1 in the context of a device for metering reducing agent.
  • 1 denotes an injection valve.
  • the injection valve 1 is not seated on a valve seat, but rather sprays a liquid jet 9 without direct contact for further guidance into a transport line 7.
  • An air jet 4 which, as indicated by the arrows, in the direction of extension of the transport line (hereinafter referred to as the transport direction) ) flows, flows around the injection valve 1, which is arranged substantially centrally in the transport line 7.
  • a baffle ring 17 serving as an air diversion is formed on the wall 7a of the transport line 7.
  • the air flow 4 is diverted through this baffle ring 17, flows through an annular gap 18 between the injection valve 1 and the baffle ring 17 and acts on it from the outlet opening la escaping liquid 9. Overall, this results in the formation of a liquid film on the wall of the transport line 7, which film is transported continuously in the transport direction by the air flow.
  • FIG. 2 shows another preferred embodiment of the device according to the invention.
  • the injection valve 1 is not seated on the valve seat, but rather sprays the liquid jet 9 into a conically tapering one without direct contact for further guidance
  • the air jet 4 is introduced via an air supply line 4a into the region of the transport line which surrounds the injection valve.
  • the air flow is deflected by interaction with the end region 7a or the wall 7b, so that it finally flows uniformly around the injection valve 1 in the direction shown by the arrows 4.
  • the air jet 4 thus axially washing around the injection valve is guided over two conically tapering sections in the transport direction, namely a section 5a and the already mentioned section 5b of the transport line.
  • the first area 5a serves to throttle the air flow.
  • the second area 5b serves to ensure that the wall film is formed as uniformly as possible due to the liquid emerging from the outlet opening la.
  • the air jet 4 flowing around the injection valve is deflected by an angle that is less than 90 ° by means of the areas 5a, 5b. This slight deflection of the air jet 4 makes it possible to avoid air turbulence and the aerosol formation caused thereby.
  • the liquid jet 9 around which the air stream 4 flows is conducted to form a wall film 27 via a merging area 8 into an area of the transport line 7 which is of uniform diameter.
  • the transport or metering line opens downstream into a spray head (not shown).
  • the resulting wall film 27 enables a much better and more uniform guidance of the liquid tightness in the transport line 7 and enables a better and more uniform aerosol formation of the injected liquid than was the case with conventional devices due to the defined flow against the aerosol-forming spray head (not shown).
  • the air flow 4 in the device shown in the wall film transport area has a relatively low speed, for example in the range of 10 to 20 meters per second.
  • the air film transport is effectively supported by such an air flow velocity.
  • the flow velocity of the air flow 4 is increased again, whereby aerosol formation can be realized in a simple manner.
  • semi-toroidal drop rings are formed on the wall of the transport line 7, which migrate through the transport line 7 uniformly and at the same distance from one another by the action of the air jet 4.
  • Figure 3 is a side sectional view of the wall film 27 and its transport through the transport line 7 to illustrate
  • Transport line 7 shown. One recognizes the wall of the transport line 7, on the inside of which the wall or liquid film 27 extends.
  • the air flow 4 flows inside the transport line.
  • Material transport resulting in wall film is represented by arrows 28.
  • FIG. 4 shows the functional embedding of the device shown in a device for
  • Aerosol formation shown in block diagram form. Air is released from an air pressure accumulator 30 via a compressed air line
  • the area 37 in the illustration in FIG. 4 essentially corresponds to the areas in FIG. 2 identified by reference numerals 5a, 5b, 6. Liquid becomes a liquid storage device
  • FIG. 4 also shows the downstream of the transport line 7 subsequent spray head shown schematically and designated 40.
  • the device according to the invention ensures in a simple manner the formation of a liquid wall film on the wall of the transport line 7 and a uniform and reliable material transport along the transport direction of the transport line 7.
  • the transport line 7 can be made relatively long compared to conventional solutions.

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Abstract

Vorrichtung zum Transport einer Flüssigkeit durch eine Transportleitung (7) mit einem im der Transportleitung (7) vorgesehenen Einspritzventil (1), welches mit einer Austrittsöffnung (1a) ausgebildet ist, über welche Flüssigkeit, insbesondere in zerstäubter Form, in die Transportleitung (7) einbringbar ist, und Mitteln (4a) zum Beaufschlagen der Transportleitung (7) mit einem in der Transportrichtung der Transportleitung (7) strömenden Luftstrom (4) wobei das Einspritzventil (1) im wesentlichen mittig in der Transportleitung (7) angeordnet ist, so dass es von dem Luftstrom (4) im wesentlichen gleichmäßig umströmt werden kann.

Description

Vorrichtung zum Transport einer Flüssigkeit
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Transport einer Flüssigkeit durch eine Transportleitung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Derartige Vorrichtungen sind beispielsweise im Rahmen einer katalytischen Abgasnachbehandlung einsetzbar, bei der zunächst aus einem flüssigen Reduktionsmittel (wie etwa Harnstoff) und Luft ein Reduktionsmittel-Luft-Gemisch erzeugt wird, welches anschließend als Aerosol zur Bewirkung einer effektiven Abgasnachbehandlung in den Katalysator eingebracht wird.
Aus der EP-A-0381236 ist ein System bekannt, welches zum Entfernen von Stickoxiden in Abgasen aus einem Dieselmotor Ammoniak als Reduktionsmittel zudosiert .Eine hierbei verwendete Harnstoff-Wasser-Lösung wird mittels Druckluft zudosiert. Die Bildung eines Aerosols erfolgt beispielsweise in einem Mischraum einer Mischkammer durch weitere Beaufschlagung des Reduktionsmittels bzw. des Reduktionsmittel -Luft- Gemisches mit Druckluft. Ein derartiges System ist beispielsweise aus der DE 4230056 AI bekannt.
Es hat sich gezeigt, daß ein gleichmäßiger Transport einer Flüssigkeit durch eine Transportleitung zu einem Sprühkopf, in welchem die Aerosolbildung erfolgt, insbesondere dann zu gewährleisten ist, wenn die zu transportierende Flüssigkeit in Form eines Wandfilms an der Innenwand der Transportleitung transportiert wird. Derartige Wandfilme, welche durch einen durch die Transportleitung strömenden Luftstrom an der Leitungswand entlang transportierbar sind, gewährleisten über weite Transportstrecken einen gleichmäßigen Flüssigkeits- bzw. Materialfluß. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn ein Sprühkopf, mittels dessen eine Aerosolbildung durchgeführt werden soll, sich in einem größeren Abstand von einem Einspritzventil, mittels dessen die Flüssigkeit in zerstäubter Form in die Transportleitung eingebracht wird, befindet.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen möglichst gleichmäßigen Transport von Flüssigkeit, welche über ein Einspritzventil einer Transportleitung zudosiert wird, durch die Transportleitung zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist ein gleichmäßiger Flüssigkeitstransport durch eine Transportleitung über weite Strecken in einfacher Weise durchfuhrbar. Der sich bildende Wandfilm wird durch den Luftstrom entlang der Wandung der Transportleitung gleichmaßig transportiert. Durch die erfindungsgemaß vorgeschlagene Luftumstromung des Einspritzventils, mittels dessen die Flüssigkeit in die Transportleitung eingebracht wird, wird auch ein entstehender Spruhnebel von dem Luftstrom mitgenommen und gefuhrt. Aufgrund der axialen Beaufschlagung bzw. Mitnahme unter Vermeidung enger Zwischenräume wird eine Kristallbildung bei kristallinen Flüssigkeiten und eine damit verbundene Verstopfung der Luftzufuhr bzw. eines stromabwärts in der Transportleitung ausgebildeten Spruhkopfes verhindert. Die eigentliche Zerstäubung und Spray- bzw. Aerosolbildung erfolgt gemäß der vorliegenden Vorrichtung nicht unmittelbar am Einspritzventil, sondern stromabwartig an einem Spruhkopf. In dem Spruhkopf erfolgt eine aerosolerzeugende Beaufschlagung des transportierten Flussigkeitsfilms mittels desselben Luftstroms, dessen
Stromungsgeschwindigkeit durch entsprechende Drosselung jedoch im Bereich des Spruhkopfes gegenüber dem Bereich des Wandfilmtransportes erhöht ist. Die Transportleitung zwischen Einspritzventil und Spruhkopf kann hierbei beliebig lang ausgebildet sein. Die erfindungsgemaße Vorrichtung weist im Bereich der Austrittsoffnung des Einspritzventils an der Wandung der Transportleitung ausgebildete Prall- oder Luftumleitungsmittel auf. Mittels derartiger Mittel ist eine besonders wirksame Luftbeaufschlagung der aus der Austrittsoffnung austretenden Flüssigkeit zur Bildung eines Wandfilms durchfuhrbar. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemaßen Vorrichtung sind Gegenstand der Unteranspruche .
Zweck aßigerweise sind die Prallmittel als Prallring ausgebildet. Eon derartiger Prallring ist in einfacher Weise in eine Transportleitung einfuhrbar und erweist sich in der Praxis als robust und zuverlässig.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemaßen Vorrichtung weist die Transportleitung, insbesondere im Bereich des Eintrittsventils bzw. der Austrittsoffnung des Einspritzventils, konisch sich verjungende Abschnitte auf. Mittels derartiger Abschnitte ist beispielsweise eine drosselartige Verjüngung des das Einspritzventil umströmenden Luftstromes erzielbar. Ferner wirkt sich ein stromabwartig der Austrittsoffnung ausgebildeter konisch sich verjungender Bereich gunstig auf die Wandfilmbildung aus.
Zweckmaßigerweise weist die erfindungsgemaße Vorrichtung einen sich stromabwartig an die Transportleitung anschließenden Spruhkopf zur Bildung eines Aerosols auf der Grundlage der durch die Transportleitung transportierten Flüssigkeit und des Luftstroms auf. Wie bereits erläutert, wird die Aerosolbildung in diesem Spruhkopf mittels des gleichen Luftstromes bewirkt, welcher zunächst die Wandfilmbildung unterstutzt.
Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung werden nun anhand der beigefugten Zeichnung weiter erläutert. In dieser zeigt Figur 1 eine schematische seitliche Schnittansicht einer ersten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, Figur 2 eine seitliche schematische Schnittansicht einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und,
Figur 3 in schemaclscher seitlicher Schnittansicht eine Darstellung zur Verdeutlichung der
Wandfilmbildung innerhalb einer Transportleitung, und Figur 4 ein Blockschaltbild zur Darstellung der funktionalen Integration der Vorrichtung gemäß Figur 1 im Rahmen einer Vorrichtung zur Dosierung von Reduktionsmittel .
In Figur 1 ist mit 1 ein Einspritzventil bezeichnet. Das Einspritzventil 1 sitzt nicht: auf einem Ventilsitz auf, sondern sprüht einen Flüssigkeitsstrahl 9 ohne direkten Kontakt zur weiteren Führung in eine Transportleitung 7. Ein Luftstrahl 4, der, wie durch die Pfeile angedeutet, in der Erstreckungsrichtung der Transportleitung (im folgenden als Transportrichtung bezeichnet) strömt, umströmt das Einspritzventil 1, welches im wesentlichen mittig in der Transportleitung 7 angeordnet ist. Im Bereich der Austrittsöffnung la des Einspritzventils 1 ist an der Wandung 7a der Transportleitung 7 ein als Luftumleitung dienender Prallring 17 ausgebildet. Der Luftstrom 4 wird durch diesen Prallring 17 abgeleitet, durchströmt einen Ringspalt 18 zwischen Einspritzventil 1 und Prallring 17 und beaufschlagt die aus der Austrittsöffnung la austretende Flüssigkeit 9. Insgesamt kommt es hierdurch zu einer Bildung eines Flüssigkeitsfilmes an der Wandung der Transportleitung 7, welche durch den Luftstrom kontinuierlich in Transportrichtung transportiert wird.
In Figur 2 ist eine weitere bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Auch hier sitzt das Einspritzventil 1 nicht auf dem Ventilsitz auf, sondern sprüht den Flüssigkeitsstrahl 9 ohne direkten Kontakt zur weiteren Führung in einen konisch sich verjüngenden
Abschnitt 5b der Transportleitung 7, welche als Düse 6 wirkt .
Man erkennt hier ferner, daß der Luftstrahl 4 über eine Luftzufuhrleitung 4a in den Bereich der Transportleitung, welche das Einspritzventil umgibt, eingebracht wird. Durch Wechselwirkung mit dem Stirnbereich 7a bzw. der Wandung 7b wird der Luftstro umgelenkt, so daß er schließlich in der mittels der Pfeile 4 dargestellten Richtung das Einspritzventil 1 gleichmäßig umströmt.
Der somit das Einspritzventil axial umspülende Luftstrahl 4 wird, wie zu erkennen, über zwei konisch sich in Transportrichtung verjüngende Abschnitte, nämlich einen Abschnitt 5a und den bereits erwähnten Abschnitt 5b der Transportleitung geführt. Der erste Bereich 5a dient hierbei zur Drosselung des Luftstromes .
Der zweite Bereich 5b dient zur Gewährleistung einer möglichst gleichmäßigen Wandfilmbildung durch die aus der Austrittsoffnung la austretende Flüssigkeit. Mittels der Bereiche 5a, 5b wird der das Einspritzventil umströmende Luftstrahl 4 um einen Winkel, der kleiner als 90° ist, umgelenkt. Durch diese geringe Umlenkung des LuftStrahls 4 ist es möglich, Luftverwirbelungen und hierdurch verursachte Aerosolbildungen zu vermeiden.
Der vom Luftstrom 4 umströmte Flüssigkeitsstrahl 9 wird unter Bildung eines Wandfilms 27 über einen Zusammenführungsbereich 8 in einen Bereich der Transportleitung 7, welcher mit gleichförmigem Durchmesser ausgebildet ist, geleitet. Die Transport- bzw. Dosierleitung mündet stromabwartig in einen (nicht dargestellten) Sprühkopf. Der entstehende Wandfilm 27 ermöglicht eine wesentlich bessere und gleichmäßigere Führung der Flüssigkeits enge in der Transportleitung 7 und ermöglicht durch die definierte Anströmung des (nicht dargestellten) aerosolbildenden Sprühkopfes eine bessere und gleichmäßigere Aerosolbildung der eingespritzten Flüssigkeit, als dies bei herkömmlichen Vorrichtungen der Fall war.
Es sei angemerkt, daß der Luftstrom 4 bei der dargestellten Vorrichtung im Wandfilmtransportbereich eine relativ niedrige Geschwindigkeit, beispielsweise im Bereich von 10 bis 20 Metern pro Sekunde, aufweist. Durch eine derartige Luftstromgeschwindigkeit wird der Wandfilmtransport wirksam unterstützt. Im Bereich des Sprühkopfes wird die Strömungsgeschwindigkeit des Luftstroms 4 wieder erhöht, wodurch eine Aerosolbildung in einfacher Weise realisierbar ist. Im Falle eines getaktet angesteuerten Einspritzventils 1 bilden sich auf der Wandung der Transportleitung 7 halbtorusförmige Tropfenringe, welche mittels der Beaufschlagung durch den Luftstrahl 4 gleichmäßig und mit gleichem Abstand voneinander durch die Transportleitung 7 wandern.
In Figur 3 ist zur Veranschaulichung des entstehenden Wandfilms 27 und seines Transportes durch die Transportleitung 7 eine seitliche Schnittansicht der
Transportleitung 7 dargestellt. Man erkennt die Wandung der Transportleitung 7, an deren Innenseite sich der Wand- bzw. Flüssigkeitsfilm 27 erstreckt. Im Inneren der Transportleitung strömt der Luftstrom 4. Die Transportrichtung bzw. der durch den sich bewegenden
Wandfilm ergebende Materialtransport ist mittels Pfeilen 28 dargestellt.
In Figur 4 ist schließlich die funktionale Einbettung der dargestellten Vorrichtung in eine Vorrichtung zur
Aerosolbildung blockschaltbildartig dargestellt. Luft wird aus einem Luftdruckspeicher 30 über eine Druckluftleitung
31 einem Flüssigkeitsbeaufschlagungsbereich 37 einer Transportleitung 7 zugeführt. Der Bereich 37 in der Darstellung der Figur 4 entspricht im wesentlichen den durch Bezugszeichen 5a, 5b, 6 gekennzeichneten Bereichen der Fig. 2. Flüssigkeit wird aus einem Flüssigkeitsspeicher
32 mittels einer Pumpe 33 in das Einspritzventil 1 gefördert, und in der bereits beschriebenen Weise in den Bereich 37 der Transportleitung 7 eingeführt. In Figur 4 ist ferner der stromabwartig an die Transportleitung 7 anschließende Sprühkopf schematisch dargestellt und mit 40 bezeichnet .
Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung ist gegenüber herkömmlichen Vorrichtungen in einfacher Weise eine Bildung eines Flüssigkeits-Wandfilms auf der Wandung der Transportleitung 7 und ein gleichmäßiger und zuverlässiger Materialtransport entlang der Transportrichtung der Transportleitung 7 gewährleistet. Hierdurch kann die Transportleitung 7 gegenüber herkömmlichen Lösungen relativ lang ausgebildet sein.

Claims

Ansprüche
1. Vorrichtung zum Transport einer Flüssigkeit durch eine Transportleitung (7) mit einem im der Transportleitung (7) vorgesehenen Einspritzventil (1) , welches mit einer Austrittsoffnung (la) ausgebildet ist, über welche Flüssigkeit, insbesondere in zerstäubter Form, in die Transportleitung (7) einbringbar ist, und Mitteln (4a) zum Beaufschlagen der Transportleitung (7) mit einem in der Transportrichtung der Transportleitung (7) stromenden Luftstrom (4), wobei das Einspritzventil (1) im wesentlichen mittig in der Transportleitung (7) angeordnet ist, so dass es von dem Luftstrom (4) im wesentlichen gleichmaßig umströmt werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Austrittsoffnung (la) des Einspritzventils an der Wandung der Transportleitung (7) Prall- oder Luftumleitungsmittel (17, 5a, 5b) ausgebildet sind, so dass eine Luftbeaufschlagung der aus der Austrittsoffnung austretenden Flüssigkeit zur Bildung eines Wandfilms in der Transportleitung erfolgen kann.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Prallmittel als Prallring (17) ausgebildet sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Transportleitung (7) in Transportrichtung konisch sich verjungende Abschnitte (5a, 5b) aufweist.
4. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen sich stromabwartig an die Transportleitung (7) anschließenden Spruhkopf (40) zur Bildung eines Aerosols auf der Grundlage der durch die Transportleitung transportierten Flüssigkeit und des Luftstroms (4) .
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