專利名稱：用于處理內(nèi)燃機(jī)排氣的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于處理內(nèi)燃機(jī)排氣的方法和裝置，其中通過選擇性 地催化還原來減少內(nèi)燃機(jī)排氣中的氮氧化物含量。
背景技術(shù)：
內(nèi)燃機(jī)排氣具有不希望其排放到環(huán)境中的物質(zhì)。例如在許多國家在內(nèi)
燃機(jī)排氣中只允許含有高至一定極限值的氮氧化物(NOx)。除了發(fā)動(dòng)機(jī) 內(nèi)部的措施以外還采用了后處理方法，發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部措施通過選擇適合的內(nèi) 燃機(jī)運(yùn)行點(diǎn)可以減少氮氧化物的排放，通過后處理方法能夠進(jìn)一步降低氮 氧化物。
進(jìn)一步降低氫氧化物排放的方法是所謂的選擇性催化還原(SCR, selective catalytic reduction )。在此使用選擇性作用的還原劑使氮氧化物 選擇性還原成分子氮(N2)。 一種可能的還原劑是氨(NH3)。在此氨經(jīng) 常不以氨的形式儲(chǔ)存，而是儲(chǔ)存為氨前體，它在需要時(shí)轉(zhuǎn)換成氨?？赡艿?氨前體例如是尿素((NH2) 2CO)、氨基甲酸銨、異氰酸(HCNO)、 氰酸等。
尤其是尿素已經(jīng)被證實(shí)可方便地儲(chǔ)存。優(yōu)選使尿素以尿素水溶液的形 式儲(chǔ)存。尿素和尤其是尿素水溶液在健康方面無害、便于分配和儲(chǔ)存。一 種尿素水溶液已經(jīng)以名稱"AdBlue"銷售。
由DE 199 13 462 Al已知一種方法，其中尿素水溶液在水解催化器上 游配量到內(nèi)燃機(jī)排氣的分流里面。在此以液滴的形式實(shí)現(xiàn)配量。當(dāng)液滴接 觸水解催化器時(shí)，尿素水解和熱解形成氨，它在設(shè)置在下游的SCR催化器 中作為還原劑使用。在這里所述的方法存在缺陷，水解催化器通過蒸發(fā)尿素水溶液而冷卻。尤其是當(dāng)需要大量氨的時(shí)候，至少會(huì)在水解催化器的局 部區(qū)域?qū)е聫?qiáng)烈的冷卻，使得在這里水解催化器不再或不再完全運(yùn)行。此 外，由于蒸發(fā)單個(gè)液滴產(chǎn)生局部強(qiáng)烈間斷的水解催化器冷卻，該水解催化 器會(huì)損壞，尤其是催化活性覆層會(huì)脫落。

發(fā)明內(nèi)容
由此提出本發(fā)明的目的是，建議一種方法和一個(gè)裝置，通過它們至少 可以減少現(xiàn)有技術(shù)已知的缺陷。
這個(gè)目的通過具有獨(dú)立權(quán)利要求特征的裝置和方法得以實(shí)現(xiàn)。有利的 改進(jìn)方案是從屬權(quán)利要求的內(nèi)容。
按照本發(fā)明的用于處理內(nèi)燃機(jī)排氣的裝置至少包括 -蒸發(fā)單元；
—用于尤其4吏尿素水解成氨的水解催化器，和 -用于選擇性催化還原氮氧化物(NOx )的SCR催化器。 還原劑溶液蒸發(fā)器包括用于制備氣體混合物的蒸發(fā)單元，該混合物包 括至少一種下列物質(zhì)
a) 至少一種還原劑前體，和
b) 還原劑。
通過蒸發(fā)單元可以蒸發(fā)包括至少 一種還原劑前體的水溶液。SCR催化 器在排氣管中構(gòu)成，而使還原劑溶液蒸發(fā)器和水解催化器在排氣管外部并 與排氣管連接地構(gòu)成。在SCR催化器上游可以構(gòu)成顆粒過濾器，它在運(yùn)行 中同樣由含有還原劑的來自水解催化器的氣流通流。
這意味著，在運(yùn)行中SCR催化器由排氣均勻地通流，而在水解催化器 和還原劑溶液蒸發(fā)器中一般不是這種情況。這樣構(gòu)成水解催化器和還原劑 溶液蒸發(fā)器，使它們這樣與排氣管連接，即，使包括還原劑的氣體混合物 可以導(dǎo)入到排氣管里面，但是至多僅有少量排氣進(jìn)入到水解催化器和/或還 原劑溶液蒸發(fā)器里面。優(yōu)選使還原劑前體尿素作為還原劑氨的前體。在常 見的由現(xiàn)有技術(shù)已知的系統(tǒng)中，水解催化器至少由部分排氣通流。這造成，
6這種水解催化器由于大的排氣質(zhì)量流必需具有經(jīng)常半升或更大的一定的容 積、和一定的用于催化反應(yīng)的表面。這個(gè)容積和這個(gè)表面在按照本發(fā)明的 水解催化器中明顯減小，因?yàn)橹恍枋惯@個(gè)水解催化器設(shè)計(jì)成這樣大，使得 它可以轉(zhuǎn)換最大必需的蒸發(fā)的水溶液中的還原劑前體量。在此，通過水解 催化器的質(zhì)量流明顯更小。
在運(yùn)行中在蒸發(fā)單元中實(shí)現(xiàn)尿素水溶液蒸發(fā)。這種尿素水溶液還可以 含有其它物質(zhì)，它們例如起到使溶液冰點(diǎn)下降的作用。在此尤其可以在溶 液中含有曱酸和/或甲酸銨。在此這樣構(gòu)成蒸發(fā)單元，使得在運(yùn)行中至少蒸 發(fā)尿素水溶液。通過調(diào)整相應(yīng)的溫度和相應(yīng)量的裝載蒸發(fā)單元的尿素水溶 液，除了單純蒸發(fā)尿素水溶液外也可以使至少部分尿素?zé)峤獬砂薄Ｊ惯€原
劑溶液蒸發(fā)器形成在水解催化器的上游，而使水解催化器形成在SCR催化 器的上游，因此在運(yùn)行中包括還原劑前體和/或還原劑的蒸發(fā)水溶液從還原 劑溶液蒸發(fā)器通流到水解催化器，在那里實(shí)現(xiàn)至少部分地水解成還原劑。 至少包括還原劑的氣體混合物離開水解催化器。這種氣體混合物導(dǎo)入到 SCR催化器里面，并且在那里作為用于還原氮氧化物(NOx)的選擇性還 原劑。
內(nèi)燃機(jī)可以是移動(dòng)或位置固定的。內(nèi)燃機(jī)尤其可以是陸地車、船舶或 飛機(jī)的組成部分，優(yōu)選是汽車如轎車或載重車的組成部分。水解催化器和 SCR催化器表示具有相應(yīng)的催化活性的催化劑載體。尤其是這些催化劑載 體具有覆層，它們具有催化活性或者含有催化活性物質(zhì)。尤其優(yōu)選使催化 劑載體具有例如中間層(Washcoat)形式的陶瓷的覆層，在其中分布相應(yīng) 的催化活性顆粒。尤其是水解催化器具有包括氧化鈦(Anatas)和/或鐵交 換沸石的覆層。特別優(yōu)選使SCR催化器具有包括至少一種下列組分的覆 層氧化鈦、三氧化鵠、三氧化鉬、五氧化釩、氧化硅、三氧化硫、沸石。 作為催化劑載體尤其使用所謂的蜂窩體，它們具有通道或空心空間，穿過 它們可以通流流體。特別優(yōu)選使蜂窩體作為催化劑載體，它由陶瓷和/或金 屬材料構(gòu)成。蜂窩體可以是由薄板層組成的蜂窩體，其中至少一個(gè)形成結(jié) 構(gòu)的和一個(gè)基本平整的板層相互纏繞或堆疊，并且?guī)喞@至少一個(gè)這樣的堆疊。按照本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)其它催化劑載體，例如塊狀材料催化劑載體、由 絲網(wǎng)或類似材料組成的載體。優(yōu)選也尤其形成管的形式的水解催化器，在 管的內(nèi)側(cè)配有使還原劑前體水解成還原劑的催化覆層。通過形成分開的蒸 發(fā)單元，有利地使得能夠連續(xù)地確保給出預(yù)定的還原劑，而不會(huì)在增加還 原劑需求的情況下不均勻和/或不完全地使氨前體水解成氨。
按照本發(fā)明裝置的有利擴(kuò)展結(jié)構(gòu)，使蒸發(fā)單元通過輸送管道與水溶液 的儲(chǔ)罐連接，其中輸送管道和蒸發(fā)單元通過連接單元相互連接。
該連接單元形成輸送管道與蒸發(fā)單元之間的節(jié)點(diǎn)。這樣構(gòu)成這個(gè)連接 單元，使得它保證輸送管道與蒸發(fā)單元之間的密封連接，以避免流出水溶 液和氣體混合物。此外這樣構(gòu)成連接單元，使得同時(shí)抑制例如由于析出的 相應(yīng)水溶液組分使物質(zhì)淀積在連接單元內(nèi)部，或者在那里以微小的程度實(shí) 現(xiàn)，使得還能夠通流連接單元。優(yōu)選這樣構(gòu)成連接單元，使得它可以冷卻。 例如使它與相應(yīng)的冷卻部件連接。所述連接單元例如連接到相應(yīng)的冷卻元 件。通?？蓪?shí)現(xiàn)對(duì)連接單元的溫度控制，即冷卻或加熱。
按照本發(fā)明裝置的另一有利擴(kuò)展結(jié)構(gòu)，使連接單元至少部分地由具有
小于10W/mK (瓦每米凱爾文)導(dǎo)熱性的材料構(gòu)成。
具有尤其小于金屬的低導(dǎo)熱性的材料能夠以有利的方式形成連接單 元，它一方面允許在蒸發(fā)單元中實(shí)現(xiàn)高溫，另一方面允許在連接到蒸發(fā)單 元的輸送管道中實(shí)現(xiàn)低溫。因此尤其能夠使輸送管道具有高達(dá)70。C、高達(dá) 80'C或者甚至高達(dá)卯。C的溫度，而蒸發(fā)單元具有高于300°C、優(yōu)選高于350 "C且優(yōu)選甚至高于400。C的溫度。大約380。C的溫度尤其優(yōu)選。在此通過連 接單元材料的低導(dǎo)熱性尤其保證，不導(dǎo)致輸送管道的過熱。這種過熱一方 面可能導(dǎo)致蒸發(fā)單元中的熱損失，另一方面可能使已經(jīng)在輸送管道中的水 溶液至少部分地蒸發(fā)，這通常是不期望的。通過使水溶液位于輸送管道里 面，可以特別可靠且準(zhǔn)確地調(diào)節(jié)水溶液到蒸發(fā)單元的輸送量并由此調(diào)節(jié)制 備的氨量。在此優(yōu)選這樣的材料，其導(dǎo)熱性只為2W/mK或更低，特別優(yōu) 選地只為1W/mK或更低，尤其是0.1W/mK至0.4W/mK,尤其約0.25W/mK 或更低。優(yōu)選這樣構(gòu)成連接單元，使其直徑在脈動(dòng)流通時(shí)也以小于0.25%變化。優(yōu)選這樣構(gòu)成連接單元，使它在基本圓形的通流部位結(jié)構(gòu)的情況下
具有0.5至6mm的通流直徑，特別優(yōu)選使通流直徑為3至5mm，尤其是 約4mm。與連接單元通流部位的形狀無關(guān)地使這個(gè)連接單元優(yōu)選具有0.2 至28平方毫米的橫截面。優(yōu)選使連接單元包括至少一個(gè)用于冷卻和/或加 熱連接單元的珀耳帖(Peltier)元件。連接單元尤其與蒸發(fā)單元電分離。
按照本發(fā)明裝置的另一有利擴(kuò)展結(jié)構(gòu)，使連接單元這樣構(gòu)成，在連接 單元的長度上可以保持40K/mm (凱爾文每毫米)或更大的溫度梯度。
這一點(diǎn)尤其通過連接單元的相應(yīng)材料的結(jié)構(gòu)、相應(yīng)材料的覆層和/或相 應(yīng)的拓樸形狀實(shí)現(xiàn)。也可以選擇或附加地可以使連接單元配有或連接相應(yīng) 的主動(dòng)或被動(dòng)的溫度控制機(jī)構(gòu)，它們能夠保持這個(gè)溫度梯度。
40K/mm (凱爾文每毫米)或更大的溫度梯度能夠以有利的方式在蒸 發(fā)單元中保持350。C或更高的高溫，而在輸送管道中保持例如70。C、 或卯。C的更適合的溫度。由此，在保證蒸發(fā)單元的小范圍膨脹和水溶液良 好的配量性的同時(shí)，保證水溶液良好且優(yōu)選完全地蒸發(fā)。
具有非常小的導(dǎo)熱性和/或非常大的可能溫度梯度的連接單元結(jié)構(gòu)能 夠以有利的方式在蒸發(fā)單元內(nèi)部在靠近連接單元部位中形成非常恒定的溫 度水平，而沒有顯著降低的溫度。蒸發(fā)單元的這種恒定的溫度水平是有利 的，因?yàn)橛纱丝梢杂行У乇苊饣驕p少在蒸發(fā)單元內(nèi)部形成淀積。
按照本發(fā)明裝置的另 一有利擴(kuò)展結(jié)構(gòu)，使連接單元由至少 一種包括至 少一種下列材料的材料構(gòu)成
a) 陶瓷材料，和
b) 聚四氟乙烯(PTFE)。
這些材料以特別有利的方式一方面具有非常低的例如小于10W/mK 的導(dǎo)熱性并且另一方面能夠以有利的方式形成具有40K/mm或更大溫度梯 度的連接單元。尤其在使用陶瓷材料時(shí)有利的是，使用附加的密封和/或粘 接裝置，以提高連接單元的密封性。
按照本發(fā)明裝置的另一有利擴(kuò)展結(jié)構(gòu)，使水解催化器具有最高60J/K 的熱容量。在這里，水解催化器的熱容量優(yōu)選指的是沒有可形成的殼體管時(shí)的熱 容量。這種熱容量的作用是，可以使水解催化器快速地加熱或冷卻。這一 點(diǎn)能夠以有利的方式使水解催化器作為溫度調(diào)節(jié)循環(huán)中的調(diào)節(jié)部件或多個(gè) 調(diào)節(jié)部件中的一個(gè)調(diào)節(jié)部件。此外已經(jīng)證實(shí)，尤其在水解催化器不用于排
氣流中、即水解催化器不由內(nèi)燃機(jī)排氣通流的情況下，能夠?qū)崿F(xiàn)與處于排 氣系統(tǒng)中并由排氣通流的情況不同的水解催化器結(jié)構(gòu)。甚至優(yōu)選設(shè)計(jì)具有
最高45J/K、最高30J/K或甚至25J/K或更低熱容量的水解催化器。
水解催化器優(yōu)選包括金屬蜂窩體，它由按照德國鋼和/或鋁編號(hào)為材料 號(hào)1.4725的鋼構(gòu)成。材料號(hào)1.4725的鋼尤其是含有14至16重量％ (重量 百分比)的鉻、最多0.08重量％的鐵、最多0.6重量％的錳、最多0.5重 量％的珪、3.5至5重量％的鋁、最多0.3重量％的鋅、其余為鐵的鋼，其 中鋼一般可以包括尤其總體上最高0.1重量o/。的雜質(zhì)。材料號(hào)1.4725的鋼 尤其可以以鋁覆層和/或電鍍。
按照本發(fā)明裝置的另一有利擴(kuò)展結(jié)構(gòu)，使水解催化器具有小于100ml (亳升)的容積。
5至40ml、優(yōu)選10至30ml的水解催化器容積已經(jīng)證實(shí)是特別有利的。 這些容積明顯小于由排氣通流的水解催化器的容積。其容積一般為500ml 或更大。因此按照本發(fā)明的裝置與由現(xiàn)有技術(shù)已知的系統(tǒng)相比更小且更經(jīng) 濟(jì)。
按照本發(fā)明裝置的另一有利擴(kuò)展結(jié)構(gòu)，使水解催化器包括殼體管。
殼體管用于密封水解催化器。優(yōu)選一種水解催化器結(jié)構(gòu)，其中水解催 化器包括涂敷在殼體管內(nèi)側(cè)的催化活性覆層。此外有利且優(yōu)選，使殼體管 作為常見結(jié)構(gòu)，例如至少充滿殼體管內(nèi)室的一部分的蜂窩結(jié)構(gòu)、或者由絲 網(wǎng)或金屬泡沫和/或陶瓷泡沫組成的結(jié)構(gòu)，的固定體。
按照本發(fā)明裝置的另一有利擴(kuò)展結(jié)構(gòu)，在殼體管中形成至少一個(gè)至少 部分形成結(jié)構(gòu)的金屬層。
在此，水解催化器可以包括通常由至少一個(gè)形成結(jié)構(gòu)的尤其是波形的 金屬層、和必要時(shí)至少另一個(gè)基本平整的金屬層構(gòu)成的蜂窩結(jié)構(gòu)。也可以選擇使水解催化器具有殼體管，并且在水解催化器的內(nèi)表面上具有形成結(jié) 構(gòu)的尤其是波形的金屬層，該金屬層至少一次環(huán)繞殼體管的整個(gè)圓周，但 是不充滿殼體管橫截面的空隙部分，由此在所述層的內(nèi)部空出可自由通流 的橫截面。在此涉及所謂的"熱管"。
優(yōu)選使水解催化器具有由壁體限制的通道，其中通道的壁體具有最多
80 p m (微米)的厚度。在此優(yōu)選60 p m或更薄或者30 u m或更薄的壁厚， 尤其是對(duì)于至少部分地由形成通道壁的金屬層組成水解催化器結(jié)構(gòu)的情 況。這些壁厚已經(jīng)證實(shí)是特別有利的，因?yàn)樗鼈兡軌驑?gòu)成具有小熱容量的 水解催化器。
按照本發(fā)明裝置的另一有利擴(kuò)展結(jié)構(gòu)，使水解催化器具有小于600cpsi (每平方英寸的單元，cells per square inch )的單元密度。
與常見的由內(nèi)燃機(jī)排氣通流的水解催化器相比，可以使不由排氣通流 的水解催化器由更小的容積或更小的表面構(gòu)成。尤其是在這里可以使用更 低單元密度的水解催化器，因?yàn)榱鬟^水解催化器的容積流即使在滿負(fù)荷時(shí) 也小于排氣的容積流。因此可以使水解催化器以相對(duì)小的小于600cpsi、小 于400cpsi或者甚至小于300或200cpsi的單元密度構(gòu)成。
按照本發(fā)明裝置的另一有利擴(kuò)展結(jié)構(gòu)，使水解催化器機(jī)械地與排氣管 連接，尤其是通過凸緣連接在排氣管上。這一點(diǎn)能夠以有利的方式實(shí)現(xiàn)按 照本發(fā)明裝置的穩(wěn)定機(jī)械支承。
按照本發(fā)明裝置的另一有利擴(kuò)展結(jié)構(gòu)，使水解催化器與排氣管在熱上 脫離聯(lián)接。
在熱上脫離聯(lián)接是有利的，因?yàn)樵谂艢夤苓€是相對(duì)較冷的內(nèi)燃機(jī)的冷 起動(dòng)狀態(tài)，在加熱水解催化器時(shí)，不必使相對(duì)較大的排氣管熱質(zhì)量一起加 熱。在排氣管已經(jīng)達(dá)到其通常的、可以高達(dá)800。C或更高并且高于水解催 化器約350。C至45(TC的常見運(yùn)行溫度的運(yùn)行溫度以后，由此可避免通過排 氣管加熱水解催化器，它可能是不期望的并且使得難以調(diào)節(jié)水解催化器的 溫度。
水解催化器的運(yùn)行溫度尤其位于350。C至450°C ，其中優(yōu)選通過含有還原劑和/或還原劑前體的熱的蒸汽、附加的電加熱、和/或通過蒸發(fā)單元的高
達(dá)450'C或更高運(yùn)行溫度的廢熱，來實(shí)現(xiàn)水解催化器的加熱。
按照本發(fā)明裝置的另一有利擴(kuò)展結(jié)構(gòu)，桿狀地構(gòu)成加熱元件，通過它 可以加熱下列結(jié)構(gòu)部件的至少一個(gè)結(jié)構(gòu)部件
a) 水解催化器，和
b) 蒸發(fā)單元的至少一部分。
按照本發(fā)明裝置的另 一有利擴(kuò)展結(jié)構(gòu)，構(gòu)成至少 一個(gè)桿狀加熱元件， 與其同軸地構(gòu)成至少一個(gè)下列部件
a) 水解催化器，和
b) 蒸發(fā)單元的至少一部分。
在這個(gè)擴(kuò)展結(jié)構(gòu)中優(yōu)選使水解催化器由環(huán)形蜂窩體構(gòu)成，它在內(nèi)部的、 與桿狀加熱元件連接的內(nèi)殼管與外部的殼體管之間含有許多通道。尤其是 蒸發(fā)單元可以含有添加管道，該添加管道尤其螺旋形地圍繞桿狀加熱元件 纏繞。必要時(shí)可以在裝置外側(cè)構(gòu)成另一加熱元件，由此使蒸發(fā)單元和/或水 解催化器的部件位于兩個(gè)加熱元件之間。由此可以實(shí)現(xiàn)特別均勻地加熱。
優(yōu)選使桿狀加熱元件具有許多加熱區(qū)，其溫度可以相互獨(dú)立地調(diào)節(jié)。 尤其是桿狀加熱元件具有至少兩個(gè)區(qū)域，圍繞它們分別在一個(gè)區(qū)域中構(gòu)成 水解催化器和蒸發(fā)單元或添加管道。尤其優(yōu)選使蒸發(fā)單元或添加管道的區(qū) 域再分開，因?yàn)樵谶@里運(yùn)行不同的過程，即例如加熱液體、蒸發(fā)液體和液 體過熱。因此優(yōu)選使桿狀加熱元件的擴(kuò)展結(jié)構(gòu)具有5或6個(gè)區(qū)域。這些區(qū) 域之間的邊界可以根據(jù)要被蒸發(fā)的水溶液的量來確定。
按照本發(fā)明裝置的另一有利擴(kuò)展結(jié)構(gòu)，對(duì)至少一個(gè)下列結(jié)構(gòu)部件進(jìn)行 溫度控制
a) 輸送管道的至少一部分；
b) 水解催化器；
c) 蒸發(fā)單元的至少一部分；
d) 用于添加相應(yīng)的還原劑到排氣系統(tǒng)的配量管道；和
e) 添加單元，通過它使水解催化器與排氣管連接。
12在文中，溫度控制尤其是指，可以加熱和/或冷卻相應(yīng)的結(jié)構(gòu)部件。在 此，至少一個(gè)上述的結(jié)構(gòu)部件、優(yōu)選多個(gè)上述結(jié)構(gòu)部件可以是調(diào)節(jié)環(huán)的一 部分。尤其在調(diào)節(jié)這些結(jié)構(gòu)部件溫度時(shí)可以這樣進(jìn)行，即，使一個(gè)結(jié)構(gòu)部 件或多個(gè)結(jié)構(gòu)部件作為一種調(diào)節(jié)裝置使用。這意味著，僅主動(dòng)控制一個(gè)結(jié) 構(gòu)部件的溫度，并且該結(jié)構(gòu)部件通過相應(yīng)的反應(yīng)動(dòng)力并通過相應(yīng)地正好呈 現(xiàn)的流體動(dòng)態(tài)條件來相應(yīng)地調(diào)節(jié)其它的結(jié)構(gòu)部件的溫度。
按照本發(fā)明裝置的另一有利擴(kuò)展結(jié)構(gòu)，構(gòu)成用于控制溫度的機(jī)構(gòu)，該
機(jī)構(gòu)包括至少一個(gè)下列結(jié)構(gòu)部件
a) 力口熱絲'，
b) 珀耳帖元件；
c) 冷卻體；
d) 桿狀的加熱元件；
e) 用于燃料燃燒的機(jī)構(gòu)；和
f) 由具有正的溫度系數(shù)(PTC， positive temperature coefficient)
的材料制成的結(jié)構(gòu)部件。
尤其是珀耳帖元件可以有利地不僅加熱而且冷卻相應(yīng)的結(jié)構(gòu)部件。冷 卻體有利地具有有利于熱輻射的形狀。冷卻體優(yōu)選由具有高導(dǎo)熱性的材料 尤其由鋁或其它金屬或金屬合金制成。
珀耳帖元件尤其是一種電元件，它在通電時(shí)根據(jù)所謂的珀耳帖效應(yīng)產(chǎn) 生溫度差。珀耳帖元件最好包括一個(gè)或多個(gè)由p和n摻雜半導(dǎo)體材料組成 的元件，p和n摻雜半導(dǎo)體材料通過導(dǎo)電材料交替地相互連接。溫度差的 符號(hào)取決于電流方向，因此通過珀耳帖元件不僅可以冷卻而且可以加熱。
燃燒器在這里尤其是用于燃燒燃料、尤其含有碳?xì)浠衔锖?或氫氣的 裝置。也有利地實(shí)現(xiàn)無火苗燃燒。具有正的溫度系數(shù)的材料、所謂的PTC 電阻尤其是導(dǎo)電的材料，其電阻隨著溫度的提高而增加。這些材料尤其以 所謂的自調(diào)節(jié)加熱元件使用，并且尤其由陶資材料、尤其是鈥酸鋇陶資構(gòu) 成。也可以選擇使用由聚合材料、尤其由摻雜碳黑顆粒的聚合材料制成的 PTC電阻。按照本發(fā)明裝置的另一有利擴(kuò)展結(jié)構(gòu)，至少一個(gè)下列結(jié)構(gòu)部件具有催
化尿素水解的覆層
a) 連接單元的至少一部分；
b) 用于添加氣體混合物到水解催化器的添加管道的至少一部分；
c) 蒸發(fā)單元的至少一部分；
d) 用于添加產(chǎn)生的還原劑到排氣系統(tǒng)的配量管的至少一部分；和
e) 添加單元的至少一部分，通過該添加單元使水解催化器與排氣管連接。
通過形成催化水解尿素并尤其如上所述地構(gòu)成的覆層，以有利的方式， 除了水解催化器以外，也在作為水解催化器的上述結(jié)構(gòu)部件中催化水解。 這一點(diǎn)可提高轉(zhuǎn)化效率并且能夠使水解催化器相應(yīng)小容積地通過更小催化 活性表面構(gòu)成。在配量管道中形成催化氨水解的覆層尤其用于保證盡可能 完全水解氨，并尤其也防止重要的組分逆反應(yīng)形成尿素或其它氨前體。催 化尿素水解的覆層尤其指，用于添加水溶液到水解催化器的添加管道和/
或用于蒸發(fā)水溶液的蒸發(fā)室至少部分地具有催化尿素水解的覆層。因此這 些結(jié)構(gòu)部件已經(jīng)可以起到使還原劑前體部分地水解成還原劑的作用，并因
此改善水解效率。此外，原則上可以使水解催化器以比在至少一個(gè)上述結(jié)
構(gòu)部件上沒有形成相應(yīng)覆層的情況下更小的容積或以更小的催化活性表面構(gòu)成。
按照本發(fā)明構(gòu)成一裝置，其中蒸發(fā)單元和水解催化器不由排氣通流， 而是僅僅4吏SCR催化器由排氣通流。這一點(diǎn)產(chǎn)生明顯更小的通過蒸發(fā)單元 和水解催化器的通流率，這以有利的方式可以在尤其設(shè)計(jì)水解催化器時(shí)考 慮，因此可以使這個(gè)水解催化器比由排氣通流的水解催化器更小且以更少 的單元密度構(gòu)成。與由現(xiàn)有技術(shù)已知的裝置相比，在加工按照本發(fā)明的裝 置時(shí)降低了成本。
按照本發(fā)明裝置的另一有利擴(kuò)展結(jié)構(gòu)，構(gòu)成添加單元，通過它可以使 水解催化器與內(nèi)燃機(jī)的排氣管流體連接。
通過添加單元使包括至少 一種還原劑的還原劑混合物配量到排氣管。尤其可以使添加單元包括配量管道，但是可以具有其它結(jié)構(gòu)部件。在此尤 其可以是被動(dòng)的混合機(jī)構(gòu)，通過它使加入的物質(zhì)與排氣混合。
被動(dòng)的混合機(jī)構(gòu)尤其指不形成主動(dòng)運(yùn)動(dòng)的混合機(jī)構(gòu)，而是僅僅通過形 成靜態(tài)混合機(jī)構(gòu)結(jié)合排氣流和加入物質(zhì)的流體的特征實(shí)現(xiàn)物質(zhì)與排氣的混 合。
特別優(yōu)選使混合機(jī)構(gòu)包括至少一個(gè)下列結(jié)構(gòu)部件
a) 導(dǎo)板；和
b) 蜂窩體，它這樣構(gòu)成，使排氣至少部分地以與排氣主通流方向成角 度地通流蜂窩體。
在此導(dǎo)板尤其可以伸進(jìn)排氣管里面。導(dǎo)板尤其可以至少在局部部位中 打孔和/或至少在局部部位彎曲。導(dǎo)板可以以與排氣管縱向成角度地在這個(gè) 位置上伸進(jìn)排氣管里面。
蜂窩體尤其具有通道，該通道的壁體具有小孔。通過這些必要時(shí)可以 通過相應(yīng)構(gòu)成的導(dǎo)向結(jié)構(gòu)補(bǔ)充的小孔，可以使流體以與通道縱軸線成角度 地流動(dòng)。這個(gè)蜂窩體也可以優(yōu)選錐形地構(gòu)成。尤其是，配量管道通到蜂窩 體相應(yīng)缺口的內(nèi)部，由此可以直接在蜂窩體里面配量相應(yīng)的物質(zhì)。
按照本發(fā)明裝置的另一有利擴(kuò)展結(jié)構(gòu)，使蜂窩體具有通道和缺口，該 缺口可由流體通流，并使相鄰?fù)ㄇ谀炕ミB接。在此缺口可以比常見的通道 尺寸更小或更大。
按照本發(fā)明裝置的另一有利擴(kuò)展結(jié)構(gòu)，是至少一個(gè)下列結(jié)構(gòu)部件這樣 構(gòu)成，使得在運(yùn)行中添加單元到排氣管的入口部位形成流體的靜止區(qū)或死 區(qū)
a)添加單元，和b)排氣管。
這一點(diǎn)以特別有利的方式使得，在運(yùn)行中排氣管中的壓力低于添加單 元或配量管道中的壓力，由此在這里基本沒有排氣在水解催化器的方向上 流動(dòng)。靜止區(qū)或死區(qū)是指比添加單元和/或配量管道中的壓力低的部位。尤 其是這一點(diǎn)可以結(jié)合混合機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，混合機(jī)構(gòu)直接在入口部位實(shí)現(xiàn)靜止區(qū) 或死區(qū)并且有助于在這個(gè)入口部位下游進(jìn)行混合。
15按照本發(fā)明裝置的另一有利擴(kuò)展結(jié)構(gòu)，在水解催化器下游構(gòu)成隔熱部。 優(yōu)選使隔熱部直接連接在水解催化器上。
隔熱部防止(水解催化器)與排氣管熱接觸，由此一方面可以防止水 解催化器將熱量傳到排氣管上并因此冷卻，另一方面防止排氣管將熱量傳 導(dǎo)水解催化器。在極限情況下這一點(diǎn)可能導(dǎo)致，不再可以實(shí)現(xiàn)熱調(diào)節(jié)，因 為在加熱水解催化器時(shí)總是也同時(shí)加熱排氣管。
按照本發(fā)明裝置的另一有利擴(kuò)展結(jié)構(gòu)，至少一個(gè)下列結(jié)構(gòu)部件包括至
少一個(gè)溫度傳感器
a) 添加單元；
b) 水解催化器；
c) SCR催化器；
d) 蒸發(fā)單元；
e) 添力口管道j
f) 蒸發(fā)室；和
g) 用于使產(chǎn)生的還原劑添加到排氣管的配量管道。 通過所述至少一個(gè)溫度傳感器可以檢測相應(yīng)結(jié)構(gòu)部件的溫度。溫度傳
感器優(yōu)選包括熱電阻。優(yōu)選使溫度傳感器與電源連接。由此可以加熱結(jié)構(gòu) 部件。這一點(diǎn)例如在緊急運(yùn)行中是必需的，其中，在緊急運(yùn)行中，物質(zhì)已 經(jīng)淀積在結(jié)構(gòu)部件里面并且堵塞它們或者有堵塞它們的危險(xiǎn)。在此，所述 物質(zhì)除了尿素和類似物質(zhì)以外也可以是碳黑，它與排氣例如通過擴(kuò)散iiA 到添加單元里面。
按照本發(fā)明裝置的另一有利擴(kuò)展結(jié)構(gòu)，構(gòu)成輸送機(jī)構(gòu)，通過它使水溶 液從儲(chǔ)罐輸送到蒸發(fā)單元。優(yōu)選使輸送機(jī)構(gòu)包括至少一個(gè)泵。
通過輸送機(jī)構(gòu)可以在蒸發(fā)單元上游建立恒定壓力的水溶液，其中通過 閥門實(shí)現(xiàn)配量到蒸發(fā)單元里面。在另一優(yōu)選的擴(kuò)展結(jié)構(gòu)中，泵是配量泵， 其中通過相應(yīng)地控制泵實(shí)現(xiàn)配量。配量泵尤其是指單位時(shí)間或單位泵程輸 送確定體積(液體)的泵。
按照本發(fā)明裝置的另一有利擴(kuò)展結(jié)構(gòu)，使泵可以建立一輸送壓力，該壓力大于在內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行中添加單元和/或配量管道上的最高排氣壓力。
由此可以在運(yùn)行中防止排氣進(jìn)入到蒸發(fā)單元和/或水解催化器里面。優(yōu)
選寸吏用這種泵，它具有高達(dá)150ml/min、優(yōu)選高達(dá)30ml/min或高達(dá) 10ml/min的輸送速率。優(yōu)選使用這種泵，其輸送速率以每秒0.75至2.5ml/s
變化，尤其是可以以這個(gè)值增加。
作為輸送機(jī)構(gòu)優(yōu)選使用泵，它可以建立高達(dá)6bar、優(yōu)選高達(dá)2bar的 絕對(duì)輸送壓力。優(yōu)選使由泵保持的容積流最高以給定的額定流量的5%變 化。優(yōu)選這樣構(gòu)成泵，使得可以實(shí)現(xiàn)尤其是以對(duì)應(yīng)于輸送容積流的容積流
按照本發(fā)明的另一方面，也建議一種用于處理內(nèi)燃機(jī)排氣的方法，它 包括下列步驟
a) 制備至少一種包括下列物質(zhì)的氣體混合物 al)還原劑，和
a2)至少一種還原劑前體；
b) 水解至少一種還原劑前體，其中獲得還原劑混合物；
c )以還原劑混合物和排氣加載SCR催化器，用于至少部分選擇性催 化還原包括在排氣中的氮氧化物(NOx)，
其中，在步驟b)后實(shí)現(xiàn)還原劑混合物與至少部分排氣的混合。 尤其可以通過按照本發(fā)明的裝置執(zhí)行按照本發(fā)明的方法。按照本發(fā)明 的方法能夠以特別有利的方式制備氨作為還原劑，用于選擇性催化還原氮 氧化物，其中建議一種非常動(dòng)態(tài)的用于制備氨的方法，使得可以快速地對(duì) 由于排氣中的高氮氧化物濃度引起的對(duì)氨非常劇烈地增加并因此非常動(dòng)態(tài) 的需求做出反應(yīng)。在步驟b)后，還原劑混合物與排氣的混合尤其意味著， 在排氣流以外蒸發(fā)包括至少 一種還原劑前體的水溶液，并且只有在還原劑 前體水解成還原劑以后才添加到內(nèi)燃機(jī)排氣里面。優(yōu)選一個(gè)方法變化，其 中實(shí)現(xiàn)還原劑混合物與內(nèi)燃機(jī)所有排氣的混合。在此優(yōu)選還原劑是氨、還 原劑前體是尿素。
按照本發(fā)明方法的有利改進(jìn)方案，步驟a)包括在蒸發(fā)單元中蒸發(fā)包括至少 一種還原劑前體的水溶液。
優(yōu)選還原劑前體是尿素。除了尿素，溶液可以含有其它物質(zhì)，例如降 低溶液冰點(diǎn)的物質(zhì)。例如曱酸銨和/或甲酸屬于這種物質(zhì)。相應(yīng)的溶液以商
標(biāo)"Denoxium"銷售。另 一種可能性是^f吏用 一種溶液，它以商標(biāo)"AdBlue" 銷售。
按照本發(fā)明方法的另一有利擴(kuò)展結(jié)構(gòu)，步驟b)至少部分地在水解催 化器中實(shí)現(xiàn)。在此水解催化器尤其包括一種催化劑載體，它配有相應(yīng)的催 化氨水解的覆層。
按照本發(fā)明方法的另一有利擴(kuò)展結(jié)構(gòu)，調(diào)節(jié)至少一個(gè)下列結(jié)構(gòu)部件的 溫度
a) 蒸發(fā)單元的至少一部分；
b) 水解催化器；
c) 用于輸送水溶液的輸送管道；
d) 用于添加氣體混合物到水解催化器的添加管道；
e) 用于添加產(chǎn)生的還原劑到排氣系統(tǒng)的配量管；和
f) 添加單元，通過它可以使水解催化器與內(nèi)燃機(jī)排氣管流體連接。 至少 一個(gè)上述結(jié)構(gòu)部件的溫度調(diào)節(jié)能夠以有利的方式精確地控制所產(chǎn)
生產(chǎn)品的反應(yīng)動(dòng)能和所產(chǎn)生產(chǎn)品的量。因此能夠準(zhǔn)確地將與目前或預(yù)測的 未來時(shí)刻排氣中氮氧化物含量相協(xié)調(diào)的氨量給到排氣里面，以盡可能完全 轉(zhuǎn)換內(nèi)燃機(jī)排氣中的氮氧化物。
按照本發(fā)明的另一有利的擴(kuò)展結(jié)構(gòu)，控制至少一個(gè)下列結(jié)構(gòu)部件的溫
度
a) 蒸發(fā)單元的至少一部分；
b) 水解催化器；
c) 用于輸送水溶液到蒸發(fā)單元的輸送管道；
d) 用于添加氣體混合物到水解催化器的添加管道；
e) 用于添加產(chǎn)生的還原劑到排氣系統(tǒng)的配量管道；
f) 添加單元，通過它可以使水解催化器與內(nèi)燃機(jī)排氣管流體連接。通過各種在按照本發(fā)明的反應(yīng)中發(fā)生的反應(yīng)動(dòng)能過程，足以對(duì)一個(gè)或 多個(gè)上述結(jié)構(gòu)部件的只一部分或者一個(gè)或多個(gè)上述結(jié)構(gòu)部件總體進(jìn)行溫度 控制。在此溫度控制尤其是指結(jié)構(gòu)部件的加熱或冷卻。在此足以使一個(gè)或 多個(gè)上述結(jié)構(gòu)部件作為一種調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)使用，該調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的溫度這樣控制， j吏得通過反應(yīng)動(dòng)能相應(yīng)地改變其它結(jié)構(gòu)部件的溫度。
按照本發(fā)明方法的另 一有利擴(kuò)展結(jié)構(gòu)，使水溶液通過輸送管道輸送到 還原劑溶液蒸發(fā)器。
尤其通過泵且尤其從儲(chǔ)罐實(shí)現(xiàn)輸送。
在這里特別有利的是，可以通過輸送管道回輸水溶液。
這一點(diǎn)尤其在相應(yīng)的系統(tǒng)必需斷開或者被斷開時(shí)是有利的。在汽車中 這種情況是當(dāng)司機(jī)斷開汽車點(diǎn)火裝置的時(shí)候。在這種情況下，配量管道中 存在的剩余的氨無阻礙地進(jìn)入排氣系統(tǒng)然后逐漸地排到環(huán)境。這經(jīng)常是不 期望的，因此通過從輸送管道并且必要時(shí)也從添加管道回輸，顯著減少且 尤其可以抑制氨和氨前體排放到環(huán)境。
按照本發(fā)明方法的另一有利擴(kuò)展結(jié)構(gòu)，在一秒內(nèi)蒸發(fā)高達(dá)2.5ml的水 溶液。
優(yōu)選這樣構(gòu)成蒸發(fā)單元，使得可以連續(xù)地蒸發(fā)高達(dá)30ml/min (毫升每 分鐘)的水溶液。通過執(zhí)行這種方法能夠動(dòng)態(tài)地制備還原劑，通過它也可 以改變氮氧化物濃度的濃度峰值。
按照本發(fā)明方法的另一有利擴(kuò)展結(jié)構(gòu)，在開始溫度控制措施之前確定 至少一個(gè)下列結(jié)構(gòu)部件上的溫度
a) 水解催化器；
b) 蒸發(fā)單元；
c) 添加產(chǎn)生的還原劑到排氣管的配量管道；
d) 添加單元，通過它可以使水解催化器與排氣管連接， 并與另 一結(jié)構(gòu)部件的至少另 一溫度比較。
另一結(jié)構(gòu)部件優(yōu)選是這樣的結(jié)構(gòu)部件，它主要處于環(huán)境溫度，例如車 輛的外部溫度傳感器、冷卻水溫度計(jì)等。在此，優(yōu)選在水溶液蒸發(fā)前進(jìn)行
19比較。在這里比較尤其是指比較兩個(gè)溫度，其中可考慮其它因素。
在此特別優(yōu)選，當(dāng)通過溫度比較得出確定的溫度與另一結(jié)構(gòu)部件的溫 度最多不同于給定的差值時(shí)，執(zhí)行蒸發(fā)水溶液。
在給定差值時(shí)尤其考慮，系統(tǒng)是否以給定的時(shí)間間隔運(yùn)行并且何時(shí)系 統(tǒng)失效。此外可以給定時(shí)間間隔，其中，如果在該時(shí)間間隔內(nèi)系統(tǒng)運(yùn)行， 則不執(zhí)行這種診斷功能。
對(duì)于按照本發(fā)明的裝置公開的細(xì)節(jié)和優(yōu)點(diǎn)能夠轉(zhuǎn)移和應(yīng)用到按照本發(fā) 明的方法。對(duì)于按照本發(fā)明的方法公開的細(xì)節(jié)和優(yōu)點(diǎn)也能夠轉(zhuǎn)移和應(yīng)用到 按照本發(fā)明的裝置。
也可以選擇這樣構(gòu)成按照本發(fā)明的裝置和按照本發(fā)明的方法，即，使 水解催化器和還原劑溶液蒸發(fā)器在運(yùn)行中由排氣分流通流。所有在這里公 開的其中水解催化器和還原劑溶液蒸發(fā)器一般在運(yùn)行中不由排氣通流的有 利改進(jìn)方案，可以轉(zhuǎn)移到其中水解催化器和還原劑溶液蒸發(fā)器在運(yùn)行中由 一部分排氣流通流的另 一種選擇。


下面借助于附圖詳細(xì)解釋本發(fā)明，但是本發(fā)明不局限于所示的實(shí)施例。
附圖中
圖1以立體圖示出用于制備氣體混合物的裝置的第一實(shí)施例，
圖2以截面圖示出用于制備氣體混合物的裝置的第 一 實(shí)施例，
圖3示出用于使水溶液從儲(chǔ)罐輸送到添加管道的輸送管道，
圖4示出用于選擇性催化內(nèi)燃機(jī)排氣中的氮氧化物的裝置的視圖，
圖5示意性示出蒸發(fā)單元的第二實(shí)施例，
圖6示出用于制備還原劑的裝置，
圖7以橫截面圖示意性示出蒸發(fā)單元的可選擇實(shí)施例，
圖8示出配量管道到排氣管中的入口的細(xì)節(jié)，
圖9以截面圖示出用于制備氣體混合物的裝置的實(shí)施例，
圖IO示意性示出用于制備氣體混合物的裝置，圖11示出添加還原劑混合物到排氣的可能的添加單元的示例，
圖12示出添加還原劑混合物到排氣的可能的添加單元的另一示例， 圖13示出用于處理內(nèi)燃機(jī)排氣的裝置的實(shí)施例， 圖14示出用于分離水滴的機(jī)構(gòu)， 圖15至18示出蒸發(fā)單元的實(shí)施例，
圖19和20示出用于制備氣體混合物的裝置的另一實(shí)施例， 圖21示出用于處理排氣的裝置的另 一實(shí)施例， 圖22示出添加單元到排氣管的入口部位的細(xì)節(jié)， 圖23和24示出作為催化器載體的蜂窩體的示例。
具體實(shí)施例方式
圖1示意性示出用于制備包括至少一種下列物質(zhì)的氣體混合物的裝置
a) 至少一種還原劑，和
b) 至少一種還原劑前體。 在此尤其涉及還原劑氨和還原劑前體尿素。該裝置1包括具有分配孔3的 添加管道2。此外構(gòu)成用于加熱添加管道2的機(jī)構(gòu)4，通過它使添加管道2 加熱到高于水的沸點(diǎn)溫度的第一臨界溫度。該裝置l還包括在這里未示出 的儲(chǔ)罐，它與添加管道2流體連接。即，尤其是在儲(chǔ)罐中存儲(chǔ)的流體如包 括至少一種還原劑前體的水溶液在運(yùn)行中通過添加管道2可以流到分配孔 3。通過這個(gè)裝置1可以制備氣體混合物，它含有至少一種還原劑和/或至 少一種還原劑前體。
在所示實(shí)施例中，用于加熱添加管道2的機(jī)構(gòu)4與添加管道一起螺旋 形地纏繞。由此通流添加管道2中的流體被加熱并最終蒸發(fā)。由此通過分 配孔3分配含有至少一種還原劑前體的氣體混合物。根據(jù)選擇用于加熱添 加管道2機(jī)構(gòu)4的溫度，甚至可以在添加管道2中已經(jīng)至少部分地?zé)峤膺€ 原劑前體，由此使通過分配孔分配的氣體混合物除了還原劑前體如尿素以 外也已經(jīng)含有還原劑如氨。此外用于制備氣體混合物的裝置1也包括傳感器5,通過它可以測量 添加管道2至少一個(gè)位置上的溫度。傳感器5例如可以是常見的熱敏元件 或者常見的熱電阻。該裝置1和/或各個(gè)需要電接頭的部件優(yōu)選包括用于實(shí) 現(xiàn)電接頭的電纜端頭。電纜端頭尤其指電纜連接部，它至少半米、優(yōu)選至 少一米長。這一點(diǎn)允許在一些部位形成插頭接觸，這些部位尤其在汽車中 只會(huì)受到很小的環(huán)境影響如濺水、石塊沖擊或類似影響。
圖2以截面圖示出圖1的裝置。可清楚地看出添加管道2，通過它在 運(yùn)行中可以通流包括至少 一種還原劑前體的水溶液，還可以清楚地看到用 于加熱添加管道2的機(jī)構(gòu)4。添加管道2可以具有恒定的橫截面，但是這 個(gè)橫截面在本實(shí)施例中也可以變化。但是在此添加管道2的通流橫截面優(yōu) 選為0.75mm2至20mm2，優(yōu)選通流橫截面位于約3mm2的范圍。這個(gè)通流 橫截面已經(jīng)證實(shí)是有利的，因?yàn)橐环矫嬖谶@種橫截面中能夠快速且基本完 全蒸發(fā)水溶液，另一方面該橫截面大得足以基本避免在添加管道2內(nèi)部形 成淀積。圖2還示出用于確定添加管道2溫度的傳感器5。
在此使用于加熱添加管道2的機(jī)構(gòu)4這樣運(yùn)行，在運(yùn)行中使添加管道 2長度上的溫度最高位于平均溫度以上和以下5°C。平均溫度在此基本對(duì)應(yīng) 于第一臨界溫度。添加管道2尤其由銅合金制成。
圖3示意性示出輸送管道6，通過它使添加管道2在運(yùn)行中與在這里 未示出的儲(chǔ)罐連接。輸送管道6具有用于控制溫度的機(jī)構(gòu)7。用于控制溫 度的機(jī)構(gòu)7在這個(gè)實(shí)施例中包括多個(gè)珀耳帖元件8和一冷卻體9。珀耳帖 元件8分別配有電接頭10,通過它們可以給珀耳帖元件供電。在此根據(jù)電 流的極性使珀耳帖元件8用于加熱或用于冷卻，由此通過它們可以對(duì)輸送 管道6進(jìn)行基本的溫度控制。如果通過珀耳帖元件8冷卻輸送管道6，則 冷卻體9尤其用于輻射熱能。
通過連接單元11可以使輸送管道6與另一結(jié)構(gòu)部件連接。根據(jù)裝置的 結(jié)構(gòu)，這個(gè)結(jié)構(gòu)部件或者是上述的添加管道2或者是蒸發(fā)單元12。添加管 道2可以是蒸發(fā)單元12的一部分。連接單元11通常至少部分地由具有小 于10W/mK (瓦每米凱爾文)導(dǎo)熱性的材料構(gòu)成。連接單元11尤其由陶瓷材料和/或聚四氟乙烯(PTFE)構(gòu)成。連接單元11尤其這樣構(gòu)成，在連 接單元11的長度57上可以保持40K/mm (凱爾文每毫米)或更大的溫度 梯度。這一點(diǎn)允許一種方法結(jié)構(gòu)，其中蒸發(fā)單元12和/或添加管道2具有 比輸送管道6明顯更高的溫度。例如蒸發(fā)單元可以具有300。C或更高、400 。C或更高或420。C或更高的溫度，并由此使水溶液在蒸發(fā)單元12內(nèi)部基本 完全蒸發(fā)，而輸送管道6僅僅具有70'C或更高、80'C或更高、或卯'C或更 高的溫度水平，以保證水溶液在輸送管道6里面還不蒸發(fā)。
圖4示意性示出用于處理未示出的內(nèi)燃機(jī)的排氣13的裝置15。內(nèi)燃 機(jī)排氣13通流排氣管14。用于處理內(nèi)燃機(jī)排氣13的裝置15包括還原劑 溶液蒸發(fā)器16、水解催化器17和SCR催化器18。在還原劑溶液蒸發(fā)器 16里面蒸發(fā)包括還原劑前體的水溶液。尤其是使用尿素作為還原劑前體。 還原劑溶液蒸發(fā)器16在這個(gè)實(shí)施例中包括蒸發(fā)單元12,它包括通過用于 加熱添加管道2的機(jī)構(gòu)4加熱的添加管道2。這個(gè)添加管道通過連接單元 11與輸送管道6連接。輸送管道6由用于對(duì)輸送管道6進(jìn)行溫度控制的機(jī) 構(gòu)7包圍，它們例如如上所示可以包括一個(gè)或多個(gè)珀耳帖元件8和/或冷卻 體9。通過輸送機(jī)構(gòu)19可以使來自相應(yīng)的儲(chǔ)罐20的至少一種還原劑前體 的水溶液輸送到輸送管道6里面。在蒸發(fā)單元12里面制備一種氣體，它包 括至少一種還原劑前體如尿素，必要時(shí)也包括已經(jīng)通過熱解尿素產(chǎn)生的氨。 這種氣體混合物導(dǎo)入到在還原劑溶液蒸發(fā)器16下游構(gòu)成的水解催化器17 里面。這樣構(gòu)成水解催化器17,通it^目應(yīng)地涂敷到其上的催化活性的覆層 尤其使尿素水解成氨。水解催化器17 —般用于使還原劑前體水解成還原 劑。離開水解催化器17的含有還原劑并且稱為還原劑混合物的氣體通過配 量管道21供給到排氣管14。配量管道21在配量孔處通到排氣管14里面， 該配量孔位于SCR催化器18上游。在位于配量孔22下游和SCR催化器 18上游的位置構(gòu)成導(dǎo)板形式的混合機(jī)構(gòu)23,該混合機(jī)構(gòu)起到使還原劑混合 物與排氣13混合的作用。
因此在SCR催化器獲得還原劑與排氣的混合物，這使包含在排氣13 中的氮氧化物在SCR催化器18里面還原。在此優(yōu)選制備這樣的還原劑混合物的量，使得可以在SCR催化器18里面盡可能完全地轉(zhuǎn)換排氣13中的 氮氧化物。
圖5示意性示出蒸發(fā)單元12的另一實(shí)施例。這個(gè)附圖示出蒸發(fā)單元 12的截面圖。蒸發(fā)單元12包括蒸發(fā)室24，它包括基本封閉的容積。在這 個(gè)實(shí)施例中，蒸發(fā)室24僅僅具有用于連接在這里未示出的用于輸送水溶液 的輸送管道6的第一開孔25,和用于連接在這里未示出的用于排出氣體混 合物的添加管道2的第二開孔26。在第一開孔25中形成噴嘴62作為用于 配量水溶液45到蒸發(fā)室24里面的機(jī)構(gòu)。通過這個(gè)噴嘴62使水溶液45配 量到蒸發(fā)室24里面。蒸發(fā)單元12附加地具有用于加熱蒸發(fā)室24的機(jī)構(gòu)。 這個(gè)機(jī)構(gòu)在本實(shí)施例中通過相應(yīng)的加熱導(dǎo)體27構(gòu)成，它們與蒸發(fā)室24接 觸。如同在這里所示的那樣，所述加熱導(dǎo)體27可以非對(duì)稱地構(gòu)成，即在與 第一開孔25基本對(duì)置的部位中比在基本不與第一開孔25對(duì)置的部位中每 單位面積構(gòu)成更大密度的加熱導(dǎo)體。在這里所述(用于加熱的)機(jī)構(gòu)還附 加地包括用于燃燒碳?xì)浠锏臋C(jī)構(gòu)63例如燃燒器。這種燃燒器也可以合適 地執(zhí)行無火苗地燃燒碳?xì)浠铩?br> 蒸發(fā)室24優(yōu)選由包括至少一種下列材料的原料構(gòu)成a)銅；b)鋁； c)特種鋼；d )鎳基材料；和e)鉻鎳鋼。蒸發(fā)室24的容積優(yōu)選為1.5至 10cm3。在運(yùn)行中，優(yōu)選通過高達(dá)約每秒鐘一千瓦的加熱功率驅(qū)動(dòng)加熱導(dǎo) 體27，其中最大加熱功率根據(jù)使用確定。最大加熱功率對(duì)于轎車優(yōu)選約為 500至700W/s,對(duì)于載重車約為1200至1500W/s。蒸發(fā)室24的熱容量優(yōu) 選小于120J/K,特別優(yōu)選100至110J/K。第一開孔25和第二開孔26優(yōu) 選形成30°至70。的角度。水溶液45優(yōu)選以高達(dá)150ml/min、優(yōu)選以高 達(dá)100ml/min、特別優(yōu)選以高達(dá)30ml/min (的輸送速度)輸送到蒸發(fā)室24。 蒸發(fā)室24優(yōu)選在第二開孔26的區(qū)域中具有一機(jī)構(gòu)，通過它可以避免水滴 it^到第二開孔26里面。在此尤其涉及一機(jī)構(gòu)，通過它可以刺破水滴與蒸 發(fā)室24壁體之間的氣膜。尤其是涉及壁體的凸起或類似結(jié)構(gòu)。在這個(gè)部位 可類似地形成結(jié)構(gòu)28。
蒸發(fā)室24還在內(nèi)部具有一個(gè)或多個(gè)結(jié)構(gòu)28,通過它們實(shí)現(xiàn)更大的用
24于蒸發(fā)水溶液的表面。這些結(jié)構(gòu)28在本實(shí)施例中相對(duì)較大的表示，但是在 此也可以是一個(gè)形成結(jié)構(gòu)的表面，它例如可以通過涂敷相應(yīng)的覆層到蒸發(fā) 室24內(nèi)表面上實(shí)現(xiàn)。也可以選擇或附加地使這些結(jié)構(gòu)28包括巨觀的結(jié)構(gòu)， 它們具有幾毫米或者甚至更大的結(jié)構(gòu)幅度。這些結(jié)構(gòu)28 —般作為用于提高 蒸發(fā)室24表面潤濕性的機(jī)構(gòu)。
圖6示出蒸發(fā)室24連接在排氣管14上的第一實(shí)施例。在此蒸發(fā)室24 配有殼體29。這個(gè)殼體29優(yōu)選由相應(yīng)的隔熱部構(gòu)成，它減少對(duì)周圍的熱 損失。用于加熱蒸發(fā)室24的機(jī)構(gòu)27可以通過加熱導(dǎo)體接頭30與未示出的 電源連接。
通過第二開孔26使蒸發(fā)單元12與水解催化器17連接。水解催化器 17具有用于對(duì)水解催化器17進(jìn)行溫度控制的機(jī)構(gòu)31,它們在本實(shí)施例中 由相應(yīng)的纏繞水解催化器17的加熱絲組成。圍繞水解催化器17構(gòu)成相應(yīng) 的殼體32,它尤其構(gòu)成水解催化器17相對(duì)于環(huán)境的隔熱部，以盡可能減 小產(chǎn)生的熱損失。在本實(shí)施例中，水解催化器通過伸進(jìn)排氣管而直接與排 氣管14連接。在排氣管14里面構(gòu)成相應(yīng)的孔，在其中盡可能密封地插入 水解催化器17或其殼體32。通過相應(yīng)的連接機(jī)構(gòu)33可以盡可能密封地建 立水解催化器17與排氣管14之間的連接。作為被動(dòng)的混合機(jī)構(gòu)還構(gòu)成導(dǎo) 板34，通過它使離開水解催化器17的還原劑混合物35與在排氣管14中 流動(dòng)的排氣混合。
在運(yùn)行中，通過蒸發(fā)單元12由水溶液加工氣體混合物，水溶液含有尿 素作為還原劑前體。在蒸發(fā)單元12中產(chǎn)生的氣體混合物至少含有尿素，必 要時(shí)也含有已經(jīng)通過熱解相應(yīng)的尿素產(chǎn)生的氨。這種混合物通過第二開孔 26輸送到水解催化器17,在其中使尿素基本完全水解成氨。在此在水解催 化器里面產(chǎn)生包括氨的還原劑混合物35。尤其是優(yōu)選一種方法結(jié)構(gòu)，其中 98 %或更多的尿素最終轉(zhuǎn)換成氨。
圖7示意性示出圖5和6中的蒸發(fā)單元的可選擇擴(kuò)展結(jié)構(gòu)。與上述第 一實(shí)施例不同，這個(gè)實(shí)施例附加地具有第三開孔36。在運(yùn)行中，通過這個(gè) 第三開孔36連續(xù)地或脈動(dòng)地使排氣導(dǎo)入到蒸發(fā)室24里面。由此與第一實(shí)施例相比可以在產(chǎn)生的氣體中實(shí)現(xiàn)更好的尿素分布。此外能夠使這種蒸發(fā)
單元12也用于蒸發(fā)固體尿素，因?yàn)橥ㄟ^由第三開孔36加入的內(nèi)燃機(jī)排氣 可以使水加入到蒸發(fā)室24里面，該水可以在以后在水解催化器17中用于 將尿素水解成氨。
圖8示意性示出配量管道21到排氣管的入口作為相應(yīng)的添加單元46 的一部分。在此配量管道21由加熱導(dǎo)體38包圍，該加熱導(dǎo)體也形成為圍 繞配量管道21到排氣管14的入口。
圖9示意性示出在第一節(jié)點(diǎn)用于制備包括還原劑的氣體混合物的裝置 1的另一方法。該裝置1包括添加管道2，用于加熱添加管道2的相應(yīng)的機(jī) 構(gòu)4纏繞添加管道或者與添加管道一起纏繞。添加管道2和用于加熱添加 管道2的機(jī)構(gòu)4共同地在殼體29里面構(gòu)成。在添加管道2的巻繞體內(nèi)部構(gòu) 成第一溫度傳感器39。這個(gè)第一溫度傳感器39通過第一連接部件40與相 應(yīng)的在這里未示出的控制單元連接。通過添加管道2的分配孔3使蒸發(fā)單 元12與水解催化器17連接。水解催化器17具有覆層，它催化尿素7JC解成 氨。水解催化器17由用于對(duì)水解催化器進(jìn)行溫度控制的機(jī)構(gòu)31包圍，它 們包括相應(yīng)構(gòu)成的加熱絲。這種用于對(duì)水解催化器17進(jìn)行溫度控制的4幾構(gòu) 31可以通過相應(yīng)的第一加熱導(dǎo)體接頭41與相應(yīng)的電源導(dǎo)電連接。這相應(yīng) 地也適用于用于加熱添加管道2的機(jī)構(gòu)4,它們通過相應(yīng)的第二加熱導(dǎo)體 接頭42與相應(yīng)的電源連接。水解催化器17具有第二溫度傳感器43，它通 it^目應(yīng)的第二連接部件44與未示出的控制單元連接。通過第二溫度傳感器 43可以確定水解催化器17內(nèi)部或其上的溫度。
在運(yùn)行中，尿素水溶液45輸送到添加管道2里面。通過用于加熱添加 管道2的機(jī)構(gòu)4實(shí)現(xiàn)添加管道2的加熱，并由此蒸發(fā)這種尿素水溶液，并 且可能根據(jù)溫度至少部分地將所含的尿素?zé)峤獬砂?。通過分配孔3使相應(yīng) 的氣體混合物給到水解催化器17里面，在其中使包括的尿素水解、優(yōu)選基 本完全水解成氨。相應(yīng)的還原劑混合物35離開水解催化器17,該還原劑 混合物導(dǎo)入到內(nèi)燃機(jī)排氣系統(tǒng)的排氣管14里面。在此優(yōu)選一種方法結(jié)構(gòu)， 其中通過傳感器39、 43監(jiān)控蒸發(fā)單元12和/或水解催化器17的溫度并且通過相應(yīng)的機(jī)構(gòu)4、 31對(duì)兩個(gè)結(jié)構(gòu)部件12、 17進(jìn)行加熱。
圖10示意性示出用于制備包括至少一種還原劑的氣體混合物35的裝 置l。這個(gè)裝置包括串聯(lián)的輸送管道6，通過它使水溶液從未示出的儲(chǔ)罐輸 送到蒸發(fā)單元12。水解催化器17連接到蒸發(fā)單元12上并且在水解催化器 上連接用于添加相應(yīng)的混合物到未示出的排氣管的配量管道21或用于添 加還原劑混合物到排氣管14的添加單元46。蒸發(fā)單元12具有第三溫度傳 感器47。通過這個(gè)第三溫度傳感器47可以測量輸送管道6里面的溫度。 選擇性地使配量管道21和/或添加單元46具有第四溫度傳感器48，通過它 可以確定配量管道21和/或添加單元46的溫度或配量管道21和/或添加單 元46里面的溫度。蒸發(fā)單元12具有用于加熱添加管道2的機(jī)構(gòu)4和/或用 于加熱蒸發(fā)室24的機(jī)構(gòu)27。水解催化器17可以選擇性地、替代機(jī)構(gòu)4、 27和/或附加于機(jī)構(gòu)4、 27,具有用于對(duì)水解催化器17進(jìn)行溫度控制的機(jī) 構(gòu)31?？蛇x地，使輸送管道6選擇性地和/或附加地具有溫度控制機(jī)構(gòu)49， 通過它可以控制輸送管道6的溫度。尤其是在這里能夠有利地且按照本發(fā) 明實(shí)現(xiàn)一個(gè)或多個(gè)珀耳帖元件。配量管道21和/或添加單元46具有添加溫 度控制機(jī)構(gòu)50，通過它可以對(duì)配量管道21和/或添加單元46進(jìn)行溫度控制。 在這里也有利地使用至少一個(gè)珀耳帖元件。
所有形成的溫度控制機(jī)構(gòu)4、 27、 31、 49、 50和所有形成的溫度傳感 器39、 43、 47、 48與控制單元51連接。通過這個(gè)控制單元51在調(diào)節(jié)回路 中實(shí)現(xiàn)溫度調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)回路包括至少一個(gè)用于控制溫度的機(jī)構(gòu)4、 27、 31、 49、 50和至少一個(gè)溫度傳感器39、 43、 47、 48。優(yōu)選使溫度傳感器39、 43、 47、 48的數(shù)量多于用于對(duì)結(jié)構(gòu)部件6、 2、 24、 17、 21、 46進(jìn)行溫度 控制的機(jī)構(gòu)4、 27、 31、 49、 50的數(shù)量?？刂茊卧?1優(yōu)選與內(nèi)燃機(jī)的控制 器連接或者集成到控制器里面。在控制蒸發(fā)單元12的蒸發(fā)和/或輸送時(shí)， 有利地可以考慮內(nèi)燃機(jī)控制器的數(shù)據(jù)和內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)行參數(shù)。
圖11示意性示出用于制備氣體混合物的裝置的局部。在排氣管14里 面在SCR催化器18上游構(gòu)成具有用于流體通流的通道的蜂窩體52,它是 相應(yīng)的混合機(jī)構(gòu)53的一部分。這樣構(gòu)成蜂窩體52，使排氣至少部分地以
27與排氣主通流方向成角度地通流蜂窩體。在此主通流方向54通過圖11中 相應(yīng)的箭頭表示。在本實(shí)施例中蜂窩體52錐形地構(gòu)成。蜂窩體尤其具有其 中沒有通道的較大的缺口 55。配量管道21作為添加單元46的一部分通到 這個(gè)缺口 55里面，在運(yùn)行中通過該配量管道加入還原劑混合物35。
圖12示意性示出添加單元46的示例，具有用于添加還原劑混合物到 排氣管14里面的配量管道21。在此配量管道21以彎曲的狀態(tài)穿過排氣管 14的壁體。配量管道21在伸進(jìn)排氣管14的部位里面具有小孔56。在此不 必一定使配量管道21彎曲或拐彎地進(jìn)入到排氣管14里面，配量管道21 也可以正好垂直或直線地進(jìn)入排氣管14里面。附加地在這里構(gòu)成導(dǎo)板23， 它使還原劑混合物與排氣管14中的排氣13更好地混合。
圖13示意性示出用于處理未示出的內(nèi)燃機(jī)排氣的裝置1的擴(kuò)展結(jié)構(gòu)。 在第一排氣段58里面構(gòu)成蒸發(fā)單元12和水解催化器17。通過用于流體引 導(dǎo)的機(jī)構(gòu)60將排氣分配到第一排氣段58和第二排氣段59。在第一排氣段 58的入口 61下游，在第二排氣段59中構(gòu)成SCR催化器18。
優(yōu)選使蒸發(fā)單元12具有用于分離水滴的機(jī)構(gòu)64,它們例如可以在添 加管道2內(nèi)部或者在蒸發(fā)室24的第二開孔46的里面或下游構(gòu)成。圖14 示出這種用于分離水滴的機(jī)構(gòu)64的實(shí)施例。這個(gè)機(jī)構(gòu)64連接到添加管道 2或者連接到通常蒸汽穿過的管道65。如果在蒸汽中還存在水滴，在本實(shí) 施例中使它們通過慣性作用分離。在機(jī)構(gòu)64中構(gòu)成一個(gè)或多個(gè)碰撞板66, 它們強(qiáng)制流體偏轉(zhuǎn)67。加熱碰撞板66和/或機(jī)構(gòu)64的殼體68，由此同樣 蒸發(fā)分離的水滴。代替在這里所示的用于分離水滴的機(jī)構(gòu)64，可以選擇或 增加其它措施，例如可以使添加管道2或管道65局部地具有變窄的橫截面、 凸起、偏轉(zhuǎn)部或類似結(jié)構(gòu)。
圖15示意性示出蒸發(fā)單元12的另一實(shí)施例，其中添加管道2可以通 過用于加熱添加管道2的機(jī)構(gòu)4加熱。用于加熱添加管道2的機(jī)構(gòu)4在這 里包括桿狀的加熱部件69,它通過電接頭70與電源連接。在添加管道2 中構(gòu)成用于分離水滴的機(jī)構(gòu)64，它通過與桿狀加熱部件69接觸而加熱。
圖16示意性示出蒸發(fā)單元12的另一實(shí)施例，其中添加管道2以回環(huán)的形式兩次纏繞桿狀加熱部件69。
圖17和18示出蒸發(fā)單元12的實(shí)施例，其中添加管道2不纏繞桿狀加 熱部件69的縱軸線，而是以回環(huán)固定在桿狀加熱部件69上。原則上優(yōu)選 在添加管道2與桿狀加熱部件69之間進(jìn)行材料結(jié)合的連接，尤其是硬釬焊 連接("brazed connection")。
圖19和20示意性示出用于制備包括至少一種下列物質(zhì)的氣體混合物 的裝置l的另一實(shí)施例a)還原劑，優(yōu)選氨，和b)至少一種還原劑前體、 尤其是尿素，所述裝置具有水解催化器17。該裝置1包括至少一個(gè)添加管 道2，在本實(shí)施例中為四個(gè)添加管道2,它們螺旋形地纏繞桿狀加熱部件 69。每個(gè)添加管道2分別具有一個(gè)分配孔3，通過它在運(yùn)行中分配包括還 原劑的氣體混合物。分配孔3這樣分布，它們在一個(gè)圓上基本均勻地分布。 添加管道2與在這里未示出的儲(chǔ)罐20連接，從儲(chǔ)罐通過輸送機(jī)構(gòu)19將至 少 一種還原劑前體的水溶液45輸送到添加管道2里面。添加管道2和加熱 部件69是相應(yīng)的還原劑溶液蒸發(fā)器16的一部分。
在分配孔3下游構(gòu)成水解催化器17，它同樣可以由桿狀加熱部件69 加熱。在有利的改進(jìn)方案中只構(gòu)成一個(gè)桿狀加熱部件69，它不僅與添加管 道2而且與水解催化器17熱接觸。水解催化器17在本實(shí)施例中由環(huán)形蜂 窩體構(gòu)成。在水解催化器17下游連接配量管道21，通過它在運(yùn)行中可以 使包括至少一種還原劑的氣流輸送到排氣管14里面。通過連接機(jī)構(gòu)71可 以建立到排氣管14的機(jī)械連接。此外構(gòu)成隔熱部72，通過它使水解催化 器17與排氣管14在熱上脫離聯(lián)接。此外構(gòu)成隔熱板73，通過它使水解催 化器17免受熱輻射。此外在外部殼體75與內(nèi)部殼體76之間構(gòu)成氣隙隔熱 部74，它同樣用于隔熱。
圖20示出添加管道2部位的橫截面圖，可以看出添加管道環(huán)繞桿狀加 熱部件69。
圖21示意性示出用于處理排氣13的裝置15的另一實(shí)施例。與圖4 的實(shí)施例不同，在輸送管道6中構(gòu)成閥門77,它用于使水溶液45配量到 蒸發(fā)單元12里面。閥門77通過控制接頭78控制。圖22示意性示出添加單元46在排氣管14中的入口部位79。排氣管 14和/或添加單元在這里具有隔板80,它在運(yùn)行中在入口部位79中實(shí)現(xiàn)排 氣流的死區(qū)或靜止區(qū)并且伴隨具有低壓的部位，并因此確保沒有排氣擠入 添加單元46里面。添加單元46還具有溫度傳感器81,它包括環(huán)形構(gòu)成的 熱電阻。如果在這個(gè)部位形成淀積，則可以使溫度傳感器81與電源(未示 出)連接，以通過提高溫度到第二理論溫度、例如550。C或更高或者甚至 600'C或更高，從而起到溶解或減少淀積的作用。
圖23示意性示出蜂窩體82的橫截面，它不僅可以用于水解催化器17 而且可以用于SCR催化器18,其中在此必需涂敷其它催化活性的覆層。 蜂窩體82由平整的金屬層83和波形的金屬層84構(gòu)成，它們在這個(gè)實(shí)施例 中層疊成三個(gè)堆疊并且相互巻繞。蜂窩體82還包括殼體管85，它向外封 閉蜂窩體82。平整層83和波形層84形成用于通流排氣13的通道86。
圖24示出蜂窩體87的另一示例，它環(huán)形地構(gòu)成并且不僅用于水解催 化器17而且用于SCR催化器18,其中在此必需涂敷其它催化活性的覆層。 蜂窩體87由層88構(gòu)成，它們具有平整的區(qū)段89和波形的區(qū)段卯，這些 區(qū)段相互折疊并且形成用于通流排氣13的通道86。蜂窩體87通過外部的 殼體管91和內(nèi)部的殼體管92封閉。
尤其在通過機(jī)構(gòu)4、 69加熱的添加管道2中，原則上有利的是，除了 單側(cè)加熱以外也可以在另一側(cè)加熱。因此可以構(gòu)成其它套狀的加熱部件， 它們從外面包圍添加管道。原則上有利的是，在添加管道2的某些橫截面 上，在運(yùn)行中使圓周上(各個(gè)位置)的溫度與平均溫度的差最多為+25'C 或-25。C。
作為水解催化器17,原則上也可以是配有催化尤其是尿素水解成氨的 覆層的管，或者是配有至少一個(gè)在外圓周上安置形成結(jié)構(gòu)的金屬層的殼體 管，它優(yōu)選徑向在其內(nèi)部具有至少為殼體管整個(gè)橫截面的至少20%的自由 通流的才黃截面。這個(gè)實(shí)施例優(yōu)選從外面加熱。
原則上，在開始在SCR催化器18上游提供還原劑之前，優(yōu)選進(jìn)行下 列方法-首先，檢驗(yàn)用于當(dāng)前溫度控制和/或加熱機(jī)構(gòu)4、 27、 31、 49、 50、 63、 69的電源或燃料源是否可靠；
-如果確定電源和/或燃料源是可靠的，然后將蒸發(fā)單元12和必要時(shí) 水解催化器17加熱到給定的理論溫度，尤其是使添加管道2加熱到約350 至450'C和/或使蒸發(fā)室24加熱到約350至450。C;優(yōu)選分別為380°C。并 聯(lián)地使水溶液45—直輸送到蒸發(fā)單元24、尤其是連接單元ll，其中一方 面可以輸送基本上對(duì)應(yīng)于輸送管道6容積的水溶液45體積，另一方面，例 如以導(dǎo)熱性測量為基礎(chǔ)，在相應(yīng)的位置上、例如在連接單元ll上、里面或 與其相鄰地構(gòu)成相應(yīng)的傳感器；
-然后，確定、尤其是測量和/或由發(fā)動(dòng)機(jī)控制器的數(shù)據(jù)計(jì)算SCR催 化器18或排氣管14的溫度。
如果SCR催化器18的溫度高于給定的極限值、尤其是高于SCR催化 器18的起始溫度("light off，溫度)，則向蒸發(fā)單元12供應(yīng)水溶液45。 如果蒸發(fā)單元12、添加管道2和/或蒸發(fā)室24還基本處于其運(yùn)行溫度，則 可以省略上述的診斷步驟。
在運(yùn)行中，加入到蒸發(fā)單元12里面的熱功率與水溶液45的輸送量對(duì) 應(yīng)。這尤其意味著，對(duì)于各輸送量的蒸發(fā)，檢驗(yàn)需要多少理論加熱功率。 如果測得的一個(gè)時(shí)間間隔的實(shí)際加熱功率低于理論加熱功率，則對(duì)使用者 給出警示，因?yàn)榭赡艹霈F(xiàn)添加管道2和/或配量管道21橫截面的減小。
此外有利的是，在規(guī)則的、給定的時(shí)間間隔中使蒸發(fā)單元12、添加管 道2、蒸發(fā)室24、水解催化器17、配量管道21和/或添加單元46加熱到位 于正常運(yùn)行溫度以上的溫度，以由此溶解可能存在的淀積。
在結(jié)束蒸發(fā)時(shí)、例如在內(nèi)燃機(jī)停機(jī)時(shí)，可以使水溶液45從添加管道2 回輸。優(yōu)選在從添加管道2回輸前首先中止水溶液45的輸送，但是還使蒸 發(fā)單元12、添加管道2和/或蒸發(fā)室24加熱到通常的溫度，以由此執(zhí)行完 全蒸發(fā)，并由此防止在回輸時(shí)蒸發(fā)單元12、添加管道2和/或蒸發(fā)室24中 可能存在的污物進(jìn)入到輸送管道6里面。在一定的時(shí)間過后，可以通過輸 送機(jī)構(gòu)19開始回輸。以有利的方式在連接單元11中或與其相鄰地構(gòu)成閥門，通過該閥門可以在回輸時(shí)抽吸空氣。原則上一直回輸?shù)捷斔凸艿?基 本排空到儲(chǔ)罐20里面。
在要^f皮輸送的水溶液45的輸送量劇烈變化時(shí)，例如這可能源于內(nèi)燃機(jī) 排氣中的氮氧化物濃度劇烈增加，可能產(chǎn)生蒸發(fā)單元12不能突然蒸發(fā)明顯 更大量水溶液45的情況，因?yàn)椴荒苓@樣快速地實(shí)現(xiàn)相應(yīng)增加地加熱。在這 種情況下，優(yōu)選只這樣提高水溶液45的輸送量，使得正好還能夠?qū)崿F(xiàn)完全 蒸發(fā)。
要分配的還原劑量和因此也要蒸發(fā)的水溶液45量可以根據(jù)例如至少
一個(gè)下列條件確定
a) 排氣中的氮氧化物濃度；
b) 預(yù)測的優(yōu)選在排氣通過SCR催化器18時(shí)出現(xiàn)的氮氧化物；
c) SCR催化器18正好可以轉(zhuǎn)換的最大的還原劑量。
儲(chǔ)罐20、輸送管道6、蒸發(fā)單元12、添加管道2、蒸發(fā)室24和/或水 解催化器17可以例如形成為與內(nèi)燃機(jī)油箱熱接觸。為了防凍，這個(gè)油箱通 常具有加熱器，該加熱器也可以為上述結(jié)構(gòu)部件提供防凍。
按照另 一有利的方面，建議用于制備包括至少 一種下列物質(zhì)的氣體混 合物的裝置l:
a) 至少一種還原劑；和
b) 至少一種還原劑前體。
在此，裝置1包括用于包括至少一種還原劑前體的水溶液45的儲(chǔ)罐 20。從儲(chǔ)罐20將水溶液45通過輸送機(jī)構(gòu)19輸送到至少一個(gè)具有分配孔3 的添加管道2。有利地構(gòu)成用于加熱添加管道2的機(jī)構(gòu)4，通過它可以使至 少一個(gè)添加管道2加熱到超過水的沸點(diǎn)溫度的臨界溫度以上。優(yōu)選使這個(gè) 溫度為350"C或更高、優(yōu)選400'C或更高、尤其是約為380'C。這個(gè)裝置1 的有利改進(jìn)方案規(guī)定，使輸送機(jī)構(gòu)19包括至少一個(gè)泵。該泵優(yōu)選是配量泵。 按照這個(gè)裝置的另一有利改進(jìn)方案，在輸送機(jī)構(gòu)19與添加管道2之間構(gòu)成 用于配量水溶液45量的閥門。此外用于加熱的機(jī)構(gòu)4包括至少一個(gè)下列部 件a) 電阻加熱器；
b) 用于利用至少另一結(jié)構(gòu)部件廢熱的熱傳遞機(jī)構(gòu)；
c) 至少一個(gè)珀耳帖元件；和
d) 用于燃料燃燒的機(jī)構(gòu)。
這個(gè)裝置的另一有利改進(jìn)方案的特征在于，這樣構(gòu)成裝置1，使得在 運(yùn)行中溫度在添加管道2的長度上最高位于平均溫度以上和以下25。C。
這個(gè)裝置的另一有利擴(kuò)展結(jié)構(gòu)的特征在于，添加管道2具有最大 20mii^的通流橫截面。此外有利的是，添加管道2由包括至少一種下列原 料的材料構(gòu)成
a) 銅；
b) 鋁；
c) 鎳基材料；
d) 鉻鎳鋼；和
e) 特種鋼。
添加管道2尤其具有0.1至5m的長度、尤其0,3至0.7m的長度、特 別優(yōu)選基本0.5m。添加管道2優(yōu)選具有0.1至0.5mm的壁厚。添加管道2 優(yōu)選具有至少150J/K (焦耳每凱爾文)的熱容量。
按照這個(gè)裝置1的有利擴(kuò)展結(jié)構(gòu)，添加管道2和用于加熱添加管道2 的機(jī)構(gòu)4至少在至少局部部位中具有至少一個(gè)下列的相互布置
a) 添加管道2和用于加熱添加管道的機(jī)構(gòu)4至少在局部部位中相互 同軸地構(gòu)成；
b) 添加管道2和用于加熱添加管道的機(jī)構(gòu)4至少在局部部位中相互 共中心地構(gòu)成；
c) 添加管道2和用于加熱添加管道的機(jī)構(gòu)4至少在局部部位中并排 地構(gòu)設(shè)置；
d) 添加管道2至少在局部部位中圍繞用于加熱添加管道2的機(jī)構(gòu)4 環(huán)繞地構(gòu)成；
e) 用于加熱添加管道2的機(jī)構(gòu)4至少在局部部位中是桿狀加熱部件69,添加管道2圍繞桿狀加熱部件69環(huán)繞地構(gòu)成；和
f)添加管道2形成桿狀加熱部件69中的通道。
按照裝置1的另一有利擴(kuò)展結(jié)構(gòu)，使添加管道2和用于加熱添加管道 2的機(jī)構(gòu)4至少在局部部位中材料結(jié)合地相互連接。材料結(jié)合的連接尤其 是釬焊和/或焊接連接。
按照裝置1的另一有利擴(kuò)展結(jié)構(gòu)，使添加管道2至少部分地配有催化 還原劑前體水解成還原劑的覆層。優(yōu)選使裝置l包括至少一個(gè)用于確定添 加管道2溫度的傳感器5。優(yōu)選使這個(gè)傳感器與電源5連接，以由此例如 在緊急程序范圍內(nèi)使添加管道2加熱到超過臨界溫度。
此外描述一種用于制備包括至少 一種下列物質(zhì)的氣體混合物的有利方
法
a) 至少一種還原劑，和
b) 至少一種還原劑前體。
在此，至少一種還原劑前體的水溶液45從儲(chǔ)罐20輸送到添加管道2 里面。在此這樣加熱添加管道2，使水溶液45完全蒸發(fā)成氣體混合物。在 此，完全尤其是指蒸發(fā)卯重量％和或更多的水溶液、優(yōu)選95重量o/。或更 多、特別優(yōu)選98重量％的水溶液。這個(gè)方法的一個(gè)有利改進(jìn)方案針對(duì)包括 在至少一個(gè)下列組分里面
A) 混合物，和
B) 水溶液 的至少一種還原劑前體
a) 尿素，和
b) 氨。
此外有利的是，在添加管道2里面的溫度位于380。C至450。C之間的平 均溫度。優(yōu)選該溫度在添加管道2的長度上最高在平均溫度以上或以下25 優(yōu)選為380。C至450。C的平均溫度。
按照這個(gè)方法的另一有利擴(kuò)展結(jié)構(gòu)，在加熱時(shí)使用以高達(dá)500W/s變 化的加熱功率。優(yōu)選將0.5ml/s的水溶液45量輸送到添加管道2里面。此外優(yōu)選添加管道2具有最大20mm2的通流橫截面。優(yōu)選使添加管道2加熱 到第二溫度，該第二溫度高于水溶液45完全蒸發(fā)的臨界溫度，以溶解可能 存在的淀積。
按照這個(gè)方法的另一有利擴(kuò)展結(jié)構(gòu)，在開始蒸發(fā)前確定添加管道2的 溫度并且與另一已知的溫度進(jìn)行比較。在此它例如可以是在汽車中已知或 測得的溫度，例如通過外部溫度傳感器測得的外部溫度或冷卻水溫度。
按照這個(gè)方法的另一有利擴(kuò)展結(jié)構(gòu)，通過電阻加熱實(shí)現(xiàn)對(duì)添加管道2 的加熱，其中在開始加熱前確定這個(gè)電阻加熱器的電阻并且根據(jù)獲得的電 阻加熱添加管道。這個(gè)方法的另一有利擴(kuò)展結(jié)構(gòu)是，監(jiān)控加熱添加管道2 時(shí)引入的加熱功率。按照這個(gè)方法的另一擴(kuò)展結(jié)構(gòu)，如果加熱功率在給定 的時(shí)間間隔上保持在與要被蒸發(fā)的水溶液量有關(guān)的數(shù)值以下，則中斷加熱。
按照另 一有利的方面，描述一種用于制備包括至少 一種下列物質(zhì)的氣 體混合物的裝置1:
a) 至少一種還原劑，和
b) 至少一種還原劑前體。
在此構(gòu)成用于包括至少一種還原劑前體的水溶液45的儲(chǔ)罐20，它與 蒸發(fā)室24流體連接。此外構(gòu)成用于配量水溶液45到蒸發(fā)室24里面的機(jī)構(gòu)， 其中構(gòu)成用于加熱蒸發(fā)室24的機(jī)構(gòu)27、 63，通過它們使蒸發(fā)室24加熱到 高于或等于臨界溫度的溫度，在該溫度下至少部分地蒸發(fā)水溶液。按照這 個(gè)裝置1的有利改進(jìn)方案，用于配量水溶液45的機(jī)構(gòu)包括至少一個(gè)噴嘴 62。以有利的方式使蒸發(fā)室24具有基本封閉的容積，它僅僅具有用于連接 7JC溶液45輸送管道6的笫一開孔25和用于連接排出氣體混合物的添加管 道2的第二開孔26。按照這個(gè)裝置1的有利改進(jìn)方案，蒸發(fā)室24包括基 本封閉的容積，它僅僅具有用于連接水溶液45輸送管道6的第一開孔25、 用于連接排出氣體混合物的添加管道2的第二開孔26、和用于添加排氣14 的第三開孔36。這個(gè)裝置的另一有利改進(jìn)方案規(guī)定，用于加熱蒸發(fā)室24 的機(jī)構(gòu)27、 63包括至少一個(gè)下列結(jié)構(gòu)部件
a)電阻加熱器27，和b)用于燃燒燃料的機(jī)構(gòu)63。
此外有利的是，蒸發(fā)室24是基本球形對(duì)稱的。優(yōu)選使蒸發(fā)室24具有 2mm至25mm的半徑。此外有利的是，蒸發(fā)室24具有30至4000mm3的 容積。用于加熱蒸發(fā)室的機(jī)構(gòu)27、 63可以施加高達(dá)5kW的加熱功率。此 外以有利的方式構(gòu)成用于輸送水溶液45的輸送管道6,它使蒸發(fā)室24與 儲(chǔ)罐20連接并且其中構(gòu)成輸送機(jī)構(gòu)19，通過它可以通過輸送管道6輸送 流體。按照這個(gè)裝置的另一有利擴(kuò)展結(jié)構(gòu)，這樣構(gòu)成該裝置，在運(yùn)行中使 蒸發(fā)室24的溫度最高位于平均溫度以上和以下25°C。此外有利的是，蒸 發(fā)室24至少在局部部位中具有用于提高表面潤濕性的機(jī)構(gòu)28。這尤其可 以包括蒸發(fā)室24內(nèi)表面的成形結(jié)構(gòu)(凸起或類似結(jié)構(gòu))。
此外描述一種用于制備包括至少 一種下列物質(zhì)的氣體混合物的方法
a) 至少一種還原劑，和
b) 至少一種還原劑前體。
至少一種還原劑前體的水溶液45輸送到蒸發(fā)室24里面，其中蒸發(fā)室 24這樣加熱，使水溶液45完全蒸發(fā)成氣體混合物。這種方法可以以有利 的方式這樣構(gòu)成，使蒸發(fā)室24包括基本封閉的容積，它僅僅具有用于連接 水溶液45的輸送管道6的第一開孔25和用于連接排出氣體混合物的添加 管道2的第二開孔26。
對(duì)此也可以選擇使蒸發(fā)室24包括基本封閉的容積，它僅僅具有用于連 接水溶液45輸送管道6的笫一開孔25、用于連接排出氣體混合物的添加 管道2的第二開孔26、和用于添加排氣14的第三開孔36。
這種方法可以有利地通過調(diào)節(jié)地實(shí)現(xiàn)加熱而改進(jìn)。尤其是使蒸發(fā)室24 加熱到350。C至450。C的平均溫度。此外有利的是，使蒸發(fā)室24這樣加熱 到平均溫度，在蒸發(fā)室24上沒有偏離平均溫度高于+25。C和-25。C的溫度 的位置。
按照本發(fā)明的裝置15以有利的方式能夠制備足夠量的還原劑，以選擇 性地催化還原SCR催化器18中的氮氧化物，其中同時(shí)可以使水解催化器 17以比由現(xiàn)有技術(shù)已知的更小容積構(gòu)成，因?yàn)樵谶@里水解催化器17不由氺卜氣通流。 附圖標(biāo)記列表
1用于制備氣體混合物的裝.
2添力口管道
3分配孔
4用于加熱添加管道的機(jī)構(gòu)
5傳感器
6輸送管道
7用于控制溫度的機(jī)構(gòu)
8珀耳帖元件
9冷卻體
10電接頭
11連接單元
12蒸發(fā)單元
13排氣
14排氣管
15用于處理內(nèi)燃機(jī)排氣的裝
16還原劑溶液蒸發(fā)器
17水解催化器
18SCR催化器
19輸送機(jī)構(gòu)
20儲(chǔ)罐
21配量管
22配量孔
23混合機(jī)構(gòu)
24蒸發(fā)室
25第一孔
3726第二孔
27用于加熱蒸發(fā)室的機(jī)構(gòu)
28結(jié)構(gòu)
29蒸發(fā)單元的殼體
30加熱導(dǎo)體接頭
31用于對(duì)水解催化器進(jìn)行溫度控制的機(jī)構(gòu)
32水解催化器的殼體
33連接機(jī)構(gòu)
34導(dǎo)板
35還原劑混合物
36第三孔
37導(dǎo)向結(jié)構(gòu)
38加熱導(dǎo)體
39第一溫度傳感器
40連接部件
41第一加熱導(dǎo)體接頭
42第二加熱導(dǎo)體接頭
43第二溫度傳感器
44第二連接部件
45水溶液
46添力口單元
47第三溫度傳感器
48第四溫度傳感器
49溫度控制才幾構(gòu)
50添加溫度控制機(jī)構(gòu)
51控制單元
52蜂窩體
53混合機(jī)構(gòu)54 主通流方向
55 缺口
56 小孔
57 長度
58 第一排氣段
59 第二排氣段
60 用于流體引導(dǎo)的機(jī)構(gòu)
61 入口
62 噴嘴
63 用于燃燒碳?xì)浠衔锏臋C(jī)構(gòu)
64 用于分離液滴的機(jī)構(gòu)
65 管道
66 碰撞板
67 偏轉(zhuǎn)
68 殼體
69 桿狀加熱部件
70 電4妄頭
71 連接機(jī)構(gòu)
72 隔熱部
73 隔熱板
74 氣隙隔熱部
75 外部殼體
76 內(nèi)部殼體
77 閥門
78 控制接頭
79 入口部位
80 隔板
81 溫度傳感器82 蜂窩體
83 平整的金屬層
84 波形金屬層
85 殼體管
86 通道
87 環(huán)形蜂窩體
88 層
89 平整部位
90 波形部位
91 外部的殼體管
92 內(nèi)部的殼體管
權(quán)利要求
1. 一種用于處理內(nèi)燃機(jī)排氣的裝置(15)，至少包括還原劑溶液蒸發(fā)器(16)；水解催化器(17)，該水解催化器與還原劑溶液蒸發(fā)器(16)連接，以尤其使尿素水解成氨；和用于選擇性催化還原氮氧化物的SCR催化器(18)，其中，還原劑溶液蒸發(fā)器(16)包括用于制備氣體混合物的蒸發(fā)單元(12)，氣體混合物包括至少一種下列物質(zhì)a)至少一種還原劑前體；和b)還原劑，其中，通過蒸發(fā)單元(12)可以蒸發(fā)包括至少一種還原劑前體的水溶液(45)，其中SCR催化器(18)形成在排氣管(14)中，其特征在于，還原劑溶液蒸發(fā)器(16)和水解催化器(17)形成在排氣管(14)外部，并與排氣管連接。
2. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，蒸發(fā)單元(12 )通過輸 送管道(6)與水溶液(45)的儲(chǔ)罐(20)連接，其中輸送管道(6)和蒸 發(fā)單元(12 )通過連接單元(11)相互連接。
3. 如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，連接單元(11)至少部 分地由具有小于10W/mK (瓦每米凱爾文)導(dǎo)熱性的材料構(gòu)成。
4. 如權(quán)利要求2或3所述的裝置，其特征在于，連接單元(11)由 至少 一種包括至少 一種下列材料的材料構(gòu)成a) 陶瓷材料，和b) 聚四氟乙烯(PTFE)。
5. 如權(quán)利要求2至4中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，連接單元 (11)構(gòu)成使得在連接單元(11)的長度上可以保持40K/mm (凱爾文每毫米)或更大的溫度梯度。
6. 如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，至少一個(gè)下列結(jié)構(gòu)部件具有催化尿素水解的覆層a) 連接單元(11)的至少一部分；b) 用于添加氣體混合物到水解催化器(17)的添加管道(2)的至少 一部分；c) 蒸發(fā)單元(12)的至少一部分；d) 用于添加產(chǎn)生的還原劑到排氣系統(tǒng)的配量管(21)的至少一部分；和e) 添加單元(46 )的至少一部分，通過該添加單元使水解催化器(17 ) 與排氣管(14)連接。
7. 如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，在水解催化 器(17)下游形成隔熱部(72)。
8. 如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，隔熱部(72 )直接連接 在水解催化器(17)上。
9. 一種用于處理內(nèi)燃機(jī)排氣的方法，包括下列步驟a) 制備包括至少一種下列物質(zhì)的氣體混合物 al)還原劑，和a2)至少一種還原劑前體；b) 水解至少一種還原劑前體，其中獲得還原劑混合物(35);c) 以還原劑混合物(35)和排氣(14)加栽SCR催化器(l8),以 至少部分選擇性催化還原包括在排氣中的氮氧化物(NOx)，其中，在步驟b)后實(shí)現(xiàn)還原劑混合物(35)與至少部分排氣(14) 的混合。
10. 如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，步驟a)包括在蒸發(fā)單 元(12)中蒸發(fā)包括至少一種還原劑前體的水溶液(45)。
11. 如權(quán)利要求9或10所述的方法，其特征在于，步驟b)至少部分 地在水解催化器(17)中實(shí)現(xiàn)。
12. 如權(quán)利要求9至11中任一項(xiàng)所迷的方法，其特征在于，調(diào)節(jié)至 少一個(gè)下列結(jié)構(gòu)部件的溫度a) 蒸發(fā)單元(12)的至少一部分；b) 水解催化器(17);c) 用于輸送水溶液(45)到蒸發(fā)單元(12)的輸送管道(6);d) 用于添加氣體混合物到水解催化器(17)的添加管道(2);e) 用于添加產(chǎn)生的還原劑到排氣系統(tǒng)的配量管(21);和f) 添加單元(46)，通過該添加單元使水解催化器(17)與內(nèi)燃機(jī)排 氣管(14 )流體連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于處理內(nèi)燃機(jī)排氣的裝置(15)，至少包括一個(gè)還原劑溶液蒸發(fā)器(16)、用于尤其使尿素水解成氨的與還原劑蒸發(fā)器(16)連接的水解催化器(17)、和用于選擇性催化還原氮氧化物的SCR催化器(18)，其中還原劑蒸發(fā)器(16)包括用于制備氣體混合物的蒸發(fā)單元(12)，氣體混合物包括至少一種下列物質(zhì)a)至少一種還原劑前體，和b)還原劑，其中通過蒸發(fā)單元(12)可以蒸發(fā)包括至少一種還原劑前體的水溶液，其中SCR催化器(18)在排氣管(14)中構(gòu)成，其特征在于，還原劑溶液蒸發(fā)器(16)和水解催化器(17)在排氣管(14)外部并與排氣管連接地構(gòu)成。按照本發(fā)明的裝置(15)能夠以有利的方式制備足夠量的還原劑，以在SCR催化器(18)里選擇性催化還原氮氧化物，其中可以使水解催化器(17)比由現(xiàn)有技術(shù)已知的容積更小地構(gòu)成，因?yàn)樵谶@里水解催化器(17)不由排氣通流。
文檔編號(hào)B01D53/94GK101443095SQ200780017511
公開日2009年5月27日 申請(qǐng)日期2007年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月16日
發(fā)明者M·布魯格爾, P·希爾特, R·布呂科, T·黑里希, U·克列寧 申請(qǐng)人:排放技術(shù)有限公司