用於製備氣體混合物的方法和裝置的製作方法

2023-12-06 12:17:51

專利名稱：用於製備氣體混合物的方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於製備包括至少 一種下列物質的氣體混合物的方法
和裝置
a) 至少一種還原劑，和
b) 至少一種還原劑前體。
本發明以有利的方式能夠用於在選擇性地催化還原內燃機排氣系統中的氮 氧化物時提供還原劑。
背景技術：
內燃機排氣具有不希望其排放到環境中的物質。例如在許多國家在內 燃機排氣中只允許含有高至一定極限值的氮氧化物(NOx)。除了發動機 內部的措施以外還採用了後處理方法，發動機內部措施通過選擇適合的內 燃機運行點可以減少氮氧化物的排放，通過後處理方法能夠進一步降低氮 氧化物。
進一步降低氮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 常不以氨的形式儲存，而是儲存為氨前體，它在需要時轉換成氨。可能的 氨前體例如是尿素((NH2) 2CO)、氨基甲酸銨、異氰酸(HCNO)、 氰酸等。
尤其是尿素已經被證實可方便地儲存。優選使尿素以尿素水溶液的形 式儲存。尿素和尤其是尿素水溶液在健康方面無害、便於分配和儲存。一 種尿素水溶液已經以名稱"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 遊配量到內燃機排氣的分流裡面。當尿素水溶液接觸水解催化器時，尿素 水解和熱解形成氨，它在設置在下遊的SCR催化器中作為還原劑使用。在 這裡所述的方法存在缺陷，水解催化器通過蒸發尿素水溶液而冷卻。尤其 是當需要大量氨的時候，至少會在水解催化器的局部區域導致強烈的冷卻， 使得在這裡水解催化器不再或不再完全運行。此外，由於蒸發單個液滴產 生局部強烈間斷的水解催化器冷卻，該水解催化器會損壞，尤其是催化活 性覆層會脫落。

發明內容
由此提出本發明的目的是，建議一種方法和裝置，通過它們至少可以 減少由現有技術已知的缺陷。
這個目的通過具有獨立權利要求特徵的裝置和方法得以實現。有利的 改進方案是從屬權利要求的內容。
按照本發明的用於製備包括至少 一種下列物質的氣體混合物的裝置包
括
a) 至少一種還原劑，和
b) 至少一種還原劑前體。
其中構成用於包括至少一種還原劑前體的水溶液的儲罐，它與蒸發室流體 連接。此外構成用於配量水溶液到蒸發室的機構。按照本發明裝置的特徵 在於，構成用於加熱蒸發室的機構，通過它們可以使蒸發室加熱到高於或 等於臨界溫度，以該溫度使水溶液至少部分地蒸發。
特別優選使水溶液包括作為還原劑前體的尿素，並且使氣體混合物包 括氨和/或尿素。相應的水溶液以商標"AdBlue"銷售。此外可以使水溶液 包括其它物質，它們例如用於降低溶液溶點。尤其是可以使水溶液包括曱 酸和/或曱酸銨。相應的水溶液以商標"Denoxium，，銷售。在儲罐與蒸發 室之間的流體連接尤其指的是，可以使流體從儲罐流到蒸發室。尤其是可 以使儲罐和蒸發室通過輸送管道連接，在運行中水溶液可以通流輸送管道。特別優選這樣選擇臨界溫度，使得完全蒸發水溶液。還原劑前體尤其指的 是一種物質，它可以分解出還原劑或者轉變成還原劑。尤其這樣構成用於 使水溶液配量到蒸發室裡面的機構，使得通過逐滴或水滴流的形式將水溶 液配量到蒸發室裡面。用於配量的機構尤其包括相應構成的噴嘴。
通過按照本發明的裝置以特別有利的方式使還原劑以氣體形式在
SCR催化器中供使用。優選在排氣系統中在水解催化器上遊實現氣體混合 物的添加。在本發明的範圍內，催化器尤其指的是催化器載體，它配有相 應的催化活性覆層。因此例如水解催化器也稱為催化器載體，它配有催化 還原劑前體水解的覆層。SCR催化器稱為催化器載體，它配有催化選擇性 催化還原氮氧化物的催化活性的覆層。
因此通過使用按照本發明的裝置可以以有利的方式避免在還原劑前體 碰到水解催化器上時使水解催化器顯著地冷卻，因為這個水解催化器不必 提供水溶液的蒸發熱焓。由此可以避免水解催化器局部冷卻造成的有害後 果。尤其是由此保證，即使在相對大量的還原劑前體或水溶液碰到水解催 化器時，也不會強烈地冷卻水解催化器使得不能完全進行水解。
也特別優選一種用於選擇性催化還原內燃機排氣中的氮氧化物的裝 置，其中構成用於製備包括至少一種下列物質的氣體混合物的裝置
a) 氨
b) 尿素；
其中構成尿素水溶液的儲罐，它與蒸發室流體連接，其中構成用於加熱蒸 發室的機構，通過它們使蒸發室加熱到大於或等於臨界溫度的溫度，以該 溫度至少部分地蒸發水溶液。優選在用於製備氣體混合物的裝置下遊構成 水解催化器，它又優選在SCR催化器上遊構成。
按照本發明裝置的 一個有利改進方案，使蒸發室包括基本封閉的容積， 它僅僅具有用於連接水溶液的輸送管道的第一開孔和用於連接排出氣體混 合物的添加管道的第二開孔。
也可以選擇優選使蒸發室包括基本封閉的容積，它僅僅具有用於連接 水溶液的輸送管道的第 一開孔、用於連接排出氣體混合物的添加管道的笫二開孔、和用於添加排氣的第三開孔。
即，通過輸送管道使水溶液進入蒸發室，並且使氣體混合物從蒸發室 排出並且通過添加管道尤其在水解催化器上遊輸送到排氣系統。通過第三 開孔可以建立與排氣管的連接。
封閉的容積尤其是指，該容積在此不是被加熱的催化器載體，而是構 成另一基本封閉的結構部件。第一和第二開孔的橫截面都優選最高為蒸發
室表面的10 % 。
按照本發明裝置的 一個有利擴展結構，使用於加熱蒸發室的機構包括
至少一個下列結構部件a)電阻加熱器和b)用於燃燒燃料的機構。
優選使電阻加熱器包括加熱絲，它與蒸發室處於熱接觸。在這方面， 特別優選〗吏加熱絲纏繞蒸發室，或者使加熱絲形成到蒸發室壁體裡面。因 此特別優選電阻加熱器，因為它可以通過簡單的方式和方法調節，並且尤 其對於相應的蒸發室結構在選擇材料和材料壁厚方面可以非常靈活地調 節。這意味著，可以非常快速地使氣體混合物的產量適於內燃機排氣系統 中的還原劑需求。也可以選擇和/或附加地使用於加熱蒸發室的機構包括詢 耳帖(Peltier)元件和/或利用其它結構部件的廢熱。
珀耳帖元件尤其是一種電元件，它在通電時產生涉及所謂的珀耳帖效 應的溫度差。珀耳帖元件最好包括一個或多個由p和n摻雜半導體材料組 成的元件，p和n摻雜半導體材料交替地通過導電材料相互連接。溫度系 數的符號取決於電流方向，因此通過珀耳帖元件不僅可以冷卻而且可以加 熱。燃料尤其指的是碳氫化合物和/或氫氣。碳氫化合物可以從內燃機的相 應油箱取出。
按照本發明裝置的另 一有利擴展結構，使蒸發室U本上球形對稱。 已經證實，對於基本上球形對稱的蒸發室結構，可以非常均勻地加熱 蒸發室中的容積。優選儘可能均勻地加熱蒸發室容積，由此避免形成較低 溫度的部位，因為在這些部位經常由於還原劑前體冷凝形成水滴，它們可 能沉澱在蒸發室內部或者通過添加管道進入排氣系統裡面。基本上球形對 稱的蒸發室能夠以有利的方式在蒸發室內部實現儘可能均勻地溫度控制。在這方面特別有利的是，使蒸發室具有2mm至10mm的半徑。 在這裡建議的半徑已經證實是特別有利的，因為在這裡通過例如電阻 加熱器的相對微小的功率消耗能夠實現氣體混合物產量的快速、可靠且靈 活的動態調節。原則上可以使用2mm或更大的半徑，並且包括在本發明 中。例如3至4mm的半徑也被證實是特別有利的。相應的半徑可以適於 最大必需的還原劑量或者最大要被蒸發的水溶液量，由此例如對於在轎車 中的應用，2至35mm的半徑是有利的，而對於在載重車中的應用，50至 150mm的半徑是有利的。
按照本發明裝置的另一有利擴展結構，使蒸發室具有30至4000mm3 的容積。
尤其這樣選擇蒸發室容積，使得對於內燃機的最高負荷狀態可以提供 足夠大量的氣體混合物，由此提供足夠的還原劑供選擇性催化還原(SCR， selective catalytic reduction)使用。尤其是蒸發室容積在轎車的排氣系統 中可以高達150ml,優選約為100mm3至500mm3。對於載重車的排氣系統， 蒸發室容積優選為高達750ml。
按照本發明裝置的另一有利擴展結構，使用於加熱蒸發室的機構可以 施加高達5000W (瓦)的加熱功率。
這個加熱功率已經證實是特別有利的，因為通過這個加熱功率，通過 相應地製備相應容積的蒸汽混合物，可以達到還原劑需求的峰值。尤其是 在轎車(Pkws)排氣系統中，高達500W的加熱功率已經證實是有利的， 對於載重車這個加熱功率優選在高達1500W的範圍。
按照本發明裝置的另一有利擴展結構，構成用於輸送水溶液到蒸發室 裡面的輸送管道，它使蒸發室與儲罐連接，並且還構成輸送機構，通過它 使流體可以通過輸送管道輸送。
所述輸送機構尤其可以是泵。也可以選擇或附加地使水溶液的輸送能 夠僅僅根據流體靜力學的壓力實現，由此使儲罐比蒸發室更高地構成，使 得僅僅通過儲罐與蒸發室之間的高度差實現蒸發室的加裝。通過調節泵和/ 或相應的閥門可以調節進入到蒸發室裡面的水溶液量。作為泵，尤其使用能夠高度準確地配量並允許寬的輸送功率範圍的泵。 按照本發明裝置的另一有利擴展結構，所述裝置這樣構成，使得在運
行中蒸發室溫度最高位於平均溫度以上和以下25°C。
在這裡，蒸發室溫度尤其指蒸發室壁體的溫度。在試驗中已經證實， 蒸發室的精確溫度控制是特別重要的，因為通過儘可能一致的溫度控制可 以有效地避免或者至少限制還原劑的澱積。已經證實，與平均臨界溫度的 相對微小的偏差就足以使不期望的物質發生澱積。所述裝置的結構尤其包 括用於加熱蒸發室的機構的相應結構。尤其這樣構成這個機構，使得能量 非常均勻地引入蒸發室中。例如可以使蒸發室以有利的方式由加熱導體包 圍。也可以通過選擇相應的材料以有利的方式實現蒸發室的非常均勻的溫 度控制。
按照本發明裝置的另 一有利擴展結構，使蒸發室至少在局部部位具有 用於提高表面潤溼性的機構。
在此尤其可以使蒸發室表面相應形成結構，例如可以包括巨觀結構或 相應的覆層。尤其可以使蒸發室至少在局部部位包括水解催化覆層，它尤 其將尿素催化形成氨。
按照本發明的另一方面，建議一種用於製備氣體混合物的方法，其中 混合物包括至少 一種下列物質
a) 至少一種還原劑，和
b) 至少一種還原劑前體。 使至少一種還原劑前體的水溶液輸送到蒸發室，其中這樣加熱蒸發室，使 水溶液完全蒸發成氣體混合物。
尤其這樣加熱蒸發室，使得除了蒸發水溶液中的還原劑前體外，也使 還原劑前體至少部分地熱解形成還原劑。按照本發明的方法優選在按照本 發明的裝置中執行。完全蒸發尤其指蒸發至少90重量％的水溶液、優選 95重量％ 、特別優選98重量％的水溶液。
優選以水滴形式、尤其以逐滴的形式和/或水滴流的形式使水溶液輸送 到蒸發室。尤其可以通過相應構成的且可控制的噴嘴進行輸送。按照本發明方法的一個有利擴展結構，使蒸發室包括基本封閉的容積， 它僅具有用於連接水溶液的輸送管道的第一開孔和用於連接排出氣體混合 物的添加管道的第二開孔。
也可以選擇使蒸發室包括基本封閉的容積，它僅具有用於連接水溶液
的輸送管道的第一開孑L、用於連接排出氣體混合物的添加管道的第二開孑L、 和用於添加排氣的第三開孔。
使用基本封閉的蒸發室來蒸發水溶液的方法能夠以有利的方式實現一 種方法結構，其中能夠以相對微小的能耗實現相對較高的水溶液蒸發產出。 尤其這樣構成方法結構，使得通過基本封閉的蒸發室容積的壁體實現水溶 液的加熱和蒸發。按照本發明，使蒸發室不以水溶液充滿，而是僅僅配量 或噴入水溶液的水滴。在此尤其可以構成噴嘴，它噴射水溶液到蒸發室容 積裡面。通過基本封閉的蒸發室蒸發容積可以保證非常均勻地蒸發水溶液。
按照本發明方法的另一有利擴展結構，使蒸發室通過電阻加熱器加熱。
也可以選擇或附加地使用其它用於加熱蒸發室的機構。在此該機構尤 其可以是其它結構部件的廢熱或者附加的燃燒器，它通過燃料驅動並且它 加熱蒸發室。此外可以使用至少一個用於對蒸發室進行溫度控制的珀耳帖 元件。在此溫度控制尤其指加熱或冷卻。
按照本發明方法的另 一有利擴展結構，通過調節來對蒸發室進行溫度 控制。
尤其可以構成調節迴路，它通過至少一個熱元件確定蒸發室上或裡面 的溫度並且相應地進行調節。也可以構成其它溫度傳感器，由其數值可以 計算出蒸發室裡面的溫度。為此尤其可以採用針對相應的配置構成的數學 模型。除了單純調節蒸發室加熱以外，也可以選擇或附加地將其它元件安 裝到這個調節迴路裡面。在此尤其可以類似地調節下遊的水解催化器的溫 度。
按照本發明方法的另一有利擴展結構，使蒸發室加熱到350"C至450 C的平均溫度，優選加熱到約為370。C至3卯。C、尤其是約380。C。
這個溫度以有利的方式能夠蒸發90重量％或更多的水溶液、優選95重量％或更多、特別優選98重量％或更多的水溶液。
按照本發明方法的另 一有利擴展結構，使蒸發室加熱到 一平均溫度， 在蒸發室上沒有偏離大於+ 25。C或-25。C該平均溫度的位置。
這一點可以通過使蒸發室與相應的加熱導體均勻地連接實現。也可以 選擇，使蒸發室表面分布在多個不同的分別調節的加熱區裡面，由此能夠 非常精細地調節蒸發室溫度。蒸發室的溫度或平均溫度尤其指蒸發室外表 面或內表面上的溫度。按照本發明，能夠非常精確地調節蒸發室溫度，它 只允許最大+ / - 5 。C平均溫度的變化範圍，這使得能夠以有利的方式實現 一方法結構，其中還原劑、還原劑前體或在不期望的副反應中產生的產品 在蒸發室表面上澱積的可能性非常小。實驗已經令人驚奇地證實，與平均 溫度非常微小的偏差已經可能在蒸發室的個別部位中導致物質澱積。因此 非常精確地控制和調節溫度是有利的。
對於按照本發明的裝置公開的細節和優點能夠轉移和應用到按照本發 明的方法。對於按照本發明的方法公開的細節和優點能夠轉移和應用到按 照本發明的裝置。


下面藉助於附圖詳細解釋本發明，但是本發明不局限於所示的實施例。 附圖中
圖1以立體圖示出用於製備氣體混合物的裝置的第一實施例，
圖2以截面圖示出用於製備氣體混合物的裝置的第一實施例，
圖3示出用於使水溶液從儲罐輸送到添加管道的輸送管道，
圖4示出用於選擇性催化內燃機排氣中的氮氧化物的裝置的視圖，
圖5示意性示出蒸發單元的第二實施例，
圖6示出用於製備還原劑的裝置，
圖7以橫截面圖示意性示出蒸發單元的可選擇實施例，
圖8示出配量管道到排氣管中的入口的細節，
圖9以截面圖示出用於製備氣體混合物的裝置的實施例，圖IO示意性示出用於製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示出用於處理內燃機排氣的裝置的實施例， 圖14示出用於分離水滴的機構， 圖15至18示出蒸發單元的實施例，
圖19和20示出用於製備氣體混合物的裝置的另一實施例， 圖21示出用於處理排氣的裝置的另一實施例， 圖22示出添加單元到排氣管的入口部位的細節， 圖23和24示出作為催化器載體的蜂窩體的示例。
具體實施例方式
圖1示意性示出用於製備包括至少一種下列物質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。此外構成用於加熱添加管道2的機構4，通過它使添加管道2 加熱到高於水的淬點溫度的第一臨界溫度。該裝置l還包括在這裡未示出 的儲罐，它與添加管道2流體連接。即，尤其是在儲罐中存儲的流體如包 括至少一種還原劑前體的水溶液在運行中通過添加管道2可以流到分配孔 3。通過這個裝置1可以製備氣體混合物，它含有至少一種還原劑和/或至 少一種還原劑前體。
在所示實施例中，用於加熱添加管道2的機構4與添加管道一起螺旋 形地纏繞。由此通流添加管道2中的流體被加熱並最終蒸發。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。根據選擇用於加熱添 加管道2機構4的溫度，甚至可以在添加管道2中已經至少部分地熱解還 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含有還原劑如氨。
此外用於製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/或各個需要電接頭的部件優選包括用於實 現電接頭的電纜端頭。電纜端頭尤其指電纜連接部，它至少半米、優選至 少一米長。這一點允許在一些部位形成插頭接觸，這些部位尤其在汽車中 只會受到很小的環境影響如濺水、石塊衝擊或類似影響。
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 於加熱添加管道2的機構4。添加管道2可以具有恆定的橫截面，但是這 個橫截面在本實施例中也可以變化。但是在此添加管道2的通流橫截面優 選為0.75mm2至20mm2,優選通流橫截面位於約3mm2的範圍。這個通流 橫截面已經證實是有利的，因為一方面在這種橫截面中能夠快速且基本完 全蒸發水溶液，另一方面該橫截面大得足以基本避免在添加管道2內部形 成澱積。圖2還示出用於確定添加管道2溫度的傳感器5。
在此使用於加熱添加管道2的機構4這樣運行，在運行中使添加管道 2長度上的溫度最高位於平均溫度以上和以下5'C。平均溫度在此基本對應 於第一臨界溫度。添加管道2尤其由銅合金製成。
圖3示意性示出輸送管道6，通過它使添加管道2在運行中與在這裡 未示出的儲罐連接。輸送管道6具有用於控制溫度的機構7。用於控制溫 度的機構7在這個實施例中包括多個珀耳帖元件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。在此才艮據電 流的極性使珀耳帖元件8用於加熱或用於冷卻，由此通過它們可以對輸送 管道6進行基本的溫度控制。如果通過珀耳帖元件8冷卻輸送管道6，則 冷卻體9尤其用於輻射熱能。
通過連接單元11可以使輸送管道6與另一結構部件連接。根據裝置的 結構，這個結構部件或者是上述的添加管道2或者是蒸發單元12。添加管 道2可以是蒸發單元12的一部分。連接單元11通常至少部分地由具有小於10W/mK (瓦每米凱爾文)導熱性的材料構成。連接單元11尤其由陶 瓷材料和/或聚四氟乙烯(PTFE)構成。連接單元11尤其這樣構成，在連 接單元11的長度57上可以保持40K/mm (凱爾文每亳米)或更大的溫度 梯度。這一點允許一種方法結構，其中蒸發單元12和/或添加管道2具有 比輸送管道6明顯更高的溫度。例如蒸發單元可以具有300t!或更高、400 "C或更高或420。C或更高的溫度，並由此使水溶液在蒸發單元12內部基本 完全蒸發，而輸送管道6僅僅具有70'C或更高、80X:或更高、或90。C或更 高的溫度水平，以保證水溶液在輸送管道6裡面還不蒸發。
圖4示意性示出用於處理未示出的內燃機的排氣13的裝置15。內燃 機排氣13通流排氣管14。用於處理內燃機排氣13的裝置15包括還原劑 溶液蒸發器16、水解催化器17和SCR催化器18。在還原劑溶液蒸發器 16裡面蒸發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。 還原劑溶液蒸發器16在這個實施例中包括蒸發單元12,它包括通過用於 加熱添加管道2的機構4加熱的添加管道2。這個添加管道通過連接單元 11與輸送管道6連接。輸送管道6由用於對輸送管道6進行溫度控制的機 構7包圍，它們例如如上所示可以包括一個或多個珀耳帖元件8和/或冷卻 體9。通過輸送機構19可以使來自相應的儲罐20的至少一種還原劑前體 的水溶液輸送到輸送管道6裡面。在蒸發單元12裡面製備一種氣體，它包 括至少 一種還原劑前體如尿素，必要時也包括已經通過熱解尿素產生的氨。 這種氣體混合物導入到在還原劑溶液蒸發器16下遊構成的水解催化器17 裡面。這樣構成水解催化器17，通過相應地塗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 —般用於使還原劑前體水解成還原 劑。離開水解催化器17的含有還原劑並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裡面， 該配量孔位於SCR催化器18上遊。在位於配量孔22下遊和SCR催化器 18上遊的位置構成導板形式的混合機構23，該混合機構起到使還原劑混合 物與排氣13混合的作用。
因此在SCR催化器18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裡面還原。在此優選製備這樣的還原劑 混合物的量，4吏得可以在SCR催化器18裡面儘可能完全地轉換排氣13 中的氮氧化物。
圖5示意性示出蒸發單元12的另一實施例。這個附圖示出蒸發單元 12的截面圖。蒸發單元12包，蒸發室24,它包括基本封閉的容積。在這 個實施例中，蒸發室24僅僅具有用於連接在這裡未示出的用於輸送水溶液 的輸送管道6的第一開孔25,和用於連接在這裡未示出的用於排出氣體混 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作為用於 配量水溶液45到蒸發室24裡面的機構。通過這個噴嘴62使水溶液45配 量到蒸發室24裡面。蒸發單元12附加地具有用於加熱蒸發室24的機構。 這個機構在本實施例中通過相應的加熱導體27構成，它們與蒸發室24接 觸。如同在這裡所示的那樣，所述加熱導體27可以非對稱地構成，即在與 第一開孔25基本對置的部位中比在基本不與第一開孔25對置的部位中每 單位面積構成更大密度的加熱導體。在這裡所述(用於加熱的)機構還附 加地包括用於燃燒碳氫化物的機構63例如燃燒器。這種燃燒器也可以合適 地執行無火苗地燃燒碳氫化物。
蒸發室24優選由包括至少一種下列材料的原料構成a)銅；b)鋁； c)特種鋼；d)鎳基材料；和e)鉻鎳鋼。蒸發室24的容積優選為1.5至 10cm3。在此，優選蒸發室24至少局部由鋁形成。在運行中，優選通過高 達約每秒鐘一千瓦的加熱功率驅動加熱導體27,其中最大加熱功率根據使 用確定。最大加熱功率對於轎車優選約為500至700W/s,對於栽重車約為 1200至1500W/s。蒸發室24的熱容量優選小於120J/K,特別優選100至 110J/K。第一開孔25和第二開孔26優選形成30。至70。的角度。水溶液 45優選以高達150ml/min、優選以高達100ml/min、特別優選以高達 30ml/min (的輸送速度)輸送到蒸發室24。蒸發室24優選在第二開孔26 的區域中具有一機構，通過它可以避免水滴進入到第二開孔26裡面。在此 尤其涉及一機構，通過它可以刺破水滴與蒸發室24壁體之間的氣膜。尤其 是涉及壁體的凸起或類似結構。在這個部位可類似地形成結構28。蒸發室24還在內部具有一個或多個結構28，通過它們實現更大的用 於蒸發水溶液的表面。這些結構28在本實施例中相對較大的表示，但是在 此也可以是一個形成結構的表面，它例如可以通過塗敷相應的覆層到蒸發 室24內表面上實現。也可以選擇或附加地使這些結構28包括巨觀的結構， 它們具有幾毫米或者甚至更大的結構幅度。這些結構28 —般作為用於提高 蒸發室24表面潤溼性的機構。圖6示出蒸發室24連接在排氣管14上的第一實施例。在此蒸發室24 配有殼體29。這個殼體29優選由相應的隔熱部構成，它減少對周圍的熱 損失。用於加熱蒸發室24的機構27可以通過加熱導體接頭30與未示出的 電源連接。
通過第二開孔26使蒸發單元12與水解催化器17連接。水解催化器 17具有用於對水解催化器17進行溫度控制的機構31，它們在本實施例中 由相應的纏繞水解催化器17的加熱絲組成。圍繞水解催化器17構成相應 的殼體32，它尤其構成水解催化器17相對於環境的隔熱部，以儘可能減 小產生的熱損失。在本實施例中，水解催化器通過伸進排氣管而直接與排 氣管14連接。在排氣管14裡面構成相應的孔，在其中儘可能密封地插入 水解催化器17或其殼體32。通過相應的連接機構33可以儘可能密封地建 立水解催化器17與排氣管14之間的連接。作為被動的混合機構還構成導 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 流動的排氣混合。
在運行中，通過蒸發單元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。在蒸發單元12中產生的氣體混合物至少含有尿素，必 要時也含有已經通過熱解相應的尿素產生的氨。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 化器裡面產生包括氨的還原劑混合物35。尤其是優選一種方法結構，其中 98 %或更多的尿素最終轉換成氨。
圖7示意性示出圖5和6中的蒸發單元的可選擇擴展結構。與上述第 一實施例不同，這個實施例附加地具有第三開孔36。在運行中，通過這個
16第三開孔36連續地或脈動地使排氣導入到蒸發室24裡面。由此與第一實 施例相比可以在產生的氣體中實現更好的尿素分布。此外能夠使這種蒸發 單元12也用於蒸發固體尿素，因為通過由第三開孔36加入的內燃機排氣 可以使水加入到蒸發室24裡面，該水可以在以後在水解催化器17中用於 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的添加單元46 的一部分。在此配量管道21由加熱導體38包圍，該加熱導體也形成為圍 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點用於製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，用於加熱添加管道2的相應的機 構4纏繞添加管道或者與添加管道一起纏繞。添加管道2和用於加熱添加 管道2的機構4共同地在殼體29裡面構成。在添加管道2的巻繞體內部構 成第一溫度傳感器39。這個第一溫度傳感器39通過第一連接部件40與相 應的在這裡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，它催化尿素水解成 氨。水解催化器17由用於對水解催化器進行溫度控制的機構31包圍，它 們包括相應構成的加熱絲。這種用於對水解催化器17進行溫度控制的機構 31可以通it^目應的第一加熱導體接頭41與相應的電源導電連接。這相應 地也適用於用於加熱添加管道2的機構4，它們通過相應的第二加熱導體 接頭42與相應的電源連接。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內部或其上的溫度。
在運行中，尿素水溶液45輸送到添加管道2裡面。通過用於加熱添加 管道2的機構4實現添加管道2的加熱，並由此蒸發這種尿素水溶液，並 且可能根據溫度至少部分地將所含的尿素熱解成氨。通過分配孔3使相應 的氣體混合物給到水解催化器17裡面，在其中使包括的尿素水解、優選基 本完全水解成氨。相應的還原劑混合物35離開水解催化器17，該還原劑 混合物導入到內燃機排氣系統的排氣管14裡面。在此優選一種方法結構，其中通過傳感器39、 43監控蒸發單元12和/或水解催化器17的溫度並且 通it^目應的機構4、 31對兩個結構部件12、 17進行加熱。
圖10示意性示出用於製備包括至少一種還原劑的氣體混合物35的裝 置l。這個裝置包括串聯的輸送管道6，通過它使水溶液從未示出的儲罐輸 送到蒸發單元12。水解催化器17連接到蒸發單元12上並且在水解催化器 上連接用於添加相應的混合物到未示出的排氣管的配量管道21或用於添 加還原劑混合物到排氣管14的添加單元46。蒸發單元12具有第三溫度傳 感器47。通過這個第三溫度傳感器47可以測量輸送管道6裡面的溫度。 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裡面的溫度。蒸發單元12具有用於加熱添加管道2的機構4和/或用 於加熱蒸發室24的機構27。水解催化器17可以選擇性地、替代機構4、 27和/或附加於機構4、 27,具有用於對水解催化器17進行溫度控制的機 構31。可選地，使輸送管道6選擇性地和/或附加地具有溫度控制機構49， 通過它可以控制輸送管道6的溫度。尤其是在這裡能夠有利地且按照本發 明實現一個或多個珀耳帖元件。配量管道21和/或添加單元46具有添加溫 度控制機構50，通過它可以對配量管道21和/或添加單元46進行溫度控制。 在這裡也有利地^f吏用至少一個珀耳帖元件。
所有形成的溫度控制機構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。通過這個控制單元51在調節迴路 中實現溫度調節，調節迴路包括至少一個用於控制溫度的機構4、 27、 31、 49、 50和至少一個溫度傳感器39、 43、 47、 48。優選使溫度傳感器39、 43、 47、 48的數量多於用於對結構部件6、 2、 24、 17、 21、 46進行溫度 控制的機構4、 27、 31、 49、 50的數量。控制單元51優選與內燃機的控制 器連接或者集成到控制器裡面。在控制蒸發單元12的蒸發和/或輸送時， 有利地可以考慮內燃機控制器的數據和內燃機的運行參數。
圖11示意性示出用於製備氣體混合物的裝置的局部。在排氣管14裡 面在SCR催化器18上遊構成具有用於流體通流的通道的蜂窩體52,它是相應的混合機構53的一部分。這樣構成蜂窩體52，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。在此主通流方向54通過圖11中 相應的箭頭表示。在本實施例中蜂窩體52錐形地構成。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 這個缺口 55裡面，在運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，具有用於添加還原劑混合物到 排氣管14裡面的配量管道21。在此配量管道21以彎曲的狀態穿過排氣管 14的壁體。配量管道21在伸進排氣管14的部位裡面具有小孔56。在此不 必一定使配量管道21彎曲或拐彎地進入到排氣管14裡面，配量管道21 也可以正好垂直或直線地進入排氣管14裡面。附加地在這裡構成導板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示意性示出用於處理未示出的內燃機排氣的裝置1的擴展結構。 在第一排氣段58裡面構成蒸發單元12和水解催化器17。通過用於流體引 導的機構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下遊，在第二排氣段59中構成SCR催化器18。
優選使蒸發單元12具有用於分離水滴的機構64，它們例如可以在添 加管道2內部或者在蒸發室24的第二開孔46的裡面或下遊構成。圖14 示出這種用於分離水滴的機構64的實施例。這個機構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 施例中使它們通過慣性作用分離。在機構64中構成一個或多個碰撞板66， 它們強制流體偏轉67。加熱碰撞板66和/或機構64的殼體68，由此同樣 蒸發分離的水滴。代替在這裡所示的用於分離水滴的機構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、偏轉部或類似結構。
圖15示意性示出蒸發單元12的另一實施例，其中添加管道2可以通 過用於加熱添加管道2的機構4加熱。用於加熱添加管道2的機構4在這 裡包括杆狀的加熱部件69,它通過電接頭70與電源連接。在添加管道2 中構成用於分離水滴的機構64，它通過與杆狀加熱部件69接觸而加熱。圖16示意性示出蒸發單元12的另一實施例，其中添加管道2以迴環 的形式兩次纏繞杆狀加熱部件69。
圖17和18示出蒸發單元12的實施例，其中添加管道2不纏繞杆狀加 熱部件69的縱軸線，而是以迴環固定在杆狀加熱部件69上。原則上優選 在添加管道2與杆狀加熱部件69之間進行材料結合的連接，尤其是硬釺焊 連接("brazed connection")。
圖19和20示意性示出用於製備包括至少一種下列物質的氣體混合物 的裝置l的另一實施例a)還原劑，優選氨，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包括至少一個添加管 道2,在本實施例中為四個添加管道2,它們螺旋形地纏繞杆狀加熱部件 69。每個添加管道2分別具有一個分配孔3，通過它在運行中分配包括還 原劑的氣體混合物。分配孔3這樣分布，它們在一個圓上基本均勻地分布。 添加管道2與在這裡未示出的儲罐20連接，從儲罐通過輸送機構19將至 少一種還原劑前體的水溶液45輸送到添加管道2裡面。添加管道2和加熱 部件69是相應的還原劑溶液蒸發器16的一部分。
在分配孔3下遊構成水解催化器17,它同樣可以由杆狀加熱部件69 加熱。在有利的改進方案中只構成一個杆狀加熱部件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在本實施例中由環形蜂 窩體構成。在水解催化器17下遊連接配量管道21,通過它在運行中可以 使包括至少一種還原劑的氣流輸送到排氣管14裡面。通過連接機構71可 以建立到排氣管14的機械連接。此外構成隔熱部72，通過它使水解催化 器H與排氣管14在熱上脫離聯接。此外構成隔熱板73，通過它使水解催 化器17免受熱輻射。此外在外部殼體75與內部殼體76之間構成氣隙隔熱 部74，它同樣用於隔熱。
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繞杆狀加 熱部件69。
圖21示意性示出用於處理排氣13的裝置15的另一實施例。與圖4 的實施例不同，在輸送管道6中構成閥門77，它用於使水溶液45配量到蒸發單元12裡面。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/或添加單元在這裡具有隔板80，它在運行中在入口部位79中實現排 氣流的死區或靜止區並且伴隨具有低壓的部位，並因此確保沒有排氣擠入 添加單元46裡面。添加單元46還具有溫度傳感器81,它包括環形構成的 熱電阻。如果在這個部位形成澱積，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澱積的作用。
圖23示意性示出蜂窩體82的橫截面，它不僅可以用於水解催化器17 而且可以用於SCR催化器18,其中在此必需塗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構成，它們在這個實施例 中層疊成三個堆疊並且相互巻繞。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形成用於通流排氣13的通道86。
圖24示出蜂窩體87的另一示例，它環形地構成並且不僅用於水解催 化器17而且用於SCR催化器18，其中在此必需塗敷其它催化活性的覆層。 蜂窩體87由層88構成，它們具有平整的區段89和波形的區段卯，這些 區段相互摺疊並且形成用於通流排氣13的通道86。蜂窩體87通過外部的 殼體管91和內部的殼體管92封閉。
尤其在通過^L構4、 69加熱的添加管道2中，原則上有利的是，除了 單側加熱以外也可以在另一側加熱。因此可以構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，在運行中使圓周上(各個位置)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在外圓周內側上安置形成結構的金屬層的 殼體管，它優選徑向在其內部具有至少為殼體管整個橫截面的至少20%的 自由通流的橫截面。這個實施例優選從外面加熱。
原則上，在開始在SCR催化器18上遊提供還原劑之前，優選進行下列方法
-首先，檢驗用於當前溫度控制和/或加熱機構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，然後將蒸發單元12和必要時 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400 。C至450。C和/或使蒸發室24加熱到約250。C至350。C。並聯地使水溶液45 一直輸送到蒸發單元24、尤其是連接單元ll,其中一方面可以輸送基本上 對應於輸送管道6容積的水溶液45體積，另一方面，例如以導熱性測量為 基礎，在相應的位置上、例如在連接單元ll上、裡面或與其相鄰地構成相 應的傳感器；
-然後，確定、尤其是測量和/或由發動機控制器的數據計算SCR催 化器18或排氣管14的溫度。
如果SCR催化器18的溫度高於給定的極P艮值、尤其是高於SCR催化 器18的起始溫度("light off溫度)，則向蒸發單元12供應水溶液45。 如果蒸發單元12、添加管道2和/或蒸發室24還基本處於其運行溫度，則 可以省略上述的診斷步驟。
在運行中，加入到蒸發單元12裡面的熱功率與水溶液45的輸送量對 應。這尤其意味著，對於各輸送量的蒸發，檢驗需要多少理論加熱功率。 如果測得的一個時間間隔的實際加熱功率低於理論加熱功率，則對使用者 給出警示，因為可能出現添加管道2和/或配量管道21橫截面的減小。
此外有利的是，在規則的、給定的時間間隔中使蒸發單元12、添加管 道2、蒸發室24、水解催化器17、配量管道21和/或添加單元46加熱到位 於正常運行溫度以上的溫度，以由此溶解可能存在的澱積。
在結束蒸發時、例如在內燃機停機時，可以使水溶液45從添加管道2 回輸。優選在從添加管道2回輸前首先中止水溶液45的輸送，但是還使蒸 發單元12、添加管道2和/或蒸發室24加熱到通常的溫度，以由此執行完 全蒸發，並由此防止在回輸時蒸發單元12、添加管道2和/或蒸發室24中 可能存在的汙物進入到輸送管道6裡面。在一定的時間過後，可以通過輸送機構19開始回輸。以有利的方式在連接單元11中或與其相鄰地構成閥 門，通過該閥門可以在回輸時抽吸空氣。原則上一直回輸到輸送管道6基 本排空到儲罐20裡面。
在要被輸送的水溶液45的輸送量劇烈變化時，例如這可能源於內燃機 排氣中的氮氧化物濃度劇烈增加，可能產生蒸發單元12不能突然蒸發明顯 更大量水溶液45的情況，因為不能這樣快速地實現相應增加地加熱。在這 種情況下，優選只這樣提高水溶液45的輸送量，使得正好還能夠實現完全 蒸發。
要分配的還原劑量和因此也要蒸發的水溶液45量可以根據例如至少 一個下列條件確定
a) 排氣中的氮氧化物濃度；
b ) 預測的優選在排氣通過SCR催化器18時出現的氮氧化物； c) SCR催化器18正好可以轉換的最大的還原劑量。 儲罐20、輸送管道6、蒸發單元12、添加管道2、蒸發室24和/或水 解催化器17可以例如形成為與內燃機油箱熱接觸。為了防凍，這個油箱通 常具有加熱器，該加熱器也可以為上述結構部件提供防凍。
此外描述了一種用於處理內燃機排氣的裝置15。這個裝置包括至少一 個還原劑溶液蒸發器16、與還原劑溶液蒸發器16連接的用於水解尤其尿 素成氨的水解催化器17、和用於選擇性催化還原氮氧化物(NOx)的SCR 催化器18。還原劑溶液蒸發器16包括用於製備包括至少一種下列物質的 氣體混合物的蒸發單元12:
a) 至少一種還原劑，和
b) 至少一種還原劑前體。
通過蒸發單元12可以蒸發包括至少 一種還原劑前體的水溶液45。 SCR 催化器18在排氣管14中構成，其中還原劑溶液蒸發器16和水解催化器 17在排氣管14外部並與排氣管連接地構成。
這個裝置15可以以有利的方式改進，其中，使用於連接蒸發單元12 的輸送管道6與溶液45的儲罐20連接。在此輸送管道6和蒸發單元12通過連接單元11相互連接。這個連接單元11至少部分地由小於10W/mK (瓦每米凱爾文)、優選小於2W/mK、特別優選小於l W/mK、尤其是 0.2W/mK的導熱性的材料製成。此外有利的是，使連接單元ll由至少一 種材料構成，它由至少一種下列材料構成
a) 陶瓷材料，和
b) 聚四氟乙烯(PTFE)。
此外有利的是，這樣構成連接單元11,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。此外使水解催化 器17具有最高60J/K (焦耳每凱爾文)的熱容量。水解催化器17的容積 為100ml或更小。
優選使水解催化器包括殼體管，其中在確定上述熱容量時不考慮殼體
管。在殼體管中優選構成至少一個至少部分形成結構的金屬層。優選在內 部部位具有其中不形成至少部分形成結構的層的一自由部位，它至少包括
殼體管橫截面面積的20 %或甚至50 % 。
水解催化器17以有利的方式具有600cpsi ( cells per squardnch)或更 小、優選400cpsi或更小、特別優選300、 200或100cpsi或更小的單元密 度。優選使水解催化器17機械地與排氣管14連接。優選使水解催化器17 與排氣管14在熱上脫離聯接。
按照這個裝置15的另一有利擴展結構，構成至少一個杆狀加熱部件 69，通過它可以加熱至少一個下列結構部件
a) 水解催化器17，和
b) 蒸發室24的至少一部分。
此外有利的是，可以對至少 一個下列結構部件進行溫度控制 a) 輸送管道6的至少一部分； b )水解催化器17;
c) 蒸發單元12的至少一部分；
d) 用於添加產生的氨到排氣系統的配量管道21;和
e) 添加單元46，通過它使水解催化器17與排氣管14連接。此外有利的是，構成用於溫度控制的機構4、 7、 27、 31、 49、 50，它 們包括至少一個下列結構部件 a) 力口熱絲；
a) 珀耳帖元件8;
b) 冷卻體9;
c) 杆狀的力p熱元件69;和 b)用於燃料燃燒的機構63。
此外有利的是，至少一個下列結構部件具有催化尿素水解的覆層
a) 連接單元ll的至少一部分；
b) 用於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) 蒸發單元12的至少一部分；
d) 用於添加產生的還原劑到排氣系統的配量管道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。
此外有利的是，構成添加單元46，通過它使水解催化器17與內燃機 排氣管14流體連接。尤其是添加單元46包括被動的混合機構，通過它可 以使加入的物質與排氣混合。優選使混合機構包括至少 一個下列結構部件
a) 擋板34，和
b) 蜂窩體52，該蜂窩體這樣構成，使排氣13至少部分地以相對於 排氣主通流方向45的角度通流蜂窩體。
以有利的方式使蜂窩體52具有用於流體通流的通道和斷口 ，它們使相 鄰的通道相互連接。
在這個裝置15的改進方案中，這樣構成至少一個下列結構部件
a) 添力口單元46,和
b) 排氣管14，
使得在運行中添加單元46到排氣管14的入口部位形成流體技術的靜止區或死區。
按照這個裝置15的另一有利擴展結構，在水解催化器17下遊構成隔 熱部72。這個隔熱部72優選設計成直接連接在水解催化器17上。
按照這個裝置15的另一有利擴展結構，至少一個下列結構部件包括至 少一個溫度傳感器
a ) 添力口單元46;
b ) 水解催化器17;
c) SCR催化器18;
d) 蒸發單元12;
e) 添加管道2;
f) 蒸發室24;和
g) 用於添加產生的還原劑到排氣管14的配量管道21。 優選使這個溫度傳感器與電源連接，由此它也可以用於加熱相應的結
構部件a)至g)。
按照這個裝置15的另一有利擴展結構，構成輸送機構19,通過它使 水溶液45從儲罐輸送到蒸發單元24。優選使輸送機構19包括至少一個優 選為配量泵的泵。按照一個有利的擴展結構，使泵可以建立一輸送壓力， 它高於在內燃機運行中在添加單元46和/或配量管道21上最高可能的排氣 壓力。按照這個裝置15的另一有利擴展結構，在輸送機構19與蒸發單元 12之間構成至少一個用於配量水溶液45的閥門。
此外在這裡要描述一種用於處理內燃機排氣的有利方法。該方法包括
至少一個下列步驟
a)製備至少一種下列物質 al)還原劑，和
a2)包括至少一種還原劑前體的氣體混合物； 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加載SCR催化器18,以至少部分選 擇性催化還原包括在排氣中的氮氧化物(NOx)。在步驟b)後實現還原劑混合物35與至少部分排氣14的混合。 有利地可以使這個方法由此得到改進，在步驟a)中在蒸發單元12中
實現包括至少一種還原劑前體的水溶液45的蒸發。此外優選使步驟b )至
少部分地在水解催化器17中實現。
按照這種方法的一個有利擴展結構，調節至少一個下列結構部件的溫
度
a) 蒸發單元12的至少一部分； b ) 水解催化器17;
c ) 用於輸送水溶液45到蒸發單元12的輸送管道6; d ) 用於添加氣體混合物到水解催化器17的添加管道2;
e) 用於添加產生的還原劑到排氣系統的配量管道21;和
f) 添加單元46，通過它使水解催化器17與內燃機排氣管14流體連接。
在此在SCR催化器18上遊構成所述連接。此外有利的是，對至少一 個下列結構部件進行溫度控制
a) 蒸發單元12的至少一部分；
b) 水解催化器17;
c) 用於輸送水溶液45到蒸發單元12的輸送管道6;
d )用於添加氣體混合物到水解催化器17的添加管道2; e)用於添加產生的還原劑到排氣系統的配量管道21;和 f )添加單元46,通過它使水解催化器17與內燃機排氣管14流體連接。 這種方法的另 一擴展結構包括，通過輸送管道6輸送水溶液45到還原 劑溶液蒸發器16。在此有利的是，通過輸送管道6可以回輸水溶液45。按 照這種方法的另 一有利擴展結構，在一秒內蒸發高達2.5ml的水溶液45。 按照這種方法的另一有利擴展結構，在開始溫度控制措施之前確定至
少一個下列結構部件上的溫度 a ) 水解催化器17;
b ) 蒸發單元12;c) 用於添加產生的還原劑到排氣管14的配量管道21;和
d ) 添加單元46，通過它使水解催化器17與內燃機排氣管14流體連
接，
並且將該結構部件與另一結構部件的其它溫度進行比較。按照這種方法的 另 一有利擴展結構，僅在通過溫度比較得出確定的溫度與其它結構部件的 溫度最多偏離給定的差值時，才蒸發水溶液45。
按照另 一有利的方面，建議用於製備包括至少 一種下列物質的氣體混 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，裝置1包括用於包括至少一種還原劑前體的水溶液45的儲罐20。 從儲罐20將水溶液45通過輸送機構19輸送到至少一個具有分配孔3的添 加管道2。有利地構成用於加熱添加管道2的機構4，通過它可以使至少一 個添加管道2加熱到超過水的沸點溫度的臨界溫度以上。優選使這個溫度 為350'C或更高、優選400'C或更高、尤其是410。C至430'C。這個裝置1 的有利改進方案規定，使輸送機構19包括至少一個泵。該泵優選是配量泵。 按照這個裝置的另 一有利改進方案，在輸送機構19與添加管道2之間構成 用於配量水溶液45量的閥門。此外用於加熱的機構4包括至少一個下列部 件
a) 電阻加熱器；
b) 用於利用至少另 一結構部件廢熱的熱傳遞機構；
c) 至少一個珀耳帖元件；和
d) 用於燃料燃燒的機構。
這個裝置的另一有利改進方案的特徵在於，這樣構成裝置1,使得在 運行中溫度在添加管道2的長度上最高位於平均溫度以上和以下25°C。
這個裝置的另一有利擴展結構的特徵在於，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 料的材料構成a) 銅5
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 別優選基本0.5m。添加管道2優選具有0.1至0.5mm的壁厚。添加管道2 優選具有至少150J/K (焦耳每凱爾文)的熱容量。
按照這個裝置1的有利擴展結構，添加管道2和用於加熱添加管道2 的機構4至少在至少局部部位中具有至少一個下列的相互布置
a) 添加管道2和用於加熱添加管道的機構4至少在局部部位中相互 同軸地構成；
b ) 添加管道2和用於加熱添加管道的機構4至少在局部部位中相互 共中心地構成；
c) 添加管道2和用於加熱添加管道的機構4至少在局部部位中並排 地構設置；
d ) 添加管道2至少在局部部位中圍繞用於加熱添加管道2的機構4 環繞地構成；
e) 用於加熱添加管道2的機構4至少在局部部位中是杆狀加熱部件 69，添加管道2圍繞杆狀加熱部件69環繞地構成；和
f) 添加管道2形成杆狀加熱部件69中的通道。
按照裝置1的另一有利擴展結構，使添加管道2和用於加熱添加管道 2的機構4至少在局部部位中材料結合地相互連接。材料結合的連接尤其 是釺焊和/或焊接連接。
按照裝置1的另一有利擴展結構，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。優選使裝置1包括至少一個用於確定添 加管道2溫度的傳感器5。優選使這個傳感器與電源5連接，以由此例如 在緊急程序範圍內使添加管道2加熱到超過臨界溫度。此外描述一種用於製備包括至少 一種下列物質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從儲罐20輸送到添加管道2 裡面。在此這樣加熱添加管道2，使水溶液45完全蒸發成氣體混合物。在 此，完全尤其是指蒸發90重量％和或更多的水溶液、優選95重量％或更 多、特別優選98重量％的水溶液。這個方法的一個有利改進方案針對包括 在至少一個下列組分裡面
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裡面的溫度位於380。C至450。C之間的平 均溫度。優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 'C,優選為380。C至450。C的平均溫度。
按照這個方法的另一有利擴展結構，在加熱時使用以高達500W/s變 化的加熱功率。優選將0.5ml/s的水溶液45量輸送到添加管道2裡面。此 外優選添加管道2具有最大20mn^的通流橫截面。優選使添加管道2加熱 到第二溫度，該第二溫度高於水溶液45完全蒸發的臨界溫度，以溶解可能 存在的澱積。
按照這個方法的另一有利擴展結構，在開始蒸發前確定添加管道2的 溫度並且與另一已知的溫度進行比較。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。
按照這個方法的另一有利擴展結構，通過電阻加熱實現對添加管道2 的加熱，其中在開始加熱前確定這個電阻加熱器的電阻並且根據獲得的電 阻加熱添加管道。這個方法的另一有利擴展結構是，監控加熱添加管道2時引入的加熱功率。按照這個方法的另一擴展結構，如果加熱功率在給定 的時間間隔上保持在與要被蒸發的水溶液量有關的數值以下，則中斷加熱。 按照本發明的裝置1和按照本發明的方法能夠以有利的方式製備用於
選擇性催化還原內燃機排氣中的氮氧化物的還原劑。將蒸發單元12設計為 蒸發室24和將水解催化器17設置在排氣系統外部的優選結構能夠以有利 的方式實現小尺寸的水解催化器17，並由此實現緊湊的結構形式。
附圖標記列表
1用於製備氣體混合物的裝置
2添加管道
3分配孔
4用於加熱添加管道的機構
5傳感器
6輸送管道
7用於控制溫度的機構
8珀耳帖元件
9冷卻體
10電接頭
11連接單元
12蒸發單元
13排氣
14排氣管
15用於處理內燃機排氣的裝置
16還原劑溶液蒸發器
17水解催化器
18SCR催化器
19輸送機構
20儲罐21 配量管
22 配量孔
23 混合機構
24 蒸發室
25 第一孔
26 第二孔
27 用於加熱蒸發室的;f幾構
28 結構
29 蒸發單元的殼體
30 加熱導體接頭
31 用於對水解催化器進行溫度控制的機構
32 水解催化器的殼體
33 連接才幾構
34 導板
35 還原劑混合物
36 第三孔
37 導向結構
38 加熱導體
39 第一溫度傳感器
40 連接部件
41 第一加熱導體接頭
42 第二加熱導體接頭
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
50 添加溫度控制機構
51 控制單元
52 蜂窩體
53 混合機構
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 用於流體引導的機構
61 入口
62 噴嘴
63 用於燃燒碳氫化合物的機構
64 用於分離液滴的^L構
65 管道
66 碰撞板
67 偏轉
68 殼體
69 杆狀加熱部件
70 電接頭
71 連接機構
72 隔熱部
73 隔熱板
74 氣隙隔熱部
75 外部殼體
76 內部殼體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 環形蜂窩體
88 層
89 平整部位 卯波形部位
91 外部的殼體管
92 內部的殼體管
權利要求
1. 一種用於製備包括至少一種下列物質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，在該裝置中，構成用於包括至少一種還原劑前體的水溶液(45)的儲罐(20)，該儲罐與蒸發室(24)流體連接，並構成用於配量水溶液(45)到蒸發室(24)的機構，其中構成用於加熱蒸發室(24)的機構(27，63)，通過該機構可以使蒸發室(24)加熱到高於或等於使水溶液(45)至少部分地蒸發的臨界溫度的溫度。
2. 如權利要求l所述的裝置，其特徵在於，蒸發室(24)包括基本 封閉的容積，它僅僅具有用於連接水溶液(45)的輸送管道(6)的第一開 孔(25)和用於連接排出氣體混合物的添加管道(2)的第二開孔(26)。
3. 如權利要求l所述的裝置，其特徵在於，蒸發室(24)包括基本 封閉的容積，它僅僅具有用於連接水溶液(45)的輸送管道(6)的第一開 孔(25)、用於連接排出氣體混合物的添加管道(2)的第二開孔(26)、 和用於添加排氣(14)的第三開孔(36)。
4. 如上述權利要求中任一項所述的裝置，其特徵在於，用於加熱蒸 發室(24)的機構(27, 63)包括至少一個下列結構部件a)電阻加熱器(27);和b )用於燃燒燃料的機構(63 )。
5. 如上述權利要求中任一項所述的裝置，其特徵在於，裝置(l) 設計成使得，在運行中，蒸發室(24)的溫度最高位於平均溫度以上和以 下25攝氏度。
6. 如上述權利要求中任一項所述的裝置，其特徵在於，蒸發室(24 ) 至少在局部部位中具有用於提高表面潤溼性的機構(28)。
7. —種用於製備包括至少 一種下列物質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，其中使至少一種還原劑前體的水溶液(45)輸送到蒸發室(24)，其 特徵在於，這樣加熱蒸發室(24)，使水溶液(45)完全蒸發成氣體混合 物。
8. 如權利要求7所述的方法，其特徵在於，使水溶液(45)以水滴 形式輸送到蒸發室(24)裡面。
9. 如權利要求8或9所述的方法，其特徵在於，使蒸發室(24)包 括基本封閉的容積，它僅僅具有用於連接水溶液(45 )的輸送管道(6 )的 第一開孔(25 )和用於連接排出氣體混合物的添加管道(2 )的第二開孔(26 )。
10. 如權利要求8或9所述的方法，其特徵在於，使蒸發室(24)包 括基本封閉的容積，它僅僅具有用於連接水溶液(45 )的輸送管道(6 )的 第一開孔(25 )、用於連接排出氣體混合物的添加管道(2 )的第二開孔(26 )、 和用於添加排氣(14)的第三開孔(36)。
11. 如權利要求8至10中任一項所述的方法，其特徵在於，使蒸發 室(24)通過電阻加熱器(27)加熱。
12. 如權利要求8至11中任一項所述的方法，其特徵在於，使蒸發 室(24)加熱到350。C至450。C的平均溫度。
13. 如權利要求8至12中任一項所述的方法，其特徵在於，使蒸發 室(24)加熱到一平均溫度，在蒸發室(24)上沒有偏離該平均溫度高於 + 25C或-25°C的溫度的位置。
全文摘要
本發明涉及用於製備包括至少一種下列物質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，其中構成用於包括至少一種還原劑前體的水溶液(45)的儲罐(20)，它與蒸發室(24)流體連接，並構成用於配量水溶液(45)到蒸發室(24)的機構，其中構成用於加熱蒸發室(24)的機構(27，63)，通過它們可以使蒸發室(24)加熱到高於或等於使水溶液(45)至少部分地蒸發的臨界溫度。按照本發明的裝置(1)和按照本發明的方法能夠以有利的方式製備用於在內燃機排氣中選擇性催化還原氮氧化物的還原劑。將蒸發單元(12)設計為蒸發室(24)和將水解催化器(17)設置在排氣系統外部的優選結構能夠以有利的方式實現小尺寸的水解催化器(17)，並由此實現緊湊的結構形式。
文檔編號F01N3/20GK101443096SQ200780017581
公開日2009年5月27日 申請日期2007年5月16日 優先權日2006年5月16日
發明者M·布魯格爾, P·希爾特, R·布呂科, T·黑裡希, U·克列寧 申請人:排放技術有限公司