(57)【要約】【課題】排気ガス浄化システムを提供すること。【解決手段】排気ガスのＮＯＸを含む流れが、排気ガス源２から触媒コンバータ１３へその中で移送される閉じた通路１４を備え、計量要素７が、排気ガス流れの中への液体反応媒体の排出のために触媒コンバータ１３の上流に設けられている、ＮＯＸを含む排気ガスのための排気ガス浄化システム。気化器１１が、液体反応媒体がその上に付加される、排気ガスの流れの中に配置された表面１５、１６を有する計量要素７の下流に配置され、その表面１５、１６で、液体反応媒体が、蒸発された反応媒体が触媒コンバータと出会う前に気化される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガスのＮＯＸを含む流れを、排気ガス源（２）から触媒コンバータ（１３）へ移送する閉じた通路（１４）を備え、計量要素（７）が、排気ガスの流れの中への液体反応媒体の導入のために触媒コンバータ（１３）の上流に設けられている、ＮＯＸを含む排気ガスのための排気ガス浄化システムであって、気化器（１１）が、前記液体反応媒体がその上に付加される、排気ガスの前記流れの中に配置された表面（１５、１６）を有する前記計量要素（７）の下流に配置され、その表面（１５、１６）上で、前記液体反応媒体が、前記蒸発された反応媒体が前記触媒コンバータ（１３）と出会う前に気化されることを特徴とするシステム。
【請求項２】
前記気化器が、膜気化器として形成されている、請求項１に記載の排気ガス浄化システム。
【請求項３】
粒子フィルタ（３）が、前記排気ガス源（２）と前記計量要素（７）の間に配置されている、請求項１又は２に記載の排気ガス浄化システム。
【請求項４】
混合器（１２）が、前記膜気化器（１１）の下流に配置されている、請求項１から３までのいずれか一項に記載の排気ガス浄化システム。
【請求項５】
前記混合器（１２）が、静的混合器要素を備える、請求項４に記載の排気ガス浄化システム。
【請求項６】
前記気化器（１１）が、混合器と同時に形成される、請求項１から５までのいずれか一項に記載の排気ガス浄化システム。
【請求項７】
前記気化器（１１）及び／又は前記混合器（１２）が、交差したチャネル構造を有する、請求項１から６までのいずれか一項に記載の排気ガス浄化システム。
【請求項８】
前記気化器（１１）の前記表面（１５、１６）が、熱的に良好な伝導性材料を備える、請求項１から７までのいずれか一項に記載の排気ガス浄化システム。
【請求項９】
前記熱的に良好な伝導性材料が、必要に応じて合金要素を含む鋼、別の金属材料、銅合金又は高い熱伝導性のセラミックを含む、請求項８に記載の排気ガス浄化システム。
【請求項１０】
前記気化器の前記表面が、複数のガイド要素（１５、１６）を備え、前記ガイド要素が、排気ガスの流れの方向の主流方向に沿ってほぼ配置されている、請求項１から９までのいずれか一項に記載の排気ガス浄化システム。
【請求項１１】
前記ガイド要素（１５、１６）の少なくとも一部分が、鋲付けされている、請求項１０に記載の排気ガス浄化システム。
【請求項１２】
前記ガイド要素（１５）が、前記通路の中央位置に配置されたガイド要素（１６）の周りに星の形態で配列されている、請求項１０又は１１に記載の排気ガス浄化システム。
【請求項１３】
前記表面の少なくとも一部分が、触媒的に活性である、請求項１から１２までのいずれか一項に記載の排気ガス浄化システム。
【請求項１４】
前記触媒的に活性である表面が、加水分解に対して触媒的に活性である表面を備える、請求項１３に記載の排気ガス浄化システム。
【請求項１５】
１つ又は複数の計量要素（７）が、前記通路（１４）内へ突き出している、請求項１から１４までのいずれか一項に記載の排気ガス浄化システム。
【請求項１６】
前記計量要素（７）が、液体反応媒体の排気ガスの前記流れへの前記導入のための供給ライン（５）、及び前記気化器の前記表面上への前記液体反応媒体の分散のための分散要素（１９）を備える、請求項１から１５までのいずれか一項に記載の排気ガス浄化システム。
【請求項１７】
前記分散要素（１９）が、排出開口（２７）又はノズル（３０）を備える毛細管（２５）として形成されている、請求項１６に記載の排気ガス浄化システム。
【請求項１８】
曲線（２６）が、前記排出開口（２７）の領域内に設けられている、請求項１７に記載の排気ガス浄化システム。
【請求項１９】
前記供給ライン（５）が、複数のディストリビュータ要素（１９）に供給する、請求項１６から１８までのいずれか一項に記載の排気ガス浄化システム。
【請求項２０】
前記計量要素が、前記液体反応媒体の早すぎる気化を防止するための手段を備える、請求項１６から１９までのいずれか一項に記載の排気ガス浄化システム。
【請求項２１】
前記手段が、排気ガスの前記流れに対する熱絶縁体として形成されている、請求項２０に記載の排気ガス浄化システム。
【請求項２２】
前記手段が、前記液体反応媒体の前記冷却のための熱電ペルチェ冷却素子として形成されている、請求項２０に記載の排気ガス浄化システム。
【請求項２３】
前記計量要素（１７）が、通路（１８）として形成され、冷媒の供給のための冷媒ライン（９）、及び前記冷媒の除去のための冷媒ライン（１０）を含む、冷却ジャケット（１７）によって包囲されている、請求項１６から２２までのいずれか一項に記載の排気ガス浄化システム。
【請求項２４】
前記通路（１８）が、前記ディストリビュータ要素（１９）が配置されている円筒管として形成され、それによって冷却液体が、すべての側面上で前記分散要素（１９）の周囲を流れることができる請求項２３に記載の排気ガス浄化システム。
【請求項２５】
前記通路（１８）が、Ｕ字型である、請求項２３又は２４の一項に記載の排気ガス浄化システム。
【請求項２６】
前記通路（１８）が、隔壁ｌ（２８）を有する、請求項２３から２５までのいずれか一項に記載の排気ガス浄化システム。
【請求項２７】
前記通路（１８）が、互いの中に同心状に延びている２つのチューブ（２１、２５）によって画定されている、請求項２３から２６までのいずれか一項に記載の排気ガス浄化システム。
【請求項２８】
前記液体反応媒体が、尿素水溶液を含む、請求項１から２７までのいずれか一項に記載の排気ガス浄化システム。
【請求項２９】
自動車においての、請求項１から２８までのいずれか一項に記載の前記排気ガス浄化システムの使用。
【請求項３０】
排気ガス源（２）から通路（１４）内へのＮＯＸを含む排気ガスの流れを導入する段階、液体反応媒体を排気ガスの前記流れに導入する段階、気化器（１１）の表面（１、１６）上で前記液体反応媒体を気化する段階、及び触媒コンバータ内で気化された反応媒体をＮＯＸと反応させる段階を含む、ＮＯＸを含む排気ガスの浄化のための方法。
【請求項３１】
充填された排気ガスの前記流れを、気化された反応媒体と混合する段階が、混合器内で行われる請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
ＮＯＸが、酸素の存在中Ｎ２との気体混合物内に含まれるアンモニアによって、触媒コンバータ（１３）内で還元される、請求項３０又は３１の一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＮＯＸを含む排気ガスの浄化のためのシステム、及びＮＯＸを含む排気ガスの浄化のための方法に関する。本発明はまた、このシステム内の構成要素、特に、混合器、気化器及び計量要素に関する。
【背景技術】
【０００２】
新規であり、且つより厳しい排気ガス基準によると、ディーゼル車は、触媒コンバータを備えなければならないことになる。２００９年１月１０日から、新しいユーロ５基準が適用され、２０１２年から、ユーロ６基準が適用される。ユーロ５基準を満たすために、小型の輸送車両は、改良された触媒コンバータを含む排気ガス浄化システムを備えることになる。欧州６基準に対処するために、自動車、特にディーゼル・エンジンを備える自動車は、改良された触媒コンバータを含む排気浄化システムを備えることになる。通常の３ウェイ触媒コンバータは、酸素の豊富な排気ガス内でのＮＯＸの減少のためにオットー・エンジンで使用されることはできない。酸素の豊富な排気ガスを有するエンジンは、一般にディーゼル・エンジン及びリーン・バーン・エンジンである。酸素の豊富な排気ガスに対する考えられる代替形態は、その中で、ＮＯＸを含む排気ガスとアンモニアの気体混合物内のＮＯＸが、酸素の存在中にかなりＮ２に還元される、ＳＣＲ（選択触媒還元）触媒コンバータである。しかし、アンモニアは、その毒性のある特徴のため、自動車で持ち運ぶことができず、計量された量で供給されることができない。この理由のために、無害な尿素水溶液が、排気ガスの流れの中で熱によりアンモニアとＣＯ２に分解されるシステムが、自動車産業で好ましい。このようにして作成されたアンモニアの品質は、排気ガス中に含まれるＮＯＸの品質に化学量論的に比例するはずである。この理由のために、計量システムは、比較的正確に調整、又は少なくとも制御されることができなければならず、且つ短い応答時間を有するべきである。
【０００３】
排気ガス内への尿素水溶液の計量された追加及び混合は、特に、設置条件のために、制限された量の空間のみが排気ガス浄化システムのために使用可能であるとき、今日まで満足な解決法が見つけられていない、技術的な問題である。
【０００４】
運転中、エンジンへの荷重がかなり変化するため、ディーゼル動力式車両の排気ガスシステムの動作点もまた、大いに変化する。最低の典型的な荷重の場合と最高の荷重の場合の排気ガス質量流の間は、約１０倍である可能性がある。エンジン・サイズ及び車両サイズに応じて、１００ｋｇ毎時の最大値の排気ガス質量流が、極めて低い荷重で、排気ガス浄化システム内に供給されることができる。排気ガス質量流は、最大荷重で、少なくとも８００ｋｇ毎時に到達する。
【０００５】
温度は、低温の始動動作での１５０℃から、排気ガス浄化システムの上流に挿入されている粒子フィルタの燃焼中での７００℃〜７５０℃の間で変化し得る。尿素水溶液の計量された追加、及び従って、排気ガス中のＮＯＸのＮ２への変換が、１５０℃より上の排気ガス温度から、特に２００℃の排気ガス温度から活動化される。必要なＮＯＸとアンモニアの化学量論な混合が作成されるように、排気ガスに計量された方式で追加されなければならない尿素水溶液の質量流は、ガソリン消費量の３から５％の量である。
【０００６】
エンジン出力が排気システム内の圧力損失によって減少されるため、尿素水溶液の計量された追加及び混合によって追加で発生する圧力損失は、重要であり、結果として、考えられる最小の圧力損失が熱望される。
【０００７】
典型的な排気パイプ直径は、５０〜１００ｍｍの範囲である。考えられる複数の混合点の最初のものからの触媒コンバータの間隔は、通常、４から５パイプ直径の間である。
【０００８】
様々な反応が、尿素水溶液の分解のために可能である。ある可能性は、イソシアン酸及びアンモニアへの分解である。イソシアン酸は、極めて不安定であり、重合などの異なる反応を通じてシアヌル酸へ進行することがある。尿素は、熱分解を通じてビウレット（Ｃ２Ｈ５Ｎ３Ｏ２）とアンモニアに分解することがある。さらに、尿素の加熱中、少量のトリウレット及びメラミンが生じることがある。これらの反応生成物の大部分は、いくつかの場合、３００℃を超える極めて高温に融点を有し、且つ、この理由のために、動作中、排気ガス・ダクト内の作り付けの構成要素上での層形成に至り、小さな隙間及び穴を詰まらせることがある。この理由のために、被着の結果として触媒コンバータの効率が減少されることがある、又は触媒コンバータの個々の流路が完全に詰まることさえもあるため、尿素水溶液は、ＳＣＲ触媒コンバータ内に入れられるべきではない。望ましくない副反応が起こることをできる限り少なくし、及びそれによって望ましくない材料が尿素水溶液の分解中に結果として生じることをできる限り少なくするために、尿素（ＣＯ（ＮＨ２）２）及び水（Ｈ２０）がアンモニア（ＮＨ３）及び二酸化炭素（ＣＯ２）に直接変換することを助ける、特殊な加水分解触媒が開発された。この種の加水分解触媒は、特許ＥＰ０４８７  ８８６Ｂ１に記載されている。この特許明細書によると、加水分解触媒を用いて、尿素水溶液の分解中、望ましい加水分解反応が、１６０℃以上の温度で、ほぼ排他的に起こるという状況が達成されることができる。
【０００９】
公知の技術的な実施の大部分では、尿素水溶液の計量された追加、尿素水溶液を微細な小滴にして噴霧する液体スプレー・ディフューザが使用される。
【００１０】
その中で尿素水溶液が、別個の熱分解チャンバ内で気化され、且つアンモニア及びＣＯ２に変換される方法が、特許明細書ＵＳ５９６８４６４及びＵＳ６３６１７５４Ｂ１に記載されている。尿素水溶液が変換される直前に、気体が実際の排気システム内へ入り、次に、排気ガスの流れと混合される。同様の方法が、特許明細書ＵＳ６２０３７７０Ｂ１、ＷＯ９７／３６６７６、ＵＳ６８３４４９８Ｂ２にも記載されている。
【００１１】
動力装置内での関連する排気ガス浄化のための方法が、特許ＵＳ７０９０８１０Ｂ２に記載されており、この中で排気ガスの流れの一部分が分岐される。尿素水溶液が、別個のチャンバ内で排気ガスの分岐流に追加され、気化され、且つ加水分解を用いてアンモニア及びＣＯ２に変換される。この排気ガスの分岐流が次に、ファン及び静的混合器を用いて再び主流と混合される。
【００１２】
ＷＯ９８／２２２０９の方法によると、液体の尿素水溶液が、排気ガスの小滴に追加される。完全に気化されていない小滴が、触媒の上流の小滴セパレータによって、排気ガス流から再び除去される。
【００１３】
特許ＷＯ９８／２８０７０では、尿素水溶液が、ノズルを通って排気ガス中に噴霧される前に、圧力下に置かれ、且つ加熱される方法が記載されている。過熱された液体の解放によって気化が加速される。
【００１４】
内部に孔の開いたリブで構成されている、組み合わせられた気化器とディストリビュータが、特許出願ＷＯ２００４／０７９１７１Ａｌに記載されている。尿素水溶液が、孔の開いた構造の内部で分散され、且つ気化されるように意図されている。この出願によると、気化エネルギーが、リブを通る熱伝導を用いて高温の排気ガスの流れから除去される。気体のアンモニアが次に、リブ内の開口を通って逃げることができる。結果として、これらのリブが、気化器として、及びアンモニアのための分散格子として同時に働く。自動車内での排気ガス浄化システムの適用例で必要とされる広い温度範囲が、この解決法では問題となることが明らかであり得る。
【００１５】
すでに公知の解決法の少なくともいくつかにおいて、以下の問題が生じる。実用的な理由で、１材料分与ノズルを用いた注入が、通常選択される。１材料分与ノズルという用語は、噴霧される予定の液体のみが、ノズルを通ってくみ上げられる液体スプレー・アトマイザに対して特に使用される。２材料分与ノズルでは、拡散される予定の液体に加えて、気体もまた、ノズル内にくみ上げられ、それによって拡散が改善されることができる。圧縮装置が、気体の圧縮のために明らかに必要とされる。この種の１材料分与ノズルは、通常、７０−９０μｍのザウタ直径を有する小滴スペクトルを作成するが、しかし、２００μｍまでの個々の大きな小滴も作成する。上記で説明した汚染又は詰まりの問題のため、自動車は、小滴が触媒コンバータ内に入ることができないようにされなければならない。小滴の触媒コンバータへの飛行時間は、２、３ミリ秒の量でしかなく、これは、飛行段階中に大きい小滴が気化するために十分ではない。この理由のために、少なくとも大きめの小滴が、排気ガスから沈殿されなければならず、且つ液体の膜内で気化されなければならない。この目的のために、組み合わせられた混合及び気化要素が使用される。流れの中の小滴が、この要素で実際に沈殿されるために、流れが、要素を通って偏向されなければならない。このことは、ある最小の圧力降下、及び従ってエンジン出力の減少を必要とする。実際に、ＤＥ２  ２０５  ３７１による交差したチャネル構造を備える混合器を、組み合わせられた混合器及び気化器として使用することは、それ自体有能であることを示す。交差したチャネル構造を備える混合器の圧力降下は、それを用いて通路内の流れの偏向が、ガイド要素を介して達成されることができる混合器要素の圧力降下よりも明らかに高い。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
従って、本発明の目的は、尿素水溶液を含む小滴の、触媒コンバータ内への、特にＳＣＲ触媒コンバータ内への排出を回避することである。尿素水溶液の小滴が触媒コンバータ内に入る場合、このことは、触媒コンバータの詰まりを結果として生じさせ、従って触媒降下の悪化／低下に至る。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
この目的は、排気ガスのＮＯＸを含む流れが排気ガス源から触媒コンバータへその中で移送される閉じた通路を備え、計量要素が、排気ガスの流れの中への液体反応媒体の排出のために触媒コンバータの上流に設けられている、ＮＯＸを含む排気ガスのための排気ガス浄化システムによって達成される。気化器が、液体反応媒体がその上に付加される、排気ガスの流れの中に配置された表面を有する前記計量要素の上流に配置され、その表面上で、液体反応媒体が、蒸発された反応媒体が触媒コンバータと出会う前に気化される。液体反応媒体の付加が、気化器の表面上へ直接、特に有利な実施例に従って行われる。計量要素は、流れに面した気化器の側にこのようにして配置される。気化器は、好ましくは膜気化器として形成される。混合器が、気化器の次に配置されることができ、静的混合器要素を備える。混合器は、排気ガスの流れの中での液体反応媒体の一様な分散を作成するために、気化器の下流に配置される。粒子フィルタが、触媒コンバータの機能を損なう塵及び粒子を沈殿させるために、排気ガス源と計量要素の間に配置されている。さらなる実施例によると、膜気化器は、混合器と同時に形成される。さらなる実施例によると、気化器及び／又は混合器が、ＤＥ２  ２０５  ３７１に従って特に設計された、交差したチャネル構造を備える。気化器の表面が、熱的に良好な伝導性材料を備え、それによって、ガイド要素の表面を形成している液体膜が、ガイド要素と液体膜の間の熱交換を用いた短い経路の後で完全に気化する。熱の伝導性の増加のための合金要素を好ましくは含む鋼に加えて、他の良好な伝導性の材料、特に、高い熱伝導性を有する銅合金又はセラミックが使用される。
【００１８】
さらなる実施例によると、気化器の表面が、主流方向に沿ってほぼ配置された、少なくとも一部分が鋲付けされることができる複数のガイド要素を備える。ガイド要素が、通路の中央位置に配置されたガイド要素の周りに星の形態で配列されている。ガイド要素は、環状のガイド要素として特に形成されている。計量要素の少なくとも一部分が、触媒的に活性であり、特に加水分解に対して触媒的に活性である。少なくとも１つの計量要素が、通路内へ突き出している。複数の計量要素が、通路内の液体反応媒体の一様な分散のために通路内に突き出すこともできる。計量要素は、気化器の表面上への液体反応媒体の付加のための供給ラインを含み、且つ特に、それを通って液体反応媒体、即ち特に尿素水溶液が気化器の表面上にガイドされる、計量開口を備えるチューブである。分散要素が、排出開口又はノズルを備える毛細管として形成されている。曲線が、液体反応媒体が気化器の表面上に理想的に分散されることができるように、排出開口の領域内に設けられることができる。供給ラインは、供給点の数が通路に配置された液体反応媒体の供給点の数が増加されるように、液体反応媒体の改善された分散のために複数の分散要素に供給する。尿素水溶液がその中を移送されるライン内での望ましくない被着による遮蔽の危険性のため、尿素水溶液がそれを通って流れるライン又は狭い隙間が、１００℃を超える温度まで加熱されることがないように、注意がされなければならない。このことは、様々な方策によって達成され、測定要素は液体反応媒体の早すぎる気化を防止するための手段を含む。手段は、特に、排気ガスの流れに対する熱絶縁体として、例えば、計量ピンの壁の熱絶縁体として形成されている。手段は、液体反応媒体の冷却のための熱電ペルチェ冷却素子を備えることができる。別法として、手段は、冷却回路を用いて、又は冷却ジャケット内での尿素水溶液の一部の連続的な再循環を通じて、液体反応媒体のテンパリングを行う。測定要素は、冷媒の供給のための冷媒ライン、及び冷媒の除去のための冷媒ラインを備える冷媒通路を含むことができる。通路は円筒形のチューブ、即ち「ピン」として形成されることができ、その中に分散要素が配置され、それによって、冷却流体が、すべての側面上で分散要素の周囲を流れることができる。通路が、Ｕ字型である、及び／又は隔壁を有する。通路はまた、二重のチューブの結果となるように、互いの中に同心状に延びる２つのチューブによって画定されることができる。
【００１９】
液体反応媒体は、特に尿素水溶液を含む。
【００２０】
前の実施例の１つによる排気ガス浄化システムが、車両、特にディーゼル・エンジンを備える旅客自動車又は輸送車両で使用されるとき、特に好ましい。液体反応媒体を気化器に膜又は滴りとして付加する計量要素を備えることによって、液体反応媒体の小滴が触媒コンバータに沿って搬送され、結果として、触媒コンバータの汚染又は遮断の結果となる状況が回避される。
【００２１】
ＮＯＸを含む排気ガスの浄化のための方法は、排気ガス源から通路内へのＮＯＸを含む排気ガスの流れの導入、液体反応媒体の気化器上への付加、気化器の表面上での液体反応媒体の気化、及び触媒コンバータ内での気化された反応媒体のＮＯＸとの反応の段階を含む。触媒コンバータ内へ入る前に、充填された排気ガスの流れと気化された反応媒体との混合が混合器内で行われる。ＮＯＸが、酸素の存在にもかかわらずＮ２との気体混合物内に含まれるアンモニアによって、触媒コンバータ内で還元される。
【００２２】
本発明を、図面の助けによって以下に説明する。
【実施例】
【００２３】
本発明による排気ガス浄化システムを使用して、図１に概略的に示しているように、ＮＯＸを含む排気気体１の流れが、触媒コンバータ、特にＳＣＲ触媒コンバータを使用して、液体反応媒体、特に尿素水溶液を用いて浄化される。排気ガス１の流れが、エンジン、特にディーゼル・エンジンなどの排気ガス源２から放出され、且つＮＯＸを含む。排気ガスの流れが、排気ガス源２の上流の塵及び粒子フィルタ３内に導入される。次に尿素水溶液を含む、液体反応媒体が、排気ガス１の塵及び粒子のない流れに追加される。尿素水溶液は、使用されるまでリザーバ４内に保持される。リザーバ４が、供給ライン５を介して計量要素７と接続され、供給ライン５を用いて、液体反応媒体が気化器上に付加される。移送手段、特にポンプ６が、供給圧力を増加させるために及び／又は液体反応媒体の改善された移送のために、供給ライン内に設けられてもよい。計量要素７が、冷却ジャケット８によって包囲されて、そこから、冷媒ライン９が排出し、且つさらなる冷媒ライン１０が出ている。冷却媒体が、エンジンの冷媒回路から分岐することが、この図で示されている。計量要素７に続いて、膜気化器１１が、排気ガスの流れの中に設けられている。気化器１１は、膜気化器であり、膜気化器は排気ガスから直接、必要とされるエネルギーを引き出す。この種の気化器は、塵及び粒子が粒子フィルタの上流の排気ガス１の流れからほぼ完全に除去された場合にのみ使用される。混合器１２が、気化器の後に設けられており、これは特に、静的混合器である。混合器１２を通って流れた後、排気ガス及びその中に分散された気化された反応媒体の流れが、触媒コンバータ１３内に導入される。ＮＯＸの尿素水溶液によるＮ２への完全な変換は、そこで還元反応を用いて行われる。触媒コンバータから逃げる排気ガスが、考えられるさらなる冷却段階の後、処理後の分離を必要とする他の構成要素を有さない場合、環境内に排出されることができる。
【００２４】
図２は、排気ガス１の流れがそれを通って案内される、閉じた通路１４内での計量要素７、膜気化器１１及びまた混合器１２の配置の第１の実施例を示している。通路は、設置を見えるようにするために部分的に切り開かれている。各計量要素７は、この図では示されていない１つ又は複数の排出開口を有する、チューブとして形成されている。液体反応媒体、即ち、尿素水溶液が、排出開口を通って気化器１１の表面に到達する。気化器は、特に薄壁のガイド要素として形成され、考えられる最低の流れ抵抗を与えるようにして流れの方向に延びる、複数のガイド要素（１５、１６）を含む。ガイド要素１５が、例えば、溶接接続によってそれらの外縁部で通路１４の内部表面上に固定されている。形成安定性を増加させるために、及び半径方向のガイド要素の間の熱交換の改善のために、特に通路１４に関して同心状なチューブとして形成された、環状のガイド要素１６がガイド要素１５を通過する。このようにして、通路断面が、ガイド要素によって、可能な限り同じように設計された複数の通路要素に分割される。この接続では、ガイド要素の表面が、好ましくは流れ方向に延び、膜気化器の最小の圧力損失を結果として生じさせる。図示されている実施例では、ガイド要素１５は、平坦な表面として示されている。ジグザグの輪郭形状又は波様の構造などの圧力損失の表面構造を備えるガイド要素が、熱交換表面の増加、せいぜい圧力損失の実体のない増加のために、設けられてもよい。隆起（ジグザグの輪郭形状の頂点又は稜線）は、好ましく流れ方向に配列されている。しかし、このことが、圧力損失の実質的な増加の結果を生じさせない場合、流れ方向に対して、ある角度傾斜されることもできる。
【００２５】
図３は、排気ガスの流れ方向の図の第１の実施例による計量要素７及び膜気化器１１の図を示している。計量要素の１つが、計量要素の主な構造を明らかにするために、切り開かれている。計量要素７は、尿素と水の混合を可能にするため通路１８、及びその中を冷媒が循環する冷却ジャケット１７を備える。冷媒は、冷媒ライン９を介して供給され、且つ冷媒ライン１０を介して除去される。通路１８は、リザーバ４から除去される、又はポンプ６を用いて移送される、尿素と水の混合物のための供給ライン５の接続部である。尿素と水の混合物が、ディストリビュータ要素１９を用いてガイド要素１５の表面上に分散される。ディストリビュータ要素１９がノズル３０（図７参照）である場合、尿素と水の混合物が、スプレー・ミストとしてガイド要素１５の表面に付加される。スプレー・ミストは、この表面を濡らし、且つ連続的な液体膜又は滴りの形成を結果として生じさせることができる。液体膜内に直接入る高温の排気ガスからの熱交換を用いて液体の気化のためのエネルギーを伝達するために必要とされる表面は、比較的大きい。しかし、所与の小さい液体荷重では、表面上に液体膜を分散させること、即ち表面を完全に濡らすことが困難である。気化器の良好な熱伝導性のため、熱が、排気ガスから出て気化器へ最初に間接的に伝達され、気化器構造内の熱の伝導によって滴りへと運ばれ、ガイド要素の表面上を流れる滴りの中へ導入される。この種の気化器は、液体膜がガイド要素１５及び／又は環状のガイド要素１６の表面の極めて小さい部分のみを濡らすときでさえも動作する。気化器は、ガイド要素（１５、１６）が、一方では、ガイド要素（１５、１６）によって、例えば適切なリブ構成及び／又は図２に関連して述べられた表面を増加させる構造によって形成される、排気ガスから気化器本体内への熱の伝達のための大きな表面を有するようにして設計されるべきである。他方では、ガイド表面（１５、１６）は、気化器内の熱伝導が、短い距離にわたって行われなければならないようにのみ設計されるべきである。全体としての気化器本体の流れ抵抗が、わずかなままであるように、気化器のガイド要素の表面のすべてが、流れの方向に実質上配列される。気化器本体を通って形成される流れ通路の断面は、特に好ましい実施例によると、膜気化器（通路内を流れる排気ガスがその周りを流れなければならない障害物として）が、排気ガス通路内の片側の流れの分散に至らないように、可能ならば互いから一様な距離で、通路１４の全断面にわたって分散される。尿素と水の膜がその上を流れるガイド要素の表面は、小滴が形成されて、重力の影響によって分離されることができないように、好ましくは水平方向上向きに配列される。気化器のガイド要素の収集表面は、熱伝達機能が、問題なく保証されることができるように、特に大きいように選択されるべきである。他方では、容積及び断面の遮蔽率が好ましくは、できる限り小さいように選択される、又は、むしろ、水力的な直径が、気化器の流れ抵抗がわずかなままであるように、できる限り大きいように選択されるべきである。
【００２６】
膜がその上を流れる気化器の一部分が、尿素水溶液のＮＨ３及びＣＯ２への好ましい変換を行う加水分解のための触媒コンバータで被覆されることができる。
【００２７】
図４は、計量要素７の膜気化器１１とのさらなる組合せを示している。図２又は図３による実施例とは逆に、計量要素７が、通路１４内へ延びるアームとして設計されず、むしろ通路１４を通過する。この種の複数の計量要素が、互いに交差して、又は平行に配置されることができる（図示せず）。この図では見えていない分散要素が、ガイド要素１５及び／又はガイド要素１６の表面上へ、液体反応媒体をガイドする。
【００２８】
図５による図面では、膜気化器のガイド要素１５が、星の形態で配列され、通路１４の軸上に配置された保持要素によって、又は通路１４の壁の接続部を通ってそれらの位置に中央に固定されている。ガイド要素はまた、通路１４の内壁に選択的に取り付けられることができる。
【００２９】
図６は、膜気化器１１のさらなる実施例、及び計量要素７の関連する構成を示している。膜気化器１１は、流れの方向に延びる複数のガイド要素１５を備える。ガイド要素は、好ましくは、互いに平行に、且つほぼ互いから同じ距離に配置されている。動作中ガイド要素の間隔が変化しないように、少なくとも１つの支持要素２０が設けられることができる。計量要素７は、ガイド要素１５の少なくともいくつかの部分の上流に直接配置されている。計量要素を用いて、ガイド要素の少なくとも１つの表面が、膜又は滴りを形成するように、液体反応媒体で濡らされる。好ましい構成によると、ガイド要素は、膜をガイド要素の上部表面上に形成するように、ほぼ水平方向に配列されている。膜は、排気ガスの流れによって表面に沿って前方へ動かされ、熱伝導によるガイド要素から膜への熱伝達によって、及び膜側の表面上の対流による熱伝達によって気化される。
【００３０】
膜又は滴りは、様々な方式で作成されることができる。一方では、液体がノズルを用いて噴霧されることができる、又は気化器の方向にジェットとしてスプレーされ、且つ気化器の表面上に被着されることができる。ノズル３０として形成されているディストリビュータ要素１９を備える計量要素に対する実施例が、図７に示されている。ディストリビュータ要素１９はまた、液体反応媒体の噴霧のための手段を備えることができる。図２及び図３に示されている実施例によると、計量要素７が、排気ガスの流れの中へ突き出しており、且つ通路１８、冷却ジャケット１７及び少なくとも１つのディストリビュータ要素１９を備える。冷却ジャケット１７の内側で、冷媒が、冷媒が冷媒ライン１０内へ入るまで、冷媒ライン９を通る取入口からほぼＵ字型の経路上に導かれる。冷媒通路が、内側チューブ２０内に延びる通路１８の周りに同心状に配置された２本のチューブ２１、２５によってこのようにして形成される。冷媒通路が、チューブ（２０、２１、２５）のジャケット表面によってこのようにして画定される。冷媒通路が通路１８の周囲に配置されているため、ディストリビュータ要素１９がその中で受けられる孔が、１つ又は複数のディストリビュータ要素１９のために設けられる。図示されていない変形形態によると、冷媒通路は、ディストリビュータ要素がノズル３０（図７参照）を備える場合、通路及び／又はディストリビュータ要素を部分的にのみ包囲することができる。ディストリビュータ要素は、図３、図４又は図５（計量要素なし）に示されたように、液体反応媒体の流れをガイド要素１５の表面上に方向付ける。
【００３１】
他方では、液体が、供給ラインを用いて気化器の頭端部へ直接ガイドされることができ、膜がそこに作成されることができる。関連する計量要素に対する実施例が、図８に示されている。この計量要素は、例えば図６による構成で使用されることができる。計量要素７が、図８の上側部分に断面で示されている。計量要素の長手方向断面が、図８の下側部分に示されている。計量要素７は、互いに対して同心状に配置された２つのチューブ（２０、２１）を備える。内側チューブ２０は、それを通って液体反応媒体が流れる通路１８を含む。液体反応媒体が、供給ライン５を介して通路１８へ入り、図８に示されていない膜気化器１１の方向に、特にスロットとして形成された開口２２を介して通路から出る。供給ライン５が、液体反応媒体を周縁上に分散する働きをする、通路１４の周囲に配置された環状の通路２３内へ開いている。液体反応媒体は、図６に示されているように、これを通って計量要素の構成内へ流れる。計量要素が嵌合されているすべての点で、通路１４は、液体反応媒体が計量要素７内へ入ることができるように、孔２４を含んでいる。冷媒通路が、液体反応媒体を伝導する通路（１８、２３）の周囲に配置される。冷媒通路は、環状の通路２３の周囲の配置された環状の通路、及び外側及び内側チューブ２０の間の内部空間を備える。冷媒が、冷媒ライン９を介して供給され、且つ冷媒ライン１０を介して除去される。
【００３２】
気化器の小さい部分のみが尿素水溶液の膜によって濡らされる場合、又は流れのプロファイルが不規則である場合、そこで発生されるアンモニアとＮＯＸの間の比が、通路１４の全断面にわたって一定ではない。この場合、膜気化器１１が、適切な静的混合器１２によって追従される。静的混合器は、通路１４内に存在する乱流を強化し、追加の、強い大きな渦を発生させる。このことが、主流方向を横切る反応媒体の、言い換えれば、特に尿素水溶液から形成するアンモニアの、大きな体積分散を支援する。この種の混合器に対する様々な構造が論議される。流れの剥離をもたらさない静的混合器が、圧力損失に関して特に好ましい。特に好ましい圧力損失を有する混合器の例が、ＤＥ１９５  ３９  ９２３Ｃに記載されている。ここで、渦を生成する表面が、それらが流れの剥離をまったく呈さないようにして配置される。しかし、１つのみの記載されたガイド・プレート構成が、各場合で排気ガス通路のために使用されることができ、このことが、通路内に大きな渦を作成し、且つそれによって、周縁にわたる、及び全チューブ断面にわたる混合をもたらす。排気ガスチューブが気化器と触媒コンバータの間の排気マニホルドを有する場合、これらの排気マニホルドによって発生される第２の流れもまた、混合のために使用されることができる。排気マニホルドを通ってガイドされるスピンを有するチューブ流は、同じ排気マニホルドを通るスピンのないチューブ流よりも低い圧力損失をさらに有する。管状流内に大きな渦、及び従ってスピンを作成する混合器は、この理由のために、気化器の背後の排気ガス流の圧力損失を低下させることさえもおそらくできる。
【００３３】
図９は、計量要素に対するさらなる実施例を示している。計量要素が、通路１４の壁内の２つの対向して配置された開口の間に延びるチューブ２１として形成されている。計量要素は、少なくとも１つの毛細管２５をその内部に含み、それを用いて、液体反応媒体、特に尿素水溶液がガイド要素１５上に分散される。この目的のために、毛細管は液体反応媒体が、液体反応媒体がガイド要素を濡らすように液体反応媒体が生じる場所に曲線２６を有することができ、それによってガイド要素にある角度で当たる。図９の左手部分及び図９の右手部分は、図２及び図６に示されている構成にそれぞれ対応する、ガイド要素の２つの異なる構成を示している。さらに、毛細管２５及びこれらを包囲する冷却ジャケットが中央に配置される必要がないことが、図９の左手部分に示されている。図９の中央部分は、通路１４を通る長手方向断面の断面図を示している。この接続では、２つの毛細管が、複数の排出開口２７を備えて各場合で示されている。
【００３４】
図１０は、反応媒体を含む毛細管２５、それらの冷却ジャケット１７、及び通路１４内でのそれらの構成に対する、さらなる考えられる実施例を示している。図１０の左手部分は、図９の中央部分にこの点で対応しており、ガイド要素がこの図では省略されている。１つ又は複数の毛細管２５が、通路１８を形成する冷却ジャケット１７内に延びている。上記で示されている変形形態によると、通路１８はＵ字型である。冷媒が、冷媒ライン９を介して計量要素に供給され、且つ冷媒ライン１０を介して計量要素から出る。以下に示されている変形形態では、Ｕ字型に曲げられたチューブの代わりに、中央に配置された隔壁２８を有する、通路１８が示されている。図１０の中央及び右手部分は、計量要素７及びガイド要素１５を備える流れの方向での通路１４の片側半分の図を示している。図９でのように、ガイド要素の２つの異なる構成が示されており、計量要素７の異なる構成も示されている。図１０の中央部分は、通路１４の周縁でリングの形状に分散された計量要素を示しており、これは、通路内へ突き出し、図３、図７、又は図１０、左手部分に従って設計されることができる。図９でのように、計量要素７は、複数の毛細管２５、又は複数の排出開口を備える毛細管を備えることができる。図１０の右手部分はまた、通路１４内での異なるタイプの計量要素７の組合せを示している。例えば、計量要素は、Ｕ字型の通路１８として設計された冷却ジャケット１７を備え、隔壁２８を含む通路１８を備える冷却ジャケット１７を備える、計量要素と結合されることができる。
【００３５】
図１１は、ＤＥ２  ２０５  ３７１に記載されているような、それによって膜気化器１１が、交差したチャネル構造を備える混合器として形成されているさらなる実施例を示している。この種の混合器は同じ方向に流れる液体媒体によって透過される、少なくとも１つの混合要素を含む。混合要素は、互いに接触する流れ通路を形成する層を備える。１つの層を備える流れ通路の長手方向軸が、群として少なくとも互いにほぼ平行に延びている。少なくとも２つの隣接する層の流れ通路が、互いに対して少なくとも部分的に開いている。隣接する層の流れ通路の長手方向軸が、有利な実施例に従って互いに対して傾斜されている。隣接する混合器要素の層が、混合器の長手方向軸の周りに、ある角度で互いに対して傾斜されることができる。図１と比較して変更されていない排気ガス浄化システムの構成要素に関して、図１の説明が参照される。膜気化器１１及び混合器１２が、上流の計量要素７と下流の触媒コンバータ１３との間に配置された１つの要素に、このようにして結合される。図１１の図面では、ディフューザが、計量要素７と膜気化器１１の間に配置されている。ディフューザ２９は、ガイド要素を含むことができ、ガイド要素は、同様に膜気化器の機能と一致することができる。別の、図示されていない変形形態によると、計量要素が、ディフューザの下流の膜気化器の前に直接配置されている。図１１による構成は、混合器及び膜気化器の組合せの配置が、触媒コンバータ１３のすぐ前に行われることができ、従って、より大きな断面が使用可能であり、その結果として、圧力の損失がかなり減少されることができるという、さらなる利点を有する。気化された反応媒体の排気ガスの流れとの全体的な混合が、交差したチャネル構造を備える混合器／気化器（１１、１２）を用いて達成されることができ、従って、混合器／気化器（１１、１２）と触媒コンバータの間の中間空間が省略されることができる。液体の膜が、混合器／気化器に計量要素７を用いて付加され、そこで気化され、且つ同時に混合される。図１１の変形形態は、計量要素の配置、タイプ又は数に対して図１から１０に関連して説明された実施例で、及び膜気化器のための実施例で、望まれるいかなる方式でも、結合されることができる。
【００３６】
すべての場合において、構造は、すべての液体が排他的に気化器に到達し、且つそこから滴が流れによってそらされることができないようにして選択されなければならない。噴霧ノズルを使用する解決法によってこのことを保証することは、容易ではない。
【００３７】
尿素水溶液が、ラインを用いて気化器に直接ガイドされる場合、尿素水溶液が計量要素の内部ですでに気化する状況が、すべての環境下で防止されなければならないため、このラインは、別個の回路を用いて適切に温度制御されるべきであり、追加で、最終的に絶縁もされるべきである。冷却のために、モータの冷媒回路の一部分が、例えば分岐され、且つこのラインを通って循環されることができる。有利な実施例によると、尿素水溶液の計量が、計量ピンとして形成された計量要素を用いて行われ、膜気化器のガイド要素の表面上の計量点を、閉じた通路を形成している排気チューブの縁部から直接指し、それによって、液体の膜が、この表面に付加される。計量ピンは、冷却水のための同心状のダブル・チューブを備える。冷却水は、チューブの内部へ、計量点へ流れ、且つそこで偏向されて、外側及び内側チューブの間の隙間を通って再び戻される。尿素水溶液のための実際のラインは、低い質量流のため、冷却されたラインの内部の毛細管として実現化されることができる。質量流が、単純なポンプを用いて制御されることができる。排気ガス通路内でのアンモニアの良好な事前分散を行うために、滴りが、気化器上の複数の場所で作成される。このために、通路の周縁上に特に分散された複数の計量要素が、特に設けられている。計量要素への供給ラインがエンジン冷却回路によって温度制御される場合、計量のための毛細管の閉塞に何の問題も、この接続部で生じないことも確実にすべきである。全体的な計量が、単一のポンプを介して、ただし毛細管の束全体を介して行われる場合、異なる計量点への体積流が、個々の毛細管の長さを介して制御されることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】排気ガス浄化システムの概略図である。
【図２】通路内の計量要素、膜気化器及び混合器の第一の図である。
【図３】図２の実施例による計量要素及び膜気化器の第二の図である。
【図４】第２の実施例による計量要素及び膜気化器の構成を示す図である。
【図５】第３の実施例による膜気化器の構成を示す図である。
【図６】第４の実施例による膜気化器の構成を示す図である。
【図７】第１の実施例による計量要素の図である。
【図８】第２の実施例による計量要素の図である。
【図９】複数の変形形態を有する第３の実施例による計量要素の図である。
【図１０】複数の変形形態を有する第４の実施例による計量要素の図である。
【図１１】排気ガス浄化システムのさらなる変形形態の概略図である。
【符号の説明】
【００３９】
１  排気ガス
２  排気ガス源
３  塵及び粒子フィルタ
４  リザーバ
５  供給ライン
６  ポンプ
７  計量要素
８  冷却ジャケット
９、１０  冷媒ライン
１１  膜気化器
１２  混合器
１３  触媒コンバータ
１４、１８  通路
１５、１６  ガイド要素
１９  ディストリビュータ要素
２０、２１  チューブ
２２  開口
２３  環状の通路
２４  孔
２５  チューブ、毛細管
２６  曲線
２８  隔壁
３０  ノズル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2008196479.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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