(57)【要約】本発明は、体積流量２を、アンモニアを含む気体流３に変換するための蒸発器ユニット１を作動する方法に関する。蒸発器ユニット１は、少なくとも１つの第１区分４およびその下流側の第２区分５を含み、体積流量２は、蒸発のための両区分を通って流れる。体積流量２は、熱エネルギーの第１の量６を供給することによって第１区分４において最大でも１８０°Ｃまでしか加熱されない。そして、体積流量２は、第２区分５において３５０°Ｃ以上まで加熱されて、完全に蒸発する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
体積流量（２）を、アンモニアを含む気体流（３）に変換するための蒸発器ユニット（１）を作動する方法であって、前記蒸発器ユニット（１）は、前記体積流量（２）が通って流れる、少なくとも第１区分（４）および下流の第２区分（５）を含み、蒸発は、前記２つの区分において行われ、特に、前記体積流量（２）は、前記第１区分（４）において、熱エネルギーの第１の量（６）の供給によって最大でも１８０℃まで加熱され、そして前記体積流量（２）は、前記第２区分（５）において、３５０℃以上に加熱されて、完全に蒸発し、前記第２区分（５）は、熱エネルギーの第２の量（９）が供給される部分的な領域（７）を有し、前記熱エネルギーの第２の量（９）は、前記熱エネルギーの第１の量（６）よりも大きい、方法。
【請求項２】
前記熱エネルギーの第２の量（９）は、前記熱エネルギーの第１の量（６）の少なくとも２倍大きい、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記体積流量（２）は、前記部分的な領域（７）において３５０℃以上に加熱されて、すでに完全に蒸発する、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記部分的な領域（７）は、前記第２区分（５）の入口（１０）に直接配置される、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
最大でも１００ｍｌ／分の体積流量（２）の場合、前記部分的な領域（７）は、最大でも１５０ｍｍの長さ（１１）を有する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
最大でも７０ｍｌ／分の体積流量（２）の場合、前記部分的な領域（７）は、前記第２区分（５）の全長（１２）の最大でも３分の１の長さ（１１）を有する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
少なくとも前記部分的な領域（７）において、少なくとも１つの温度センサ（１３）が提供され、当該温度センサによって、少なくとも前記熱エネルギーの第２の量（９）が、前記体積流量（２）の関数として調整される、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
内燃機関（１９）を有し、排気システム（２０）を有し、およびコントローラ（２３）を有する自動車（１８）であって、前記排気システム（２０）は、少なくとも１つのＳＣＲ触媒コンバータ本体（２１）を有し、そして、前記内燃機関（１９）と前記少なくとも１つのＳＣＲ触媒コンバータ本体（２１）との間に、蒸発器ユニット（１）を有する少なくとも１つのポート（２２）が提供され、それにより、気体アンモニアは、それが前記少なくとも１つのＳＣＲ触媒コンバータ本体（２１）へと流れるような方法で、前記排気システム（２０）内に導入されることができ、前記コントローラ（２３）は、請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法を実施するための熱エネルギーの第２の量（９）の調整を少なくとも実行することができる、自動車（１８）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンモニアを含む気体流を発生するための蒸発器ユニットを作動する方法に関する。前記タイプの蒸発器ユニットは、アンモニアの前駆体（特に液体および／または固体の状態における）から、気体アンモニアを提供するために、特に用いられる。本発明は、特に、自動車における排ガス後処理の文脈の中でも用いられる。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼル内燃機関において特に、尿素水溶液が、内燃機関によって発生される排ガスに直接加えられること、または、アンモニアが、前記排ガスの外側で実施される加水分解の後で排ガスに加えられることは、好都合であると判明した。ここで、既知の方法では、アンモニアが尿素から得られる加水分解触媒コンバータが使用される。尿素水溶液は、加水分解触媒コンバータの上流側において計量されて、気体状に変換されて、加水分解触媒コンバータと接触するようにもたらされる。このようにして発生するアンモニアは、それから、例えば排ガス流においてさらに下流側のいわゆるＳＣＲ触媒コンバータで、分子状窒素および水を形成するためにその中に含まれる窒素酸化物と反応する。
【０００３】
温度制御は、尿素水溶液が蒸発する間、特に困難である。ここで、第１に尿素水溶液の要求量および第２に利用できる温度が、自動車の用途において、有意に変化可能であることは、考慮に入れられなければならない。不完全な蒸発しか得られない場合、中間生成物は形成されてもよく、そしてそれは、おそらく、蒸発器ユニットを妨害する可能性がある。この種の望まれていない副産物は、例えば水不溶性ビウレットである。そしてそれは、イソシアン酸および尿素、ならびにシアヌル酸（イソシアン酸の三量体生成部である）から形成される。アンモニアの前駆体（特に尿素水溶液）の蒸発の間、前記望まれていない、部分的にもはや除去可能でない化合物の構成を防止するために、液体への温度の導入が、臨界の温度範囲を越えて非常に急速に行われなければならないことが、観察された。
【０００４】
装置は、排ガスの外側で、尿素水溶液の蒸発にとってすでに記述された。しかし、前記装置は、自動車分野における使用にとって少なくともこれまで疑問が残った。ここで、既知の蒸発装置は、すべての運転状態にわたる所望される完全な蒸発、および／または蒸発させるアンモニア前駆体の所望の量を、必ずしも保証することができるというわけではない。これは、移動内燃機関（例えばディーゼルエンジン）の運転状態を考慮に入れる蒸発器ユニットの高度に動的な調整の場合には、特にあてはまる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
これを出発点として、従来技術に関して強調される課題を少なくとも部分的に解決することは、本発明の目的である。特に、アンモニアを含む気体流を発生するために、尿素水溶液の迅速かつ完全な蒸発を可能にする蒸発器ユニットを作動する方法を特徴づけることは、探求される。この種の方法によって作動される蒸発器ユニットは、これにより、高度に動的な方法において正確に定義された量のアンモニアを提供することができる。
【０００６】
前記目的は、請求項１の特徴に従う方法によって達成される。この方法の有利な実施形態は、従属請求項において特定される。従属請求項において個々に特定される特徴は、任意の所望の技術的に意味がある方法で、そして本発明の当面の別の実施形態と、互いに組み合わされることができる。本発明は、また、特に図に関連した説明によって、さらに特徴づけられて、より正確には描画される。
【０００７】
本発明による方法は、体積流量（ｖｏｌｕｍｅ  ｆｌｏｗ）を、アンモニアを含む気体流に変換するための蒸発器ユニットを作動するために提供される。そこにおいて、蒸発器ユニットは、少なくとも第１区分および下流の第２区分を含み、第１区分および第２区分を通って体積流量が流れる。そこにおいて、蒸発は、２つの区分において行われ、特に、体積流量は、第１区分において、熱エネルギーの第１の量の供給によって最大でも１８０℃まで加熱され、そして体積流量は、第２区分において、３５０℃以上に加熱されて、完全に蒸発する。ここで、第２区分は、熱エネルギーの第２の量が供給される部分的な領域を有し、熱エネルギーの第２の量は、熱エネルギーの第１の量よりも大きい。
【０００８】
本発明による方法に適している蒸発器ユニットは、好ましくは非常にコンパクトな設計で、そして例えば筒状の形状である。この種の蒸発器ユニットの外形寸法は、例えば、長さがほぼ４００ｍｍで、直径が５０ｍｍの範囲である。前記蒸発器ユニットは、従って、移動内燃機関の排気システムのライン部の一部にとって、および／または排気ラインの内部に開口する補助的な第２システムのライン部の一部にとって、特に適している。ドイツ特許ＤＥ  １０  ２００８  ０２３  ９３８による蒸発器ユニットは、本発明による方法にとって特に適している。当該文書の全ての開示の内容は、本明細書に参照される。ここで、本発明の第１および第２の区分は、いずれの場合においてもドイツ特許ＤＥ  １０  ２００８  ０２３  ９３８における第１および第２の蒸発区分に対応する。
【０００９】
本発明による方法に適している蒸発器ユニットは、第１および第２の区分を少なくとも通って延びる、少なくとも１つのフローダクトを特に有する。そこにおいて、少なくとも１つの加熱エレメントは、体積流量（特に（水を含んでいる）尿素水溶液の）を、目標とされたおよび調整された方法において加熱するために、フローダクトに沿って延びる。
【００１０】
蒸発器ユニットに供給される体積流量（特に尿素水溶液）の有意な比率は、第１区分においてすでに蒸発する。例えば、体積流量の少なくとも２０重量％、好ましくは少なくとも３０重量％が、第１区分においてすでに蒸発することは、可能である。前記比率は、しかしながら５０重量％以下でなければならない。この目的のために、少なくとも１００℃の、好ましくは少なくとも１３５℃の、特に好ましくは少なくとも１５０℃の、しかし最大でも１８０℃の加熱が、第１区分において行われなければならない。ここで、能動的な加熱エレメントとしての自動調整ＰＴＣ（正の温度係数）エレメントは、第１区分の領域において、好ましくは用いられてもよい。前記ＰＴＣエレメントは、高温でよりもより低温で電流をより良好に導通させることができる電流導通材料である。電気抵抗は、温度が上昇するにつれて増加する。これはまた、換言すれば、加熱力は、温度が上昇するにつれて同様に低下することを意味する。蒸発器ユニットの第２区分においてのみ、体積流量は、少なくとも１つの加熱エレメントによって特に、さらに加熱されて、そしてほとんどの場合、好ましくは完全に蒸発する。ここで、第２区分は、第１の部分的な領域と、残りの領域とに少なくとも分けられる。そこにおいて、熱エネルギーの相互に独立した量は、第１の部分的な領域における、そして、残りの領域における、体積流量に好ましくは供給されることができる。
【００１１】
要約すると、第１区分における熱エネルギーの比較的小さい量によって蒸発する体積流量の一部、および、（直接続く）第２区分における熱エネルギーの増加した量によって蒸発する体積流量の残りの部分によって、（少なくとも）二段式蒸発が実施されることが、ここで提案される。このようにして、短い蒸発経路にわたる完全な蒸発を防止する第１区分において、蒸気クッションの形成を妨げることは、例えば可能である。
【００１２】
この方法の１つの有利な実施形態において、部分的な領域において供給される熱エネルギーの第２の量は、また、第２区分の残りの領域において供給される熱エネルギーの量よりも大きい。熱エネルギーの量の増加は、少なくとも１つの加熱エレメントの適切な配置によって、特に可能になってもよい。例えば、加熱エレメントの緊密なコイルは、第１の部分的な領域の部位に配置されてもよく、または、加熱エレメントは、フローダクトに直接配置されてもよい。さらにまた、第１区分および第２区分の残りの領域に関して、熱エネルギーの増加した量の導入を可能にする追加的な加熱エレメントは、提供されてもよい。
【００１３】
熱エネルギーの第２の量が、この方法によって提供されることは好ましい。そして、熱エネルギーの第２の量は、熱エネルギーの第１の量の少なくとも２倍大きく、および／または、残りの領域において供給される熱エネルギーの第３の量の２倍大きい。
【００１４】
ここで、適切な場合、加熱力がいずれの場合においても等しいこともまた、特に好ましい。
【００１５】
さらに、適切な場合、２つの区分における加熱エレメントは、同じサイクルまたはクロックサイクルによって加熱されることが有利であるともみなされる。そこにおいて、第２区分における熱エネルギーの量は、尿素の現在の質量流量または蒸発する尿素の質量流量の関数として固定され、そして、第２区分における熱エネルギーの量は、第２区分における熱エネルギーの量の５０％未満（好ましくはほぼ３０％）に調整される。
【００１６】
熱エネルギーの対応する量によって、体積流量が３５０℃以上に加熱されて、部分的な領域においてすでに完全に蒸発することは、都合のよい場合である。
【００１７】
この点に関しては、部分的な領域が第２区分の入口に直接配置されることは、好ましい。熱エネルギーの最大量が、実際の蒸発区分の入口領域において導入されることは、特に有利であることが、しかしながらここで判明した。したがって、この方法の好ましい実施形態では、第１の部分的な領域は、第２区分の最初に直接配置される。前記局地的に限定された部分的な領域において、熱エネルギーの最大量の導入の結果、特に尿素水溶液の信頼性が高い完全な蒸発を確実にすることが可能である。
【００１８】
この方法の好ましい実施形態において、部分的な領域は、最大でも１００ｍｌ／分の体積流量の場合、最大でも１５０ｍｍの長さを有する。部分的な領域は、特に最大でも５０ｍｍの長さを有する。ここで、蒸発器ユニットは、４００ｍｍのコンポーネント長さを有すると特にみなされる。
【００１９】
特に、第１の部分的な領域は、最大でも、第２区分の全長の３分の１以上延び、体積流量が最大でも７０ｍｌ／分の場合に、特に最大でも５０ｍｍ以上の長さ延びる。
【００２０】
この方法のこの種の構成によって、特に尿素水溶液の信頼性の高い完全な蒸発が得られる。そうすると、副産物は、蒸発器ユニットの機能を品質低下することができず、および／または損なうことができない。
【００２１】
さらに有利な実施形態において、少なくとも１つの温度センサは、第１の部分的な領域において少なくとも提供される。ここで、多重温度測定点が好ましくは提供される。そしてそれは、蒸発器ユニットのハウジングの内部における別々の地点に配置される。またそれは、蒸発器ユニットの特定の領域にとって、集積される温度値を得る。
【００２２】
熱エネルギーの量またはセットされる加熱エレメントの温度は、尿素水溶液の体積流量の関数として調整される、と特に注意されなければならない。特に、比較的大きい体積流量の場合よりも、小さい体積流量の場合に、加熱エレメントのより小さい温度および熱エネルギーのより小さい量は、提供されなければならない。
【００２３】
内燃機関、排気システム、およびコントローラを有する自動車も、好ましくは提案される。排気システムは、少なくとも１つのＳＣＲ触媒コンバータ本体を有し、内燃機関と少なくとも１つのＳＣＲ触媒コンバータ本体との間に、蒸発器ユニットを有する少なくとも１つのポートが提供される。そうすると、気体アンモニアは、それが少なくとも１つのＳＣＲ触媒コンバータ本体へと流れるような方法で、排気システム内に導入されることができる。ここで、本発明による方法を実施するための、少なくとも熱エネルギーの第２の量の調整は、特に熱エネルギー量の第１の量および／または熱エネルギーの第３の量の調整もまた、コントローラによって実行される。
【００２４】
ＳＣＲ触媒コンバータ本体として、従来は、例えばＳＣＲコーティングを有する（セラミックの、押出加工の）ハニカムボディが使用される。前記タイプのＳＣＲコーティングは、Ｖ２Ｏ５／ＷＯ３／ＴｉＯ２タイプ（五酸化バナジウム／三酸化タングステン／酸化チタン）であることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
本発明および技術分野は、図面を参照して以下に説明される。図面に示される実施形態改良型は、本発明を限定することを目的としない点に留意する必要がある。また、図において、同一の参照番号は、同一の対象物のために用いられる。
【図１】図１は、本発明による方法を実施するのに適した蒸発器ユニットの設計改良型を示す概略図である。
【図２】図２は、自動車におけるＳＣＲシステムの設計を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
図１は、本発明による方法を実施するのに適した蒸発器ユニット１の、第１の特に好ましい設計改良型による断面図を示す。蒸発器ユニット１は、ハウジング３４によって、外側に対して区切られる。蒸発する体積流量２（例えば尿素水溶液）の流れ方向２８において、蒸発器ユニット１は、少なくとも２つの部分的な領域（特に第１区分４および第２区分５）に分けられることができる。
【００２７】
蒸発器ユニット１の中心コンポーネントは、中央に配置されたフローダクト３３である。ここで、体積流量２として、特に尿素水溶液は、液状で流れ方向２８の中に入って、それから第１区分４を通過する。ここで、体積流量２は、少なくとも１つの第１加熱エレメント２９によって加熱されて、熱エネルギーの第１の量６によって部分的に蒸発される。
【００２８】
第１区分４において予熱される体積流量２は、入口１０を経て、蒸発器ユニット１の第２区分５の中に入る。本実施形態では、入口１０の直ぐ下流側に、部分的な領域７が配置される。前記部分的な領域７において、高い熱エネルギーの第２の量９が供給される結果、体積流量２は、少なくとも大部分が、好ましくは完全に蒸発して、３５０℃以上に加熱される。第２加熱エレメント３０は、前記高い熱エネルギーの第２の量９を発生するために、好ましくは提供される。しかしながら、部分的な領域７が、第１加熱エレメント２９によって、および／または第３加熱エレメント３１によって、加熱されることもまた可能である。そして、第３加熱エレメント３１は、第１加熱エレメント２９に加えて、および／または第２加熱エレメント３０に加えて、特に提供される。第１、第２、第３加熱エレメント（２９、３０、３１）は、いずれの場合も、エネルギー供給のための別個のターミナルを特に有する。ここで、部分的な領域７は、第２区分５の全長１２の一部を越える長さ１１しか延びない。ここで少なくとも部分的に蒸発する体積流量２は、さらに加熱されて、そして、第２区分５の残りの領域８において、特に完全に蒸発する。そうすると、体積流量２は、少なくとも第１区分４および第２区分５を通過した後に、気体流３として蒸発器ユニット１を出る。
【００２９】
蒸発器ユニット１は、少なくとも部分的な領域７において、温度センサ１３を有する。温度センサ１３は、熱エネルギー量の、そして本発明による方法通りに温度の、測定および対応する制御を可能にする。第１の温度センサが第１区分の末端領域に配置され、そして第２の温度センサが第２区分の入口領域に配置されるように、複数の温度センサが配置されることは、非常に特に好ましい。そうすると、好ましくは最大でも２０ｍｍの、特にせいぜい１０ｍｍの距離が、前記２つの温度センサの相互間に存在する。ここで、前記温度センサ間でほぼ１８０℃（第１の制限温度）からほぼ３００℃（第２の制限温度）までの特に温度上昇を監視および／または制御することが探求される。
【００３０】
フローダクト３３の末端領域３５において、蒸発器ユニット１は、これまでに完全に蒸発した尿素水溶液が膨張する拡幅部を有してもよい。前記拡幅部に隣接して、加水分解コーティングを有するハニカムボディが提供されるリアクタチャンバが形成されることが好ましい。完全にアンモニアに変換された気体は、それから、蒸発器ユニット１を出て、排気システム２０内に流入することができる。
【００３１】
ところで図２は、自動車１８、特に乗用自動車または実用自動車、を概略的に示す。内燃機関１９において発生する排ガスは、対応する排気システム２０によって浄化されて、環境に排出される。ここで、排ガスは、最後にさらに下流のＳＣＲ触媒コンバータ本体２１に到達するよりも前に、最初に触媒コンバータ２４（例えば酸化触媒コンバータ）を通って、フロー方向２８に流れる。蒸発器ユニット１のためのポート２２は、触媒コンバータ２４とＳＣＲ触媒コンバータ本体２１との間に提供される。そうすると、アンモニアを含む気体流３は、前記ポートで導入されることができる。アンモニアを積まれた排ガス流は、適切な場合、それから、前記混合物がＳＣＲ触媒コンバータ本体２１に到達するよりも前に、流れマニピュレータ２５（例えば静的ミキサ）に到達する。完全のために、ＳＣＲ触媒コンバータは、入口領域２６および／または出口領域２７におけるさらなる排ガス処理コンポーネント（例えば、入口領域２６の粒子分離器および／または出口領域２７の酸化触媒コンバータ）とともに提供されてもよいことが、ここで指摘される。他の排ガス処理装置が、排気システム２０において提供されてもよいことが、同様に指摘される。
【００３２】
蒸発器ユニット１は、ところで、複数のライン部１７を経てリザーバ１５に接続される。リザーバ１５には、例えば尿素水溶液が提供される。そしてそれは、その後、適切な時間でおよび／または適切な量で、１回分作動するポンプ１６によって蒸発器ユニット１に供給される。この目的のために、１回分作動するポンプ１６、蒸発器ユニット１および／または内燃機関１９は、蒸発器ユニット１に対する尿素水溶液の、そして排ガスに対するアンモニアガスの、制御混合物をここで確実にするために、コントローラ２３に接続（データ伝送様式でおよび／または動作可能なように）されてもよい。
【００３３】
単に完全のためのみに、少なくとも１つのリザーバ１５、ライン部１７、１回分作動するポンプ１６および蒸発器ユニット１を含む装置１４が、コントローラ２３の有無にかかわらず、コンポーネントセットとして任意の所望の量において別に市場に出されてもよいこともまた、ここで指摘される。
【符号の説明】
【００３４】
１…蒸発器ユニット
２…体積流量
３…気体流
４…第１区分
５…第２区分
６…熱エネルギーの第１の量
７…部分的な領域
８…残りの領域
９…熱エネルギーの第２の量
１０…入口
１１…長さ
１２…全長
１３…温度センサ
１４…装置
１５…リザーバ
１６…１回分作動するポンプ
１７…ライン部
１８…自動車
１９…内燃機関
２０…排気システム
２１…ＳＣＲ触媒コンバータ本体
２２…ポート
２３…コントローラ
２４…触媒コンバータ
２５…流れマニピュレータ
２６…入口領域
２７…出口領域
２８…流れ方向
２９…第１加熱エレメント
３０…第２加熱エレメント
３１…第３加熱エレメント
３２…熱エネルギーの第３の量
３３…フローダクト
３４…ハウジング
３５…端部領域
【図１】
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【図２】
2012505337.tif 000004
【国際調査報告】
2012505337.tif 000005
2012505337.tif 000006
2012505337.tif 000007
2012505337.tif 000008
2012505337.tif 000009
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