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CN101306307A - 废气清洁系统 - Google Patents

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CN101306307A
CN101306307A CNA200810005386XA CN200810005386A CN101306307A CN 101306307 A CN101306307 A CN 101306307A CN A200810005386X A CNA200810005386X A CN A200810005386XA CN 200810005386 A CN200810005386 A CN 200810005386A CN 101306307 A CN101306307 A CN 101306307A
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CN
China
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exhaust gas
cleaning system
gas cleaning
reaction medium
aforesaid right
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CNA200810005386XA
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English (en)
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S·赫希伯格
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Sulzer Chemtech AG
Original Assignee
Sulzer Chemtech AG
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Publication date
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Abstract

一种用于含NOx的废气的废气清洁系统，包括从废气源(2)向催化转化器(13)传送含NOx的废气流的封闭通路(14)，其中计量元件(7)设置在催化转化器(13)的上游以便将液体反应介质排出到废气流内。蒸发器(11)布置在计量元件(7)的下游，具有布置在废气流内将液体反应介质施加于其上的表面(15、16)，且在已蒸发的反应介质接触催化转化器之前，液体反应介质在计量元件的表面上蒸发。

Description

废气清洁系统
技术领域
本发明涉及一种用于清洁包含NOX的废气的系统，并且还涉及一种用于清洁包含NOX的废气的方法。本发明还涉及这种系统中的部件，尤其是混合器、蒸发器和计量元件。
背景技术
由于新的和较为严格的废气标准，柴油车也将不得不必须配备有催化转化器。自2009年10月1日起新的欧5(Euro 5)标准将会实施，且自2012年起欧6(Euro 6)标准将会实施。为了执行欧5标准，较小的运输车辆将要配备有废气清洁系统，该废气清洁系统包含改进了的催化转化器。为了满足欧6标准，机动车辆，尤其是带有柴油发动机的机动车辆将要配备有废气清洁系统，该废气清洁系统包含改进了的催化转化器。由于富氧废气中NOX的降低，通常的三通催化转化器不能在奥托循环发动机(Otto engines)中使用。具有富氧废气的发动机通常为柴油发动机和贫燃(learn-burn)发动机。对于富氧废气而言一种可能的备选方案是SCR催化转化器(选择性催化还原)，在SCR催化转化器中，含NOX废气和氨的气体混合物中的NOx同样在存在氧气时被大部分地还原成氮气(N2)。然而，氨由于其有毒的特性而不能携带在汽车中并以计量量进行供给。因此，系统在汽车工业中受到欢迎，在该系统中，无害的尿素-水溶液在废气的流动中热分解成氨和二氧化碳(CO2)。这样产生的氨的量将会按化学计量地与废气中包含的NOX的量成比例。因此，计量系统必须能够相对精确地被调节或至少被控制，而且还应当具有短的响应时间。
将尿素-水溶液计量地添加到废气中并与其混合是个技术难题，因为直到今天还没有找到令人满意的解决方案，尤其是当因安装条件而仅能获得有限的空间量时。
由于驾驶时发动机上的载荷变化相当地大，于是柴油车废气系统的操作点也极大地变化。在最低的典型载荷时及在最高载荷时的废气质量流量之间，可存在接近于10的系数。取决于发动机大小和车辆大小，100公斤/小时的最大的废气质量流量可在很低载荷时注入废气清洁系统内。废气质量流量在最大载荷时至少达到800公斤/小时。
温度可在冷起动操作时的150度和在烧尽(burn off)插在废气清洁系统上游的颗粒过滤器期间的700度至750度之间变化。尿素水溶液的计量添加以及废气中的NOX由此向N2的转换，在先地从150摄氏度的废气温度时被激活，尤其是从200摄氏度的废气温度。尿素水溶液的质量流量总计处于汽油消耗的3％至5％之间，该尿素水溶液必须以计量的方式添加到废气中以便产生所需的NOX和氨的按化学计量的混合物。
通过尿素水溶液的计量添加和混合而额外造成的压力损失很关键，这是因为发动机功率通过排气系统内的压力损失而被降低，从而得到尽可能小的压力损失。
通常，排气管直径大约为50毫米至100毫米。催化转化器距可能地多个混合点中的第一个的间隔通常处于4个管直径至5个管直径之间。
尿素水溶液的分解可能发生不同的反应。一种可能是分解成异氰酸和氨。异氰酸非常不稳定且可快速产生(run through)不同的反应，例如聚合成氰尿酸。尿素可经由热解作用分解成双缩脲(C2H5N3O2)和氨。而且，在尿素的加热期间，可产生少量的二缩三脲和三聚氰胺。这些反应产物的大多数具有在某些情形下超过300摄氏度的非常高温的熔点，且因此可导致操作时在废气管道内的内藏部件上形成层并可在上方堵塞小缝隙和小孔。因此不应将尿素水溶液添加到SCR催化转化器中，因为作为沉淀物的结果可降低催化转化器的效率甚或是完全地阻塞催化转化器的个别通道。为了尽可能少地产生不希望的副反应以及因而在尿素水溶液的分解期间产生的不希望的材料，已研制出特定的水解催化剂，该水解催化剂有利于尿素(CO(NH2)2)和水(H2O)转化成氨(NH3)和二氧化碳(CO2)。在专利EP0487886B 1中说明了这种水解催化剂。根据该专利说明书，借助于水解催化剂可达到状况，在该状况下，在尿素水溶液分解期间，所需的水解反应在160摄氏度的温度之前差不多完全地发生。
在尿素水溶液计量添加的大多数公知的技术实现中，使用了将尿素水溶液雾化成细微液滴的液体喷射扩散器。
在专利说明书US5968464和US6361754B1中说明了一种方法，在该专利说明书中，尿素水溶液在单独的热解作用室内蒸发并转化成氨和二氧化碳。直到尿素水溶液已被转化，气体才进入实际的排气系统并随后同废气流混合。专利说明书US6203770B1、WO97/36676、US6834498B2也说明了类似方法。
专利US7090810B2说明了一种用于在发电站中进行相关废气清洁的方法，在该专利中，一部分的废气被分出来。尿素水溶液在单独的室内被添加到分出来的废气流中，被蒸发并通过热解作用转化成氨和二氧化碳。废气分流然后通过风扇和静止混合器再次同主流混合。
根据WO98/22209的方法，液态的尿素水溶液以液滴的形式添加到废气中。未完全蒸发的液滴通过催化剂上游的液滴分离器被再次地从废气中移除。
专利WO98/28070中说明了一种方法，在该专利中，尿素水溶液在经由喷嘴喷射进入废气之前被置入压力下并被加热。蒸发通过过热液体的缓和而被加速。
专利申请WO2004/079171A1中说明了一种由内部的多孔肋条装配而成的联合蒸发分布器。在多孔结构的内部意欲分布和蒸发尿素水溶液。根据该申请，蒸发能量通过肋条借助于热传导从热废气流中移除。气态氨于是可通过肋条内的孔逸出。结果，这些肋条在作为蒸发器的同时并作为氨的分布栅格。机动车辆中废气清洁系统应用所需的宽温度范围对应这种溶液可证明是有问题的。
在已公知溶液的至少一些中出现了下列问题。因实际原因通常选择借助于分配一种材料的喷嘴进行注射。用语分配一种材料的喷嘴被特定地用于液体喷射雾化器，在该液体喷射雾化器中，仅待雾化的液体经由喷嘴泵送。在双材料分配喷嘴中，除了待扩散的液体外，气体也被泵送到喷嘴内，从而可改善扩散。对于气体压缩而言无可否认地需要压缩设备。这种分配一种材料的喷嘴通常产生沙得直径范围为70微米至90微米的液滴，但也可产生高达200微米的个别液滴。由于上文所述的污染问题和阻塞问题，必须采用无液滴可进入催化转化器的汽车。液滴向催化转化器的飞行时间总计仅为几毫秒，这不足于在飞行阶段蒸发较大的液滴。为此，至少较大的液滴必须从废气中析出并必须蒸发成液体膜。因此使用了联合的混合蒸发元件。为了气流中的液滴在该元件处实际地析出，气流必须经由元件进行偏转。这迫使一定的小量的压降以及因而降低了发动机功率。实践中，根据DE2205371使用具有交叉通道结构的混合器作为联合的混合蒸发器已证明了其自身。具有交叉通道结构的混合器的压降不可否认地高于混合器元件的压降，借助于混合器元件，通路中气流的偏转可经由引导元件而实现。
发明内容
因此，本发明的目的是避免包含尿素水溶液的液滴排出到催化转化器中，尤其是排出到SCR催化转化器中。如果尿素水溶液进入催化转化器中，这将导致催化转化器堵塞并因而引起催化效果的降低/恶化。
本目的通过一种废气清洁系统而达到，该废气清洁系统包括封闭通路，在该封闭通路中，含NOX的废气流从废气源传送到催化转化器，其中，计量元件提供在催化转化器的上游以便液体反应介质排出到废气流内。蒸发器布置在计量元件的上游，具有布置在废气流内的表面，液体反应介质被施加在该计量元件上并且在已蒸发的反应介质接触到催化转化器之前，液体反应介质在计量元件的表面上被蒸发。根据尤其有利的实施例，液体反应介质的应用直接发生在蒸发器的表面上。计量元件因而定位在蒸发器面对流动的侧面。蒸发器优选形成为膜蒸发器。混合器可紧随蒸发器布置并包括静止混合器元件。混合器布置在蒸发器的下游以便产生废气流内液体反应介质的均匀分布。颗粒过滤器布置在废气源和计量元件之间以便析出(precipitate)削弱催化转化器功能的灰尘和颗粒。根据另一实施例，膜蒸发器同时形成为混合器。根据另一实施例，蒸发器和/或混合器具有交叉通道结构，该交叉通道结构根据DE2205371具体地设计。蒸发器的表面由良好的导热材料构成，由此形成在引导元件表面上的液体膜借助于引导元件和液体膜之间的热交换在短的路径之后完全地蒸发。除了钢之外，其优选地包含合金元素以便提高热传导性，其它的良好的导热金属材料，尤其是铜合金或具有高的热传导性的陶瓷被采用。
根据另一实施例，蒸发器的表面包括多个引导元件，该引导元件大致沿着主流动方向布置，且可部分地为肋状(ribbed)。引导元件在布置在通路中心位置的引导元件周围呈星形排列。引导元件具体地形成为环形引导元件。计量元件的至少一部分为催化活性的，尤其是用于水解的催化活性。至少一个计量元件突出到通路内。多个计量元件也可突出到通路内以便液体反应介质均匀分布在通路内。计量元件包含用于在蒸发器表面上施加液体反应介质的进给管线，且尤其是具有计量孔的管子，通过该计量孔，液体反应介质具体地也就是尿素水溶液被引导到蒸发器的表面上。分布元件形成为具有出口孔或喷嘴的毛细管。出口孔的区域内可设置弯曲部，以便液体反应介质可理想地分布在蒸发器的表面上。进给管线向多个分布元件进给以便改善液体反应介质的分布，从而增加了布置在通路内的用于液体反应介质的进给点数目。由于传输尿素水溶液的管线内的有害沉淀物而引起的阻塞危险，必须留意尿素水溶液经由其流过的管线或窄缝隙不可加热到超过100摄氏度的温度。这可通过各种测量而实现，其中，计量元件包括用于防止液体反应介质过早蒸发的装置。该装置具体地形成为相对于废气流绝热，例如像计量针的壁的绝热那样。该装置可包括热电Peltier冷却元件以便液体反应介质的冷却。备选地，该装置借助于冷却环路或通过尿素水溶液的一部分在冷却套内的连续再流通而实现液体反应介质的调节。计量元件可包含冷却剂通路，该冷却剂通路具有用于供给冷却剂的冷却剂管线并且还具有用于移除冷却剂的冷却剂管线。通路可形成为圆柱形管子或“针”，分布元件布置在该圆柱形管子或“针”内，由此冷却液体可绕着分布元件在各处流动。通路为U形和/或具有分隔壁。管路还可由彼此同心延伸的两个管子所包围从而形成双管。
液体反应介质具体地包括尿素水溶液。
尤其优选的是当根据前述实施例中的一个的废气清洁系统应用于车辆中，尤其是用于配备有柴油发动机的出租车或运输车辆。通过提供以膜或细流向蒸发器施加液体反应介质的计量元件，避免了液体反应介质的液滴被一起携带进催化转化器并随后引起了催化转化器的污染或阻塞。
用于清洁含NOX的废气的方法，包括步骤：将含NOX的废气流从废气源导入通路内，将液体反应介质施加到蒸发器上，液体反应介质在蒸发器的表面上蒸发，已蒸发的反应介质同NOX在催化转化器内反应。在进入催化转化器之前，充有已蒸发反应介质的废气流在混合器内发生混合。尽管存在着氧气，NOX在催化转化器内同包含在气体混合物内的氨仍被还原成N2。
附图说明
本发明在附图的帮助下将在下文中进行解释，附图中：
图1：废气清洁系统的示意图；
图2：计量元件、膜蒸发器以及通路内混合器的第一视图；
图3：根据按照图2的实施例的计量元件和膜蒸发器的第二视图；
图4：根据第二实施例的计量元件和膜蒸发器的布置；
图5：根据第三实施例的膜蒸发器的布置；
图6：根据第四实施例的膜蒸发器的布置；
图7：根据第一实施例的计量元件；
图8：根据第二实施例的计量元件；
图9：根据第三实施例具有多个变型的计量元件；
图10：根据第四实施例具有多个变型的计量元件；以及
图11：废气清洁系统另一变型的示意图。
具体实施方式
根据本发明使用废气清洁系统，如同图1所示意性地示出那样，通过使用催化转化器尤其是SCR催化转化器，含NOX的废气流1借助于液体反应介质尤其是尿素水溶液进行清洁。废气流1自诸如发动机尤其是柴油发动机的废气源2中排出，并包含NOX。废气流导入灰尘和废气源2上游的颗粒过滤器3内。随后，包括尿素水溶液的液体反应介质被添加到无灰尘和颗粒的废气流1中。尿素水溶液保持在贮器4内直至使用时。贮器4经由进给管线5连接至计量元件7，借助于进给管线5，液体反应介质被施加到蒸发器上。传送装置，尤其是泵6，可提供在进给管线内以便提供进给压力和/或以便改善液体反应介质的传送。计量元件7由冷却套8所包绕，冷却剂管线9排放在冷却套8内，而另一冷却剂管线10离开冷却套8。在该图中示出了冷却介质从发动机的冷却剂环路中分出来。紧随计量元件7，膜蒸发器11设置在废气流内。蒸发器11为膜蒸发器，其直接从废气中抽取所需的能量。如果灰尘和颗粒从颗粒过滤器上游的废气流1中被完全地消除，则可仅使用这种蒸发器。紧随着蒸发器，提供了混合器12，该混合器12具体地为静止混合器。在穿过混合器12后，废气流和分布在其内的已蒸发反应介质被导入到催化转化器13中。在此借助于还原反应，产生了NOX随同尿素水溶液向N2的完全转化。如果处理之后没有需要隔离的其它部件，从催化转化器中逸出的废气在可能的另一冷却步骤后可排出到环境中。
图2示出了计量元件7的布置、膜蒸发器11以及封闭通路14内混合器12的第一实施例，废气流1经由封闭通路14引导。为了使得安装成为可见的，通路被部分地切开。每一计量元件7形成为具有一个或多个出口开口的管子，图中没有示出该一个或多个出口开口。液体反应介质，例如尿素水溶液，经由出口孔到达蒸发器11的表面。蒸发器包含多个引导元件(15、16)，该多个引导元件(15、16)具体地形成为薄壁引导元件并且沿流动方向延伸以便提供尽可能低的流动阻力。引导元件15在其外边缘处紧固在通路14的内表面上，例如通过焊接连接。为了提高形成稳定性以及为了改善径向引导元件之间的热交换，环形引导元件16，其具体地形成为相对于通路14同心的管子，经过引导元件15。因此，通路截面通过引导元件划分为设计成尽可能相似的多个通路元件。在该连接中，引导元件的表面优选沿导致膜蒸发器最小压力损失的流动方向延伸。在所示实施例中，引导元件15表示为平坦表面。为了至多以压力损失无实质的提高而提高热交换表面，也可提供具有表面结构的引导元件，例如锯齿形轮廓或波浪状结构。隆起物(锯齿形轮廓中的峰部或边缘)优选沿流动方向排列，但如果不会导致压力损失的大幅提高也可与流动方向成一定角度地倾斜。
图3示出了根据第一实施例沿废气流动方向观察的膜蒸发器11和计量元件7的视图。为了清楚计量元件的基本构成，切开了计量元件中的一个。计量元件7包括用于获得尿素水混合物的通路18以及其内流通冷却剂的冷却套17。冷却剂经由冷却剂管线9供给并经由冷却剂管线10移除。通路18为用于尿素水溶液的进给管线5的延续，该尿素水混合物从贮器4中移除或者通过泵6进行传送。借助于分布器元件19，尿素水混合物分布在引导元件15的表面上。如果分布器元件19为喷嘴30(见图7)，则尿素水混合物作为喷雾被施加到引导元件15的表面上。喷雾润湿了该表面且可导致形成连续的液体膜或细流。表面相对地大，借助于热转移出直接进入液体膜的热废气，该表面将会是必需的以便转移用于液体蒸发的能量。然而，对于给定的小的液体载荷，在表面上分布液体膜例如完全地润湿表面是困难的。由于蒸发器的良好的导热性，热量初始间接地转移出废气进入蒸发器内，通过蒸发器结构内的热传导传输到细流并在此导入在引导元件表面上流动的细流内。即使是当液体膜仅润湿了引导元件15和/或环形引导元件16的很小部分的表面，这种蒸发器也会运转。蒸发器应当设计成使得引导元件(15、16)一方面具有大表面以便热从废气中转移进入蒸发器体中，该蒸发器体通过引导元件(15、16)形成，例如通过适当的肋条布置和/或通过有关图2所提及的表面提高结构。另一方面，引导表面(15、16)应当设计成使得蒸发器内的热传导仅必须发生在短距离内。蒸发器引导元件的所有表面大致沿流动方向排列，以便蒸发器体总体上保持轻微的流动阻力。根据特定的优选实施例，经由蒸发体形成的流动通路的截面分布在通路14的整个截面上，如果可能的话彼此相距均匀的距离，以便膜蒸发器作为在通路内流动的废气必须在其周围流动的障碍物，不会在废气通路中引起单侧的流动分布。尿素水在其上流动的引导元件表面优选水平向上排列，以便液滴不会因重力的影响而形成和分离。蒸发器引导元件的收集表面应当选择成特别的大以便能够毫无问题地保证热转移功能。另一方面，截面的体积和阻塞比例优选地选择成尽可能的小，确切地说是水力直径将选择成尽可能的大，以便蒸发器保持轻微的流动阻力。
膜在其上流动的蒸发器部分可覆盖有用于水解的影响尿素水溶液优选转化成NH3和CO2的催化转化器。
图4示出了计量元件7与膜蒸发器11的另一组合。对比图2或图3的实施例，计量元件7没有被设计成伸入通道14内的臂而是经过通道14。多个这样的计量元件可布置成彼此交叉或平行(未示出)。该图中不可见的分布元件，将液体反应介质引导到引导元件15和/或引导元件16的表面上。
在根据图5的说明中，膜蒸发器的引导元件15呈星形排列并固定在其以保持元件为中心的适当位置，该保持元件位于通道14的轴线上或经过连接通路14的壁的连接物上。引导元件还可选择性地装接到通路14的内壁上。
图6示出了膜蒸发器11以及计量元件7关联布置的又一实施例。膜蒸发器11包括沿流动方向延伸的多个引导元件15。引导元件优选布置成彼此平行且彼此大致相距相同距离。可设置至少一个支承元件20，以便在运转中不会变更引导元件的间距。引导元件7直接布置在引导元件15的至少某一部分的上游。借助于计量元件通过液体反应介质湿润了引导元件的至少一个表面，以便形成膜或细流。根据优选的布置，引导元件大致水平排列以便在引导元件的上表面上形成膜。膜通过废气的流动而沿着表面被向前驱动，并通过因热传导而产生的从引导元件至膜的热转移以及通过因在膜侧表面上的对流而产生的热转移而被蒸发。
膜和细流可以不同的方式产生。一方面，液体可借助于喷嘴进行雾化或作为喷流沿蒸发器方向喷射并沉淀在蒸发器的表面上。图7中示出了具有分布器元件19的计量元件的实施例，该分布器元件19形成为喷嘴30。分布器元件19还可包括用于雾化液体反应介质的装置。根据图2和图3中所示实施例，计量元件17突出到废气流内，并且包括通路18、冷却套17以及还包括至少一个分布器元件19。在冷却套17的内部，从入口经由冷却剂管线9在大致U形路径上引导冷却剂直至其进入冷却剂管线10为止。通过绕着在内管20内延伸的通路18同心布置的两个管子21、25，从而形成了冷却剂通路。因此，冷却剂通路由管子(20、21、25)的套表面所包围。由于冷却剂通路布置成绕着通路18，向分布器元件或元件19提供了其内接收分布器元件19的孔。根据未示出的变型，如果分布器元件包括喷嘴30(见图7)，则冷却剂通路可仅部分地包绕通路和/或分布器元件。如图3、图4或图5(没有计量元件)所示出的那样，分布器元件在引导元件15的表面上指引液体反应介质的流动。
另一方面，液体经由进给管线可直接引向蒸发器的首端并可在此产生膜。图8示出了关联计量元件的实施例。该计量元件可用在例如根据图6的布置中。在图8上部的截面中示出了计量元件7。在图8的下部示出了计量元件的纵向截面。计量元件7包括彼此相对地同心布置的两个管子(20、21)。内管20包含通路18，液体反应介质经由该通路18流动。液体反应介质经由进给管线5进入通路18，且经由具体地形成为开槽的孔22沿膜蒸发器11的方向离开通路，图8中未示出该膜蒸发器11。进给管线5通向绕通路14布置的环形通路23，该通路14用于在周边分布液体反应介质。液体反应介质流经通路14进入如图6所示的计量元件的布置。在装配计量元件的各个点，通路14包含孔24，以便液体反应介质可进入计量元件7。冷却通路绕着引导液体反应介质的通路(18、23)布置。冷却剂通路包括绕着环形通路23布置的环形通路并且还包括外管和内管20之间的中间空间。冷却剂经由冷却剂管线9而供给并经由冷却剂管线10而移除。
如果尿素水溶液仅润湿了小部分的蒸发器或如果流动轮廓不规则，则氨和在该处产生的NOX之间的比率在通道14的整个截面上不连续。该情形中，适合的静止混合器12紧跟膜蒸发器11。静止混合器加强了通路14中存在的涡流并产生了另外的加强的大漩涡，这些大漩涡支持反应介质横穿主流动方向的大量分布，换句话说尤其是从尿素水溶液中形成的氨。这种混合器的不同构成进行了讨论(come intoquestion)。不会引起流动分离的静止混合器对于压力损失尤其有利。DE19539923C中描述了具有尤其有利的压力损失的混合器的示例。漩涡产生表面布置成它们在此根本不会展示出流动的任何分离。然而，各种情形中仅一个被描述的引导板布置可用于废气通路，该引导板在通路内产生了大漩涡并因而引起了在周边和中心管截面的混合。如果废气管在蒸发器和催化转化器之间具有排气歧管，则这些排气歧管所产生的副流(secondary flow)也可用于混合。具有经由排气歧管引导的自旋(spin)的管流，还具有低于经由相同排气歧管的无自旋管流的压力损失。产生大漩涡以及因而在管流内引起自旋的混合器，因此甚至或许可在蒸发器之后降低废气流的压力损失。
图9示出了计量元件的另一实施例。计量元件形成为管子21，管子21在通道14壁内的两个相对设置的孔之间延伸。计量元件在其内部包含至少一个毛细管25，借助于毛细管25，液体反应介质尤其是尿素水溶液分布在引导元件15上。为此，毛细管在液体反应介质的排出位置可具有弯曲部26，由此液体反应介质以一定角度撞击引导元件，以便液体反应介质湿润引导元件。图9的左方部分和图9的右方部分示出了引导元件两种不同的布置，其分别对应于图2和图6中的布置。此外，图9的左方部分示出了毛细管25以及包绕这些毛细管的冷却套不需布置在中央。图9的中间部分示出了通路14纵向截面的一部分。在此，各情形中示出的两个毛细管具有多个出口孔27。
图10示出了包含反应介质的毛细管25、毛细管冷却套17以及通路14内毛细管布置的另一可能的实施例。图10的左方部分在这点上对应于图9的中间部分，图中略去了引导元件。一个或多个毛细管25延伸在形成通路18的冷却套17内。根据上文所述的变型，通路18为U形。冷却剂经由冷却剂管线9向计量元件进给，并经由冷却剂管线10离开计量元件。在下文示出的变型中，示出的通路18具有布置在中间的分隔壁28，代替U形弯曲管。图10的中间部分和右方部分示出了通路14沿流动方向具有计量元件7和引导元件15的一半视图。如图9中那样，示出了引导元件的两种不同布置以及计量元件7的不同布置。图10的中间部分示出了在通路14的周边以环形分布的计量元件，计量元件突出到通路内并可根据图3、图7或图10的左方部分进行设计。如图9中那样，计量元件7可包括多个毛细管25或具有多个出口孔的毛细管。图10的右方部分还示出了通路14内不同类型的计量元件7的组合。例如，包括设计成U形通路18的冷却套17的计量元件可与包括具有包含分隔壁28的通路18的冷却套17的计量元件相组合。
图11示出了又一实施例，根据该实施例，膜蒸发器11像DE2205371中所描述的那样形成为具有交叉通道结构的混合器。这种混合器包含至少一个混合元件，沿相同方向流动的液体介质渗入该混合元件。混合元件包括形成彼此接触的流动通路的层。具有一层的流动通路的纵向轴线至少在群内大致相互平行地延伸。至少两个邻近层的流动通路至少彼此相对地敞开。邻近层的流动通路的纵向轴线根据有利的实施例彼此相对地倾斜。邻近的混合器元件的层在混合器纵向轴线附近可以一定角度彼此相对地倾斜。对于同图1相比较没有变更的废气清洁系统的部件，参照图1的说明。膜蒸发器11和混合器12因而组合成位于上游的计量元件7和下游的催化转化器13之间的一个部件。在图11的说明中，扩散器布置在计量元件7和膜蒸发器11之间。扩散器29可包含引导元件，该引导元件同样可给予膜蒸发器的功能。根据另一未示出的变型，计量元件直接位于扩散器上游的膜蒸发器的前方。根据图11的布置具有另一优点，混合器和蒸发器的组合布置可直接发生在催化转化器的前方并因而可获得较大的截面，从而可大大地降低压力损失。蒸发的反应介质与废气流的彻底混合可借助于具有交叉通道结构的混合器/蒸发器(11、12)而实现，从而可略去混合器/蒸发器(11、12)和催化转化器之间的中间空间。借助于计量元件7，在此被蒸发并同时混合的液体膜被施加到混合器/蒸发器上。图11的变型可以任何所需的方式与结合图1至图10描述计量元件的布置、类型或数量的实施例相结合，以及与膜蒸发器的实施例相结合。
各种情形中，构成必须选择成使得所有液体全部到达蒸发器并且没有一滴可通过气流(current)自此处带离。为保证这点，对于溶液使用雾化喷嘴是不容易的。
如果尿素水溶液借助于管线直接引向蒸发器，则该管线应借助于分离环路良好地控制温度以及此外还最终地隔热，因为无论如何必须防止尿素水溶液总是在计量元件内蒸发的状况。为了冷却，马达冷却剂环路的一部分例如可分离处理并经由该管线流通。根据有利的实施例，尿素水溶液的计量借助于形成为计量针的计量元件而进行，该计量针直接从形成封闭管路的排气管的边缘指向膜蒸发器的引导元件表面上的计量点，由此向该表面施加液体膜。计量针包括用于冷却水的同心双管。冷却水流进管内到达计量点且在此偏转并经由外管和内管之间的缝隙被再次带回。由于低的质量流，用于尿素水溶液的实际管线可如同冷却管线内的毛细管那样实现。质量流可借助于简单的泵进行控制。为了在废气通路内实现氨的良好的预分布，可在蒸发器上的多个位置内产生细流。为此，分布在通路周边的多个计量元件被具体地提供。如果通向计量元件的进给管线通过发动机冷却环路控制温度，关于这一点还应确保对于产生计量时不会存在毛细管的障碍物的问题。如果整个计量将经由简单的泵和整束的毛细管而产生，则进入不同计量点的体积流量可经由各个毛细管的长度进行控制。

Claims (32)

1.一种用于含NOx的废气的废气清洁系统，包括在其中从废气源(2)向催化转化器(13)传送含NOx的废气流的封闭通路(14)，其中，计量元件(7)设置在所述催化转化器(13)的上游，以便将液体反应介质导入到所述废气流内，其特征在于，蒸发器(11)布置在所述计量元件(7)的下游，具有布置在所述废气流内、所述液体反应介质施加于其上的表面(15、16)，且在被蒸发的反应介质接触所述催化转化器(13)之前，所述液体反应介质在它的所述表面(15、16)处蒸发。
2.根据权利要求1所述的废气清洁系统，其特征在于，所述蒸发器形成为膜蒸发器。
3.根据权利要求1或2所述的废气清洁系统，其特征在于，颗粒过滤器(3)布置在所述废气源(2)和所述计量元件(7)之间。
4.根据上述权利要求中任一项所述的废气清洁系统，其特征在于，混合器(12)布置在所述膜蒸发器(11)的下游。
5.根据权利要求4所述的废气清洁系统，其特征在于，所述混合器(12)包括静止的混合器元件。
6.根据上述权利要求中任一项所述的废气清洁系统，其特征在于，所述蒸发器(11)同时形成为混合器。
7.根据上述权利要求中任一项所述的废气清洁系统，其特征在于，所述蒸发器(11)和/或所述混合器(12)具有交叉的通道结构。
8.根据上述权利要求中任一项所述的废气清洁系统，其特征在于，所述蒸发器(11)的所述表面(15、16)包括良好的导热材料。
9.根据权利要求8所述的废气清洁系统，其特征在于，所述良好的导热材料包括必要时包含合金元素的钢、其它的金属材料、铜合金或高导热性的陶瓷。
10.根据上述权利要求中任一项所述的废气清洁系统，其特征在于，所述蒸发器的所述表面包括多个引导元件(15、16)，所述引导元件(15、16)大致沿所述废气流的主流动方向布置。
11.根据权利要求10所述的废气清洁系统，其特征在于，所述引导元件(15、16)中的至少一部分为肋状的。
12.根据权利要求10或11所述的废气清洁系统，其特征在于，所述引导元件(15)呈星形排列在布置在所述通路中心位置内的引导元件(16)周围。
13.根据上述权利要求中任一项所述的废气清洁系统，其特征在于，所述表面中的至少一部分为催化活性的。
14.根据权利要求13所述的废气清洁系统，其特征在于，所述催化活性表面包括用于水解的催化活性表面。
15.根据上述权利要求中任一项所述的废气清洁系统，其特征在于，计量元件(7)中的一个或多个突出到所述通路(14)内。
16.根据上述权利要求中任一项所述的废气清洁系统，其特征在于，所述计量元件(7)包含用于将液体反应介质导入到所述废气流内的进给管线(5)和用于在所述蒸发器的表面上分布所述液体反应介质的分布元件(19)。
17.根据权利要求16所述的废气清洁系统，其特征在于，所述分布元件(19)形成为具有出口孔(27)或喷嘴(30)的毛细管(25)。
18.根据权利要求17所述的废气清洁系统，其特征在于，弯曲部(26)设置在所述出口孔(27)的区域内。
19.根据上述权利要求16至18中任一项所述的废气清洁系统，其特征在于，所述进给管线(5)进给多个分布器元件(19)。
20.根据上述权利要求16至19中任一项所述的废气清洁系统，其特征在于，所述计量元件包括用于防止所述液体反应介质过早蒸发的装置。
21.根据权利要求20所述的废气清洁系统，其特征在于，所述装置形成为相对于所述废气流的绝热体。
22.根据权利要求20所述的废气清洁系统，其特征在于，所述装置形成为用于冷却所述液体反应介质的热电Peltier冷却元件。
23.根据上述权利要求16至22中任一项所述的废气清洁系统，其特征在于，所述计量元件(17)由形成为通路(18)的冷却套(17)包绕，其包含用于供给冷却剂的冷却剂管线(9)和用于移除冷却剂的冷却剂管线(10)。
24.根据权利要求23所述的废气清洁系统，其特征在于，所述通路(18)形成为所述分布器元件(19)布置在其内的圆柱形管子，由此冷却液体可绕着所述分布元件(19)在各侧流动。
25.根据权利要求23或24所述的废气清洁系统，其特征在于，所述通路(18)为U形。
26.根据上述权利要求23至25中任一项所述的废气清洁系统，其特征在于，所述通路(18)具有分隔壁(28)。
27.根据上述权利要求23至26中任一项所述的废气清洁系统，其特征在于，所述通路(18)由一个位于另一个内同心地延伸的两个管子(21、25)所包围。
28.根据上述权利要求中任一项所述的废气清洁系统，其特征在于，所述液体反应介质包括尿素水溶液。
29.根据上述权利要求中任一项所述的废气清洁系统，其特征在于，所述废气清洁系统用于机动车辆中。
30.一种用于清洁含NOx的废气的方法，包括步骤：将含NOx的废气流从废气源(2)导入通路(14)内，将液体反应介质导入所述废气流内，在蒸发器(11)的表面(15、16)上蒸发所述液体反应介质，以及将已蒸发的反应介质同NOx在催化转化器内反应。
31.根据权利要求30所述的方法，其特征在于，充有已蒸发反应介质的所述废气流在混合器内发生混合。
32.根据权利要求30或31所述的方法，其特征在于，NOx在有氧气的情况下在所述催化转化器(13)内同包含在气体混合物内的氨被还原成N2。
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