СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ГАЗООБРАЗНОЙ СМЕСИ Российский патент 2012 года по МПК F01N3/20 

Настоящее изобретение относится к способу и устройству для приготовления газообразной смеси, содержащей восстановитель и/или предшественник восстановителя. Предлагаемый в изобретении способ и предлагаемое в изобретении устройство используются главным образом для дозированной подачи восстановителей, предназначенных для восстановления оксидов азота в отработавших газах (ОГ), образующихся при работе двигателей внутреннего сгорания (ДВС).

Отработавшие газы, образующиеся при работе двигателей внутреннего сгорания, содержат вещества, выброс которых в окружающую среду нежелателен. Так, например, во многих странах приняты нормы, устанавливающие предельно допустимое содержание оксидов азота (NO_x) в ОГ ДВС. Наряду с реализуемыми в самом ДВС мерами, предусматривающими выбор максимально приемлемого режима работы ДВС и позволяющими понижать содержание оксидов азота, широко используются методы последующей обработки с целью дальнейшего понижения содержания оксидов азота в ОГ, выбрасываемых в окружающую среду.

Одним из методов дальнейшего понижения количества выбрасываемых в окружающую среду оксидов азота является так называемое селективное каталитическое восстановление (СКВ). При осуществлении этого метода обеспечивается селективное восстановление оксидов азота до молекулярного азота (N₂) с применением восстановителя. В качестве восстановителя может применяться аммиак (NH₃). При этом аммиак часто хранится не в виде аммиака как такового, более того, для его получения используется предшественник аммиака, который по мере необходимости превращают в аммиак. В качестве предшественников аммиака можно использовать, например, мочевину ((NH₂)₂CO), карбамат аммония, изоциановую кислоту (HCNO), циануровую кислоту и т.д. Было установлено, что наиболее просто хранится прежде всего мочевина. Мочевину предпочтительно хранить в виде водного раствора. Мочевина и прежде всего ее водный раствор не представляют опасности для здоровья, отличаются простотой их транспортировки заказчикам и хранения. Подобный водный раствор мочевины имеется в продаже под маркой "AdBlue".

Из DE 19913462 А1 известен метод, при осуществлении которого водный раствор мочевины дозированно подают перед катализатором гидролиза в отдельный поток ОГ ДВС. При попадании на катализатор гидролиза в процессе работы происходят гидролиз и термолиз мочевины до аммиака, который используется в качестве восстановителя в расположенном ниже по ходу потока ОГ СКВ-катализаторе. Недостаток описанного выше метода состоит в том, что катализатор гидролиза охлаждается вследствие испарения водного раствора мочевины. В том случае, когда аммиак требуется прежде всего в больших количествах, из-за его воздействия по меньшей мере отдельные участки катализатора гидролиза могут охлаждаться до столь низкой температуры, при которой на них реакция гидролиза прекратится полностью или будет протекать не полностью.

Исходя из вышеизложенного в основу настоящего изобретения была положена задача разработать способ и устройство, которые позволяли бы по меньшей мере снизить остроту известных из уровня техники технических проблем.

Эта задача решается с помощью устройства и способа, отличительные признаки которых представлены в соответствующих независимых пунктах формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления изобретения приведены в соответствующих зависимых пунктах формулы изобретения.

Предлагаемое в изобретении устройство предназначено для приготовления газообразной смеси, содержащей по меньшей мере одно из следующих веществ:

а) по меньшей мере один восстановитель, содержащий аммиак, и

б) по меньшей мере один предшественник восстановителя, содержащий мочевину.

В устройстве предусмотрена расходная емкость для водного раствора, содержащего по меньшей мере один предшественник восстановителя и подаваемого из расходной емкости подающим средством в по меньшей мере один подводящий трубопровод с выходным отверстием. Также в устройстве предусмотрены средства для нагрева подводящего трубопровода, позволяющие нагревать по меньшей мере один подводящий трубопровод до температуры выше критической температуры, которая больше 300°С и превышает температуру кипения воды. Кроме того, устройство выполнено таким образом, что в процессе его работы по длине подводящего трубопровода отклонение температуры от средней температуры составляет не более ±25°С.

Под восстановителем согласно изобретению подразумевается такой восстановитель, который можно использовать при проведении процесса селективного каталитического восстановления оксидов азота. Так, в частности, в качестве восстановителя используется аммиак. Под предшественником восстановителя подразумевается такое вещество, при разложении которого образуется восстановитель или который взаимодействует с другими веществами, в результате чего образуется восстановитель. Так, в частности, такой предшественник аммиака, как например, мочевина может разлагаться или взаимодействовать с другими веществами с образованием аммиака. Под водным раствором подразумевается раствор предшественника восстановителя в воде, при этом в состав водного раствора могут входить и другие вещества. Под выходным отверстием подразумевается отверстие, через которое выходит газообразная смесь. Так, в частности, критическая температура представляет собой такую температуру, выше которой имеет место полное испарение водного раствора. Под понятием "полное испарение" подразумевается согласно изобретению прежде всего такое испарение, в процессе которого водный раствор испаряется в количестве по меньшей мере 90 мас.%, предпочтительно по меньшей мере 95 мас.%, наиболее предпочтительно по меньшей мере 98 мас.%. Критическая температура, как указано выше, составляет более 300°С, но предпочтительно ее значение превышает 350°С или даже 400°С, прежде всего примерно 420°С или даже 450°С. При потребности в больших необходимых количествах пара предпочтительно можно разместить несколько подводящих трубопроводов, например, в системах выпуска ОГ грузовых автомобилей. Под подводящим трубопроводом подразумевается проточный объем, ограниченный стенками. Так, в частности, речь может идти при этом о своего рода трубах или же о канале, ограниченном стенками. При этом канал может быть также выполнен в большей по размерам детали.

Предлагаемое в изобретении устройство обеспечивает предпочтительно испарение водного раствора предшественника восстановителя, например, водного раствора мочевины. В процессе испарения имеют место, с одной стороны, испарение предшественника восстановителя, а, с другой стороны, в зависимости от выбранной температуры также термолиз по меньшей мере отдельных количеств предшественника восстановителя до восстановителя. Ниже по ходу потока предпочтительно расположен катализатор гидролиза, на котором происходит превращение предшественника восстановителя в восстановитель. Катализатор гидролиза наиболее предпочтительно располагать в общем корпусе с подводящим трубопроводом. Тем самым облегчается проведение процесса поддержания равномерной температуры подводящего трубопровода и/или катализатора гидролиза, поскольку имеет место передача тепла от подводящего трубопровода к катализатору гидролиза и наоборот. В предпочтительном варианте этот корпус, а следовательно, и подводящий трубопровод и катализатор гидролиза нагреваются одним или несколькими нагревательными патронами, содержащими по меньшей мере по одному электрическому нагревательному сопротивлению. В наиболее предпочтительном варианте предлагаемое в изобретении устройство может представлять собой часть системы СКВ-катализаторов, которая обеспечивает сокращение доли содержащихся в ОГ ДВС оксидов азота. Предлагаемое в изобретении устройство наиболее предпочтительно использовать в системе выпуска ОГ транспортных средств, таких, например, как автомобили, двухколесные транспортные средства с двигателем, средства водного транспорта и летательные аппараты с двигателем.

Ограничение отклонения температуры от средней температуры по длине подводящего трубопровода значением ±25°С особенно важно для достижения длительной бесперебойной эксплуатации системы нейтрализации отработавших газов, в частности в мобильных приложениях изобретения. Постоянство температуры по длине подводящего трубопровода эффективно препятствует образованию отложений в подводящем трубопроводе. Соответствующие эксперименты неожиданно показали, что уже сравнительно небольшие колебания температуры в подводящем трубопроводе ведут к тому, что в более холодных местах трубопровода начинается выпадение осадка. Этот неблагоприятный эффект особенно проявляется при использовании мочевины, так как в этом случае на стенке трубопровода могут образовываться частично нерастворимые твердые отложения, что ведет к закупорке или, как минимум, к постоянному снижению пропускной способности подводящего трубопровода ввиду уменьшения его проходного сечения. Таким образом, изобретение обеспечивает поддержание заданных показателей эффективности работы системы нейтрализации отработавших газов на протяжении длительного периода эксплуатации и сокращает эксплуатационные расходы, в частности на очистку подводящего трубопровода.

Между расходной емкостью и нагреваемым подводящим трубопроводом можно размещать подающий трубопровод, нагрев которого не предусмотрен или температура которого поддерживается ниже критической температуры. Было установлено, что подобный подающий трубопровод наиболее предпочтительно нагревать до 80°С. Температуру подающего и подводящего трубопроводов и при определенных условиях расположенного ниже по ходу потока катализатора гидролиза можно регулировать предпочтительно отдельно или с использованием общего контура регулирования.

Согласно одному из предпочтительных вариантов выполнения предлагаемого в изобретении устройства подающее средство представляет собой насос.

Так, в частности, насос используется также для дозированной подачи водного раствора, т.е. для подачи водного раствора порциями в подводящий трубопровод. Предпочтительно при этом использовать в качестве подающего средства дозировочный насос. Под дозировочным насосом подразумевается прежде всего такой насос, который обеспечивает подачу определенных объемов в расчете на единицу времени или на ход поршня насоса. Максимальная мощность или производительность дозировочного насоса составляет прежде всего до 125 мл/мин, прежде всего до 30 мл/мин. Дозировочный насос обеспечивает предпочтительно непрерывный объемный поток, отклонение величины которого от номинальной величины потока составляет не более 5%. Дозировочный насос выполнен предпочтительно таким образом, чтобы он обеспечивал обратную подачу в расходную емкость прежде всего со значениями объемного расхода, равными обычной мощности или производительности насоса. Дозировочный насос обеспечивает абсолютное рабочее давление, составляющее предпочтительно 6 бар, прежде всего до 2 бар.

В соответствии еще с одним предпочтительным вариантом выполнения предлагаемого в изобретении устройства между подающим средством и подводящим трубопроводом установлен клапан, предназначенный для обеспечения дозированной подачи требуемого количества водного раствора.

В таком исполнении насос может длительно подавать водный раствор под заданным или задаваемым давлением, а дозированная подача может обеспечиваться путем открытия и закрытия клапана.

В следующем предпочтительном варианте выполнения предлагаемого в изобретении устройства средства для нагрева включают по меньшей мере один из следующих конструктивных компонентов:

а) электрический резистивный нагреватель,

б) средства для передачи тепловой энергии, обеспечивающие использование отходящего тепла по меньшей мере еще одного конструктивного компонента,

в) по меньшей мере одного элемента Пельтье и

г) средства для сжигания горючего.

При этом под еще одним конструктивным компонентом подразумевается прежде всего такой конструктивный компонент, который представляет собой, например, компонент транспортного средства и температура которого предпочтительно превышает критическую температуру. Так, например, речь может идти при этом о компонентах выпускного трубопровода или системы выпуска ОГ, прежде всего о носителе катализатора. При этом речь может также идти о проточных для теплоносителя, такого как масло, конструктивных компонентах или иных аналогичных конструктивных компонентах. Под электрическим резистивным нагревателем подразумевается обычный нагреватель, принцип действия которого основан на использовании омического тепла. Так, в частности, под электрическим резистивным нагревателем может также подразумеваться по меньшей мере один нагревательный элемент, изготовленный из материала, обладающего положительным температурным коэффициентом сопротивления (ТКС). Под материалом с положительным температурным коэффициентом сопротивления, так называемым ТКС-сопротивлением подразумеваются прежде всего такие электропроводные материалы, электрическое сопротивление которых увеличивается при повышении температуры. Такие сопротивления используются прежде всего в виде так называемых саморегулирующихся нагревательных элементов и изготовлены прежде всего из керамического материала, прежде всего из керамики на основе титаната бария. Согласно другому варианту могут также использоваться ТКС-сопротивления, изготовленные их полимерного материала, прежде всего из полимерного материала, содержащего частицы сажи.

Под элементом Пельтье подразумевается прежде всего электрический компонент, который при прохождении по нему электрического тока создает разность температур, представляющую собой проявление так называемого эффекта Пельтье. Элемент Пельтье включает предпочтительно один или несколько элементов, которые выполнены из легированного акцепторной и донорной примесями полупроводникового материала и попеременно соединены друг с другом электропроводным материалом. Знак перед разностью температур зависит от направления прохождения электрического тока, благодаря чему элемент Пельтье можно использовать и как охлаждающий, и как нагревательный элемент.

Было установлено, что наиболее предпочтительно использовать электрический резистивный нагреватель при определенных условиях в сочетании с использованием отходящего тепла других конструктивных компонентов. Особое преимущество электрического резистивного нагревателя состоит в том, что он позволяет выполнять исключительно динамичный контур автоматического регулирования, способный исключительно динамично, т.е. исключительно быстро регулировать подаваемое количество газообразного вещества. Так, в частности, средства для нагрева, например, резистивные нагреватели выполнены таким образом, что наряду с необходимой энтальпией испарения водного раствора они обеспечивают избыток тепловой энергии для компенсации возможных тепловых потерь устройства. Резистивный нагреватель можно выполнять, например, в виде нагревательного элемента и/или в виде по меньшей мере одного стержневого нагревательного элемента. Под горючим подразумеваются прежде всего углеводороды и/или водород. Процесс их горения может проходить без образования пламени.

Выполнение устройства таким образом, чтобы в процессе его работы по длине подводящего трубопровода отклонение температуры от заданной средней температуры составляло не более ±25°С, обеспечивается прежде всего за счет соответствующего конструктивного исполнения подводящего трубопровода. Так, в частности, подводящий трубопровод соединен с нагревательным элементом электрического резистивного нагревателя таким образом, что нагреватель контактирует с подводящим трубопроводом таким образом, что можно обеспечивать требуемое постоянство профиля распределения температур. Этого результата можно добиться, например, путем плотной навивки нагревательного элемента на подводящий трубопровод или путем совместной навивки подводящего трубопровода и нагревательного элемента, например, в виде спирали. Нагревательный элемент и подводящий трубопровод предпочтительно также соединять друг с другом неразъемным соединением. С этой целью подводящий трубопровод можно также соединять с подающим трубопроводом с использованием располагаемого между ними соединительного блока, который минимизирует тепловые потери в направлении от подводящего трубопровода к подающему трубопроводу или же поддерживает на таком низком уровне, что эти потери можно компенсировать путем задействования резистивного нагревателя. В наиболее предпочтительном варианте в зоне расположения соединительного блока между подающим трубопроводом и подводящим трубопроводом можно использовать второй резистивный нагревательный контур с целью обеспечить возможность локальной компенсации тепловых потерь, уровень которых в указанном месте зависит от рабочего режима. Так, в частности, можно использовать при этом нагревательный элемент с переменным диаметром, благодаря чему в зоне рядом с соединительным блоком обеспечивается более высокая теплоотдача по сравнению с удаленными участками подводящего трубопровода. Кроме того, в наиболее предпочтительном варианте основной нагрев можно обеспечивать за счет контакта, например, с выпускным трубопроводом. Этот контакт представляет собой прежде всего теплопроводный контакт, обеспечиваемый проводником тепла или же благодаря тому, что соответствующее устройство соединено с выпускным трубопроводом или расположено на нем, около или внутри него.

В соответствии со следующим предпочтительным вариантом выполнения предлагаемого в изобретении устройства площадь проточного поперечного сечения подводящего трубопровода составляет не более 20 мм².

В предпочтительном варианте проточное поперечное сечение остается постоянным по длине подводящего трубопровода. В другом варианте диаметр подводящего трубопровода, имеющего круглое поперечное сечение, может составлять от 1 до 3 мм. Эти проточные поперечные сечения обеспечивают предпочтительно максимально полное испарение при относительно невысоком потреблении энергии при одновременной низкой вероятности закупоривания поперечного сечения побочными продуктами. Помимо этого преимущество предлагаемого в изобретении поперечного сечения с указанной выше максимальной площадью состоит в том, что оно создает возможность для исключительно динамичного регулирования количества подаваемого пара, благодаря чему такое устройство наиболее предпочтительно использовать в системах выпуска ОГ ДВС. Альтернативно или дополнительно площадь проточного поперечного сечения составляет свыше 0,2 мм². Если площадь поперечного сечения меньше этой наименьшей площади, то подводящий трубопровод может закупориваться отложениями, образующимися в процессе работы и накапливающимися около его края, например, в этом месте может осаждаться мочевина. Это закупоривание подводящего трубопровода можно вновь устранить, например, путем нагрева до повышенных температур. В динамически изменяющейся ситуации подобный нагрев до повышенной температуры либо невозможен, либо слишком мало количество подаваемого восстановителя, которое можно получить из подаваемого в конкретный момент времени возможного количества (предшественника восстановителя).

Еще в одном предпочтительном варианте выполнения предлагаемого в изобретении устройства подводящий трубопровод, изготовлен из материала, включающего по меньшей мере один из следующих материалов:

а) медь,

б) алюминий,

в) материал на основе никеля,

г) хромоникелевую сталь и

д) высококачественную сталь.

Так, в частности, было установлено, что предпочтительными являются материалы, обладающие высокой теплопроводностью. В данном случае предпочтительно использовать высококачественную сталь, хромоникелевую сталь и/или материалы на основе никеля либо соответствующие сплавы, поскольку эти материалы обладают преимущественно высокой стойкостью к коррозии под воздействием растворов, в состав которых входит предшественник восстановителя (например, мочевина), а также под воздействием муравьиной кислоты. Наиболее предпочтительными являются материалы, выпускаемые под номерами 1.4401, 1.4301, 1.4828, 2.4646, 2.4816 и/или 2.4633, наиболее предпочтительно под номером 2.4816 согласно марочнику сталей и сплавов Германии. В качестве наиболее предпочтительных материалов для по меньшей мере внутренней поверхности подводящего трубопровода хорошо зарекомендовали себя на практике алюминий или материалы, содержащие алюминий. В отличие от других материалов оксиды алюминия, образующиеся на поверхности, способствуют протеканию процесса термолиза и/или гидролиза мочевины до аммиака, благодаря чему повышается предпочтительно степень превращения предшественника восстановителя в восстановитель даже без наличия дополнительного покрытия, катализирующего процесс гидролиза.

Под предлагаемым в изобретении подающим средством подразумевается наиболее предпочтительно соответствующим образом исполненный насос. Путем задействования насоса можно воздействовать на количество водного раствора, способное испариться в подводящем трубопроводе. При отключении предлагаемого в изобретении устройства подающее средство предпочтительно может использоваться для обратной подачи водного раствора, например, при отключении системы, при этом еще не испарившийся остаток водного раствора, находящегося в подводящем трубопроводе, подается обратно в расходную емкость. В наиболее предпочтительном варианте это приводит к тому, что эффективно предотвращается выброс предшественника восстановителя в окружающую среду.

Регулирование получаемого количества восстановителя предпочтительно обеспечивать путем регулирования мощности подающего(-их) средства(средств). Согласно изобретению можно применять и другие механизмы регулирования, такие, например, как регулирование мощности, расходуемой на нагрев, тактирование клапана, путем задействования которого регулируется подача водного раствора в подводящий трубопровод, и т.д. Так, в частности, в наиболее предпочтительном варианте регулирование объема подачи подающего средства можно сочетать с регулированием мощности, расходуемой на нагрев, прежде всего таким образом, чтобы при повышении объема подачи повышалась мощность, расходуемая на нагрев.

В соответствии с другим предпочтительным вариантом выполнения предлагаемого в изобретении устройства длина подводящего трубопровода составляет от 0,1 до 5 м.

Длина подводящего трубопровода задается в соответствии с максимальным ожидаемым объемом подачи, т.е. в зависимости от максимальной концентрации оксидов азота в ОГ ДВС. Поэтому чем выше максимальная концентрация оксидов азота, тем больше должна быть длина подводящего трубопровода. Длина подающего трубопровода составляет предпочтительно от 0,2 до 0,8 м, более предпочтительно 0,5 м.

Согласно следующему предпочтительному варианту выполнения предлагаемого в изобретении устройства толщина стенки подводящего трубопровода составляет от 0,1 до 0,5 мм.

Было установлено, что эти значения толщины стенки являются более предпочтительными, поскольку при такой толщине обеспечивается хороший нагрев стенок и одновременно они имеют достаточно высокую теплоемкость, вследствие чего при значительном повышении потребного количества испаряемого водного раствора прежде всего благодаря высокой теплоемкости испарение происходит до тех пор, когда средства для нагрева подводящего трубопровода смогут достичь достаточно высокой мощности, расходуемой на нагрев.

Еще в одном предпочтительном варианте выполнения предлагаемого в изобретении устройства теплоемкость подводящего трубопровода составляет по меньшей мере 150 Дж/К. Преимущество наличия теплоемкости такой величины состоит в том, что благодаря этому может обеспечиваться компенсация инерционности средств для нагрева подводящего трубопровода при значительных изменениях мощности, расходуемой на нагрев. Предпочтительным является даже такой вариант, согласно которому теплоемкость составляет по меньшей мере 200 Дж/К.

Предпочтительным является подводящий трубопровод, способный обеспечивать по меньшей мере одно изменение направления потока текучей среды предпочтительно на по меньшей мере 90°. Тем самым капли жидкости, ускоряющиеся при увеличении объема расширяющегося газа, разбиваются при столкновении со стенкой подводящего трубопровода и затем испаряются. Помимо этого предпочтительно обеспечивать по меньшей мере два таких изменения направления потока текучей среды в подводящем трубопроводе. Шероховатость R_z поверхности подводящего трубопровода составляет предпочтительно от 8 до 12 мкм. Под шероховатостью R_z поверхности подразумевается прежде всего средняя высота микронеровностей, которая определяется путем измерения расстояния от измеряемой поверхности до определенной поверхности, при этом на каждом из пяти участков измерения определяются максимальное и минимальное расстояния и определяется их разность путем вычитания соответственно второй величины из первой величины. Средняя высота микронеровностей определяется как средняя величина этих пяти разностей. Было установлено, что указанные выше значения шероховатости поверхности являются наиболее предпочтительными, поскольку благодаря наличию такой шероховатости обеспечивается требуемая теплопередача и тем самым повышается эффективность процесса испарения. Теплопроводность материала, из которого изготовлен подводящий трубопровод, составляет предпочтительно по меньшей мере 200 Вт/м·К (ватт, деленный на метр и кельвин) при 0°С.По меньшей мере отдельные участки поверхности подводящего трубопровода содержат оксиды алюминия, титана и/или ванадия, способствующие более полному прохождению процесса гидролиза предшественника восстановителя до восстановителя, прежде всего мочевины до аммиака.

По другому предпочтительному варианту выполнения предлагаемого в изобретении устройства подводящий трубопровод и средства для его нагрева на по меньшей мере одном отдельном участке характеризуются по меньшей мере одним из следующих расположений относительно друг друга:

а) подводящий трубопровод и средства для его нагрева расположены коаксиально относительно друг друга на по меньшей мере одном отдельном участке,

б) подводящий трубопровод и средства для его нагрева расположены концентрично друг другу на по меньшей мере одном отдельном участке,

в) подводящий трубопровод и средства для его нагрева расположены рядом друг с другом на по меньшей мере одном отдельном участке,

г) подводящий трубопровод навит на по меньшей мере одном отдельном участке на средство для нагрева подводящего трубопровода,

д) средство для нагрева подводящего трубопровода представляет собой на по меньшей мере отдельных участках стержневой нагревательный элемент, на который навит подводящий трубопровод, и

е) подводящий трубопровод образует канал в стержневом нагревательном элементе.

В соответствии еще с одним предпочтительным вариантом выполнения устройства подводящий трубопровод и средство для его нагрева неразъемно соединены друг с другом на по меньшей мере отдельных участках.

Так, в частности, подводящий трубопровод и средство для его нагрева соединены между собой методом пайки твердым припоем и/или методом сварки.

Согласно следующему предпочтительному варианту выполнения предлагаемого в изобретении устройства подводящий трубопровод по меньшей мере частично покрыт покрытием, катализирующим процесс гидролиза предшественника восстановителя до восстановителя.

Так, в частности, уже часть подводящего трубопровода или весь этот трубопровод можно использовать для проведения в нем процесса гидролиза предшественника восстановителя.

В другом предпочтительном варианте выполнения предлагаемого в изобретении устройства в его состав входит по меньшей мере один измерительный преобразователь, предназначенный для определения температуры подводящего трубопровода.

Так, в частности, средства для нагрева подводящего трубопровода, имеющие электрический резистивный нагреватель, могут использоваться для измерения температуры путем измерения электрического сопротивления. Альтернативно или дополнительно к этому по меньшей мере один измерительный преобразователь может выполняться, например, в виде термосопротивления.

По следующему предпочтительному варианту выполнения предлагаемого в изобретении устройства измерительный преобразователь соединяется с источником тока.

Таким образом, измерительный преобразователь может также использоваться в качестве резистивного нагревателя, например, при выполнении соответствующей программы, рассчитанной на реализацию в аварийной ситуации, когда произошло закупоривание подводящего трубопровода. При выполнении этой программы, рассчитанной на реализацию в аварийной ситуации, подводящий трубопровод может нагреваться до температуры, превышающей, предпочтительно заметно превышающей критическую температуру. При этом подводящий трубопровод нагревают до температуры, составляющей 550°С и свыше, прежде всего 600°С и свыше.

Еще одним объектом настоящего изобретения является способ приготовления газообразной смеси, содержащей по меньшей мере одно из следующих веществ:

а) по меньшей мере один восстановитель, содержащий аммиак, и

б) по меньшей мере один предшественник восстановителя, содержащий мочевину.

Водный раствор по меньшей мере одного предшественника восстановителя подают из расходной емкости в подводящий трубопровод, причем подводящий трубопровод нагревают до температуры выше критической температуры, которая больше 300°С, таким образом, что водный раствор полностью испаряется с образованием газообразной смеси, а по длине подводящего трубопровода отклонение температуры от средней температуры составляет не более ±25°С.

Под полным испарением подразумевается прежде всего такое испарение, при котором водный раствор или воду выпускают из подводящего трубопровода преимущественно не в виде капель. Так, в частности, под полным испарением подразумевается такой процесс, в результате проведения которого водный раствор испаряется в количестве 90 мас.% и свыше, предпочтительно 95 мас.% и свыше, более предпочтительно 98 мас.%. Восстановитель представляет собой наиболее предпочтительно аммиак, а предпочтительным предшественником восстановителя является мочевина. В тех случаях, когда требуется большее количество пара, предпочтительно можно использовать несколько подводящих трубопроводов, например, в системах выпуска ОГ грузовых автомобилей.

Наиболее предпочтительным является также такой вариант осуществления способа селективного каталитического восстановления оксидов азота в ОГ ДВС, согласно которому мочевину в водном растворе из расходной емкости подают в подводящий трубопровод, который нагревают описанным выше образом, с в основном полным испарением водного раствора и получением газообразной смеси, содержащей аммиак как восстановитель и/или мочевину как предшественник восстановителя, при этом получаемую газообразную смесь подают в систему выпуска ОГ по ходу потока перед СКВ-катализатором. В наиболее предпочтительном варианте между точкой добавления газообразной смеси и СКВ-катализатором расположен катализатор гидролиза.

Согласно изобретению под катализатором подразумевается носитель, на который нанесено соответствующее каталитическое покрытие. При этом под носителем подразумеваются наиболее предпочтительно сотовый элемент, изготовленный из керамического или металлического материала, соответственно снабженная покрытием труба, носитель в виде проволочной сетки или иные аналогичные носители. Таким образом, катализатор гидролиза представляет собой носитель катализатора, который катализирует процесс гидролиза по меньшей мере одного предшественника восстановителя и прежде всего мочевины и имеет прежде всего соответствующим образом нанесенное покрытие. Таким образом, СКВ-катализатор представляет собой носитель каталитического нейтрализатора, имеющий покрытие, катализирующее процесс селективного каталитического восстановления оксидов азота.

При этом в наиболее предпочтительном варианте предшественник восстановителя добавляют в водный раствор, содержащий другие компоненты, необходимые прежде всего для понижения температуры его замерзания. Так, в частности, в состав водного раствора мочевины может входить формиат аммония, т.е. соответствующая соль муравьиной кислоты и/или муравьиная кислота. Соответствующий раствор имеется в продаже под маркой "Denoxium".

В зависимости от исполнения системы выпуска ОГ, в которой применяется предлагаемый в изобретении способ, и прежде всего в зависимости от исполнения подводящего трубопровода, состава водного раствора и прежде всего также в зависимости от характеристик выбранного или выбранных предшественника восстановителя или предшественников восстановителей и восстановителя или восстановителей могут задаваться другие значения температур, до которых должен быть нагрет подводящий трубопровод. При использовании водного раствора мочевины, который может продаваться, например, также под маркой "AdBlue" или "Denoxium", было установлено, что наиболее предпочтительно обеспечивать нагрев до температуры, составляющей 350°С или свыше и даже прежде всего от 400 до 450°С, прежде всего примерно 420°С.

В соответствии еще с одним предпочтительным вариантом осуществления предлагаемого в изобретении способа используют по меньшей мере один из предшественников восстановителей:

а) мочевину и

б) формиат аммония,

входящий в состав по меньшей мере одного из следующих компонентов:

А) смеси и

Б) водного раствора.

Так, в частности, осуществление предлагаемого в изобретении способа может приводить к образованию прежде всего смеси, содержащей мочевину и при определенных условиях также уже аммиак. В наиболее предпочтительном варианте смесь подают в расположенный ниже по ходу потока катализатор гидролиза для продолжения процесса гидролиза и, следовательно, для образования аммиака. Тем самым в процессе работы обеспечивается предпочтительно в основном полное превращение предшественника в восстановитель в количестве, составляющем прежде всего 90 мас.% и свыше, предпочтительно 95 мас.% и свыше, наиболее предпочтительно 98 мас.% и свыше.

Согласно другому предпочтительному варианту осуществления предлагаемого в изобретении способа в подводящем трубопроводе поддерживают температуру, составляющую от 380 до 450°С.

Как было установлено, эти значения температуры оказались наиболее предпочтительными, поскольку при этих температурах, с одной стороны, обеспечивается в основном полное испарение водного раствора, а, с другой стороны, эффективно предотвращается избыточное образование отложений внутри подводящего трубопровода. Температура в подводящем трубопроводе составляет предпочтительно примерно 380°С.

Еще в одном предпочтительном варианте осуществления предлагаемого в изобретении способа температуру по длине подводящего трубопровода поддерживают таким образом, чтобы ее отклонение от заданной средней температуры составляло не более ±25°С.

Это постоянство температуры приводит наиболее предпочтительно к тому, что эффективным образом предотвращается образование отложений. В ходе соответствующих исследований было неожиданно установлено, что для начала образования отложения в какой-либо точке температура в ней не обязательно должна быть ниже температуры конденсации одного из веществ. Более того, было установлено, что уже относительно небольшие колебания температуры подводящего трубопровода приводят к тому, что на более холодных участках происходит образование отложения прежде всего мочевины, которое приводит к закупориванию подводящего трубопровода или же к снижению объемов подачи из-за сужения проточного поперечного сечения подводящего трубопровода. Было установлено, что технологический процесс предпочтительно проводить таким образом, чтобы по длине подводящего трубопровода поддерживалась по возможности постоянная температура, поскольку в таком случае в основном не образуются никакие отложения. Так, в частности, параметры технологического процесса необходимо задавать таким образом, чтобы диапазон колебаний температуры составлял примерно 50°С, т.е. по длине подводящего трубопровода отклонение температуры от заданной средней температуры составляло не более ±25°С.

В соответствии со следующим предпочтительным вариантом осуществления предлагаемого в изобретении способа скорость изменения мощности, расходуемой на нагрев, составляет до 500 Вт/с.

Подобная скорость нагрева приводит предпочтительно к тому, что становится возможным создавать особо динамичную систему, особое преимущество которой состоит в ее способности исключительно быстро регулировать количество подаваемой газообразной смеси в соответствии с потребностями соответствующей системы.

В другом предпочтительном варианте осуществления предлагаемого в изобретении способа водный раствор подают в подводящий трубопровод с объемным расходом, составляющим до 0,5 мл/с.

Этот объемный расход, как было установлено, достаточен для покрытия даже высоких пиковых потребностей в газообразной смеси или, например, в восстановителе, содержащемся в газообразной смеси.

Согласно следующему предпочтительному варианту осуществления предлагаемого в изобретении способа при его осуществлении используют подводящий трубопровод, площадь проточного поперечного сечения которого составляет не более 20 мм².

Такое максимальное по площади поперечное сечение, с одной стороны, обеспечивает возможность исключительно динамичного проведения технологического процесса, благодаря чему можно приготавливать и подавать газообразную смесь в значительных количествах за исключительно короткий промежуток времени, а с другой стороны, позволяет выполнять небольшую по размерам и компактную систему, которая требует лишь исключительно мало монтажного места и может использоваться непосредственно также на мобильных средствах, например, в системе выпуска ОГ транспортных средств.

Еще в одном предпочтительном варианте осуществления предлагаемого в изобретении способа подводящий трубопровод нагревают до второй температуры, которая превышает критическую температуру и при которой имеет место полное испарение водного раствора.

Нагрев до второй температуры может проводиться прежде всего в том случае, когда подводящий трубопровод закупорен, и необходимо обеспечить удаление из подводящего трубопровода имеющихся в нем отложений путем их разложения и/или создания условий для химического взаимодействия с другими веществами. При этом вторая температура составляет до 600°С, предпочтительно до 800°С, наиболее предпочтительно до 900°С. Если подводящий трубопровод изготовлен из алюминия, то вторая температура составляет предпочтительно 500°С.

По следующему предпочтительному варианту осуществления предлагаемого в изобретении способа перед началом процесса испарения определяют температуру подводящего трубопровода и результат измерения сравнивают со значениями других известных температур.

Так, в частности, в данном случае можно использовать величины измерений, проведенных измерительными преобразователями, измеряющими температуру других конструктивных компонентов, например, наружным термометром, термометром, предназначенным для измерения температуры охлаждающей воды, или иными измерительными преобразователями.

В соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления предлагаемого в изобретении способа подводящий трубопровод нагревают электрическим резистивным нагревателем, предпочтительно нагревательным элементом, при этом перед началом нагрева определяют сопротивление этого резистивного нагревателя и в зависимости от измеренной величины сопротивления нагревают подводящий трубопровод.

Так, в частности, при повреждениях резистивного нагревателя пользователю может быть подан предупредительный сигнал или подано иное аналогичное предупреждение.

Согласно следующему предпочтительному варианту осуществления предлагаемого в изобретении способа при нагреве подводящего трубопровода контролируют мощность, расходуемую на нагрев.

При этом нагрев предпочтительно прерывают, когда в течение заданного временного интервала мощность, расходуемая на нагрев, остается ниже величины, зависящей от подлежащего испарению количества водного раствора.

При выполняемом регулировании низкий уровень мощности, расходуемой на нагрев, означает то, что имеет место закупорка или сужение свободно проточного поперечного сечения подводящего трубопровода. В этом случае могут быть реализованы меры, нацеленные на устранение аварийной ситуации, например, задействование соответствующих средств для нагрева подводящего трубопровода до второй, более высокой, температуры с целью очистить подводящий трубопровод от отложений путем их разложения и/или создания условий для химического взаимодействия с другими веществами.

В автомобиле в том случае, если средства для нагрева подводящего трубопровода представляют собой электрический резистивный нагреватель, в качестве источника электрического тока можно использовать автомобильный генератор, например осветительный генератор, при этом ток отводят предпочтительно в позиции перед системой регулировки напряжения осветительного генератора, поскольку в этой позиции обычно имеют место более высокие значения напряжения.

Описанные отличительные особенности и преимущества предлагаемого в изобретении устройства можно переносить на предлагаемый в изобретении способ и применять к нему. Описанные отличительные особенности и преимущества предлагаемого в изобретении способа можно переносить на предлагаемое в изобретении устройство и применять к нему.

Ниже изобретение более подробно описано со ссылкой на прилагаемые чертежи, однако показанные на этих чертежах варианты осуществления изобретения не ограничивают его объем. На чертежах, в частности, показано:

на фиг.1 - схематичный вид в аксонометрии выполненного по первому варианту устройства для приготовления газообразной смеси,

на фиг.2 - схематичный вид в разрезе выполненного по первому варианту устройства для приготовления газообразной смеси,

на фиг.3 - схематичный вид в разрезе подающего трубопровода для подачи водного раствора из расходной емкости в подводящий трубопровод,

на фиг.4 - схематичный вид спереди устройства для селективного каталитического восстановления оксида азота в ОГ ДВС,

на фиг.5 - схематичный вид в поперечном разрезе выполненного по второму варианту испарительного блока,

на фиг.6 - схематичный вид устройства для приготовления восстановителя,

на фиг.7 - схематичный вид в поперечном разрезе выполненного еще по одному варианту испарительного блока,

на фиг.8 - фрагмент дозировочного трубопровода в зоне его соединения с выпускным трубопроводом,

на фиг.9 - схематичный вид в разрезе выполненного еще по одному варианту устройства для приготовления газообразной смеси,

на фиг.10 - схематичный вид устройства для приготовления газообразной смеси,

на фиг.11 - схематичный вид выполненного по одному из возможных вариантов подающего блока, предназначенного для подачи восстановительной смеси в ОГ,

на фиг.12 - схематичный вид выполненного по следующему варианту подающего блока, предназначенного для подачи восстановительной смеси в ОГ,

на фиг.13 - схематичный вид выполненного по одному из вариантов устройства для нейтрализации ОГ ДВС,

на фиг.14 - схематичный вид в аксонометрии средства для отделения капель,

на фиг.15-18 - схематичные виды выполненных по разным вариантам испарительных блоков,

на фиг.19 и фиг.20 - схематичные виды выполненного по следующему варианту устройства для приготовления газообразной смеси,

на фиг.21 - схематичный вид выполненного еще по одному варианту устройства для нейтрализации ОГ,

на фиг.22 - фрагмент подающего блока в зоне его соединения с выпускным трубопроводом и

на фиг.23 и 24 - схематичные виды выполненных по разным вариантам сотовых элементов, выполненных в виде носителей каталитических нейтрализаторов.

На фиг.1 схематично показано устройство 1 для приготовления газообразной смеси, включающей по меньшей мере одно из следующих веществ:

а) по меньшей мере один восстановитель и

б) по меньшей мере один предшественник восстановителя.

При этом под восстановителем подразумевается прежде всего аммиак, а под предшественником восстановителя подразумевается мочевина. Устройство 1 включает подводящий трубопровод 2, имеющий выходное отверстие 3. Помимо этого предусмотрены средства 4 для нагрева подводящего трубопровода 2, которые обеспечивают нагрев подводящего трубопровода 2 выше первой критической температуры, превышающей температуру кипения воды. Кроме того, устройство 1 включает еще не показанную расходную емкость, которая аэрогидродинамически сообщается с подводящим трубопроводом 2. Сказанное означает прежде всего то, что содержащаяся в расходной емкости текучая среда такая, например, как водный раствор, в состав которого входит по меньшей мере один предшественник восстановителя, может проходить по подводящему трубопроводу 2 к выходному отверстию 3 в процессе работы устройства. Это устройство 1 позволяет приготавливать газообразную смесь, содержащую по меньшей мере один восстановитель и/или по меньшей мере один предшественник восстановителя.

В рассматриваемом варианте средства 4 для нагрева подводящего трубопровода 2 навиты или скручены по спирали вместе с ним. Благодаря этому нагревается и в конечном итоге испаряется текучая среда, проходящая по подводящему трубопроводу 2. Тем самым через выходное отверстие 3 выпускается газообразная смесь, содержащая по меньшей мере один предшественник восстановителя. В зависимости от выбранной температуры средств 4 для нагрева подводящего трубопровода 2 в нем может даже уже проходить процесс по меньшей мере частичного термолиза предшественника восстановителя, вследствие чего газообразная смесь, выпускаемая через выходное отверстие, содержит также уже восстановитель, такой, например, как аммиак наряду с предшественником восстановителя, таким, например, как мочевина.

Помимо этого устройство 1 для приготовления газообразной смеси имеет также измерительный преобразователь 5, способный измерять температуру в по меньшей мере одном месте подводящего трубопровода 2. Под измерительным преобразователем 5 могут подразумеваться, например, обычный термоэлемент или обычное термосопротивление. Устройство 1 и/или отдельные конструктивные компоненты, для которых требуется подключение электропитания, снабжены предпочтительно электрическим кабелем с вилкой для обеспечения подключения к источнику электропитания. Под кабелем с вилкой подразумевается прежде всего кабельное соединение, длина которого составляет по меньшей мере полметра, предпочтительно по меньшей мере один метр. Использование кабеля позволяет выполнять штепсельные контакты в тех местах, которые прежде всего в автомобилях подвержены лишь незначительному воздействию отрицательных факторов внешней среды, таких как разбрызгиваемая вода, щебень или иные аналогичные факторы.

На фиг.2 в разрезе показано устройство 1, представленное на фиг.1. Отчетливо показаны подводящий трубопровод 2, по которому в процессе работы устройства может протекать водный раствор, в состав которого входит по меньшей мере один предшественник восстановителя, а также средства 4 для нагрева подводящего трубопровода 2. Подводящий трубопровод 2 может иметь постоянное поперечное сечение, которое, однако, может быть также переменным, как в рассматриваемом варианте. При этом площадь проточного поперечного сечения подводящего трубопровода 2 составляет предпочтительно от 0,75 до 20 мм², в наиболее предпочтительном варианте площадь проточного поперечного сечения составляет примерно 3 мм². Преимущество этих проточных поперечных сечений с такими значениями площади состоит в том, что, с одной стороны, при таком поперечном сечении возможно быстрое и в основном полное испарение водного раствора, а, с другой стороны, площадь поперечного сечения настолько велика, что в основном исключается образование отложений внутри подводящего трубопровода 2. На фиг.2 показан также измерительный преобразователь 5, предназначенный для определения температуры подводящего трубопровода 2.

При этом средства 4 для нагрева подводящего трубопровода 2 задействуются таким образом, чтобы по длине подводящего трубопровода 2 в процессе работы отклонение температуры от заданной средней температуры составляло не более ±25°С. При этом среднее значение температуры соответствует в основном первой критической температуре. Подводящий трубопровод 2 изготовлен прежде всего из медного сплава.

На фиг.3 схематично показан подающий трубопровод 6, которым подводящий трубопровод 2 соединяется в процессе работы с еще не показанной расходной емкостью. Подающий трубопровод 6 имеет средства 7 для поддержания равномерной температуры или для термостатирования. Средства 7 для поддержания равномерной температуры включают согласно этому варианту соответственно несколько элементов 8 Пельтье и радиатор 9. Элементы 8 Пельтье имеют по одному электрическому подключению или контакту 10, через который они могут снабжаться электрическим током. При этом в зависимости от полярности электрического напряжения элементы 8 Пельтье задействуются для нагрева или для охлаждения, благодаря чему эти элементы можно использовать как основные средства для поддержания равномерной температуры подающего трубопровода 6. Радиатор 9 используется прежде всего как излучатель отводимой тепловой энергии, когда элемент, соответственно элементы 8 Пельтье охлаждает/охлаждают подающий трубопровод 6.

Подающий трубопровод 6 может соединяться соединительным блоком 11 с другим конструктивным компонентом. В зависимости от исполнения устройства таким конструктивным компонентом может быть либо уже указанный выше подводящий трубопровод 2, либо в общем случае испарительный блок 12. Частью испарительного блока 12 может быть подводящий трубопровод 2. В общем случае соединительный блок 11 изготовлен по меньшей мере частично из материала, теплопроводность которого составляет менее 10 Вт/м·К. Соединительный блок 11 изготовлен прежде всего из керамического материала и/или из политетрафторэтилена (ПТФЭ). Соединительный блок 11 исполнен прежде всего таким образом, чтобы по его длине 57 можно было поддерживать температурный градиент, составляющий 40 К/мм и свыше. Благодаря этому становится возможным проводить технологический процесс, в ходе которого испарительный блок 12 и/или подводящий трубопровод 2 имеют заметно более высокую температуру по сравнению с температурой подающего трубопровода 6. Так, например, температура испарительного блока может составлять не менее 300, не менее 400 или не менее 420°С и тем самым может обеспечивать в основном полное испарение водного раствора внутри испарительного блока 12, а температура подающего трубопровода 6 находится лишь на уровне не менее 70, не менее 80 или не менее 90°С, благодаря чему исключается испарение водного раствора уже в подающем трубопроводе 6.

На фиг.4 схематично показано устройство 15 для нейтрализации ОГ 13 не показанного ДВС. ОГ 13, образующиеся при работе ДВС, проходят по выпускному трубопроводу 14. Устройство 15 для нейтрализации ОГ 13 ДВС включает испаритель 16 раствора восстановителя, катализатор 17 гидролиза и СКВ-катализатор 18. В испарителе 16 раствора восстановителя испаряется водный раствор, в состав которого входит предшественник восстановителя. Так, в частности, в качестве предшественника восстановителя используется мочевина. В рассматриваемом варианте испаритель 16 раствора восстановителя включает испарительный блок 12, имеющий подводящий трубопровод 2, нагреваемый предназначенными для этого средствами 4. Этот трубопровод соединен соединительным блоком 11 с подающим трубопроводом 6. Подающий трубопровод 6 охватывается средствами 7, которые предназначены для поддержания равномерной температуры этого трубопровода и которые, например, как указано выше, могут включать один или несколько элементов 8 Пельтье и/или радиатор 9. Подающее средство 19 может подавать водный раствор по меньшей мере одного предшественника восстановителя из соответствующей расходной емкости 20 в подающий трубопровод 6. В испарительном блоке 12 образуется газ, который содержит по меньшей мере один предшественник восстановителя, такой, например, как мочевина, а также при определенных условиях аммиак, образовавшийся уже в результате термолиза мочевины. Эта газообразная смесь подается в катализатор 17 гидролиза, расположенный по ходу потока за испарителем 16 раствора восстановителя. Катализатор 17 гидролиза исполнен таким образом, чтобы благодаря соответствующему нанесенному на него (катализатор) каталитически активному покрытию происходил прежде всего гидролиз мочевины до аммиака. В общем случае катализатор 17 предназначается для обеспечения гидролиза предшественника восстановителя до восстановителя. Газ, выходящий из катализатора 17 гидролиза, содержащий восстановитель и обозначаемый как восстановительная смесь, подается по дозировочному трубопроводу 21 в выпускной трубопровод 14. Дозировочный трубопровод 21 заканчивается у дозировочного отверстия в выпускном трубопроводе 14, которое расположено по ходу потока перед СКВ-катализатором 18. По ходу потока за дозировочным отверстием 22 и перед СКВ-катализатором 18 расположены смесительные средства 23, которые выполнены в виде направляющей металлической пластины и обеспечивают смешение восстановительной смеси с ОГ 13.

Тем самым в СКВ-катализатор 18 поступает смесь, состоящая из ОГ и восстановителя, который обеспечивает восстановление содержащихся в ОГ 13 оксидов азота в СКВ-катализаторе 18. При этом восстановительную смесь предпочтительно приготавливать в таком количестве, которое может оказаться достаточным для максимально полного превращения оксидов азота в ОГ 13 в СКВ-катализаторе 18.

На фиг.5 схематично показан выполненный по второму варианту испарительный блок 12. В этом случае испарительный блок 12 показан в разрезе. Испарительный блок 12 включает испарительную камеру 24, ограничивающую в основном замкнутый объем или замкнутую полость. Согласно этому варианту испарительная камера 24 имеет лишь первое отверстие 25 для подсоединения не показанного подающего трубопровода 6, предназначенного для подачи водного раствора, и второе отверстие 26 для подсоединения не показанного подводящего трубопровода 2, предназначенного для отвода газообразной смеси. В первом отверстии 25 размещено сопло 62 как средство для дозированной подачи водного раствора 45 в испарительную камеру 24. Это сопло 62 дозированно подает водный раствор 45 в испарительную камеру 24. Помимо этого испарительный блок 12 имеет средства для нагрева испарительной камеры 24. Согласно рассматриваемому варианту эти средства выполнены в виде соответствующих нагревательных элементов 27, контактирующих с испарительной камерой 24. Как показано на фиг.5, этот нагревательный элемент 27 может быть выполнен асимметричным, т.е. на определенных участках, которые расположены в основном напротив первого отверстия 25, нагревательные элементы размещены более плотно в расчете на единицу площади поверхности по сравнению с участками, которые располагаются в основном не напротив первого отверстия 25. Кроме того, в этом случае эти средства включают еще один компонент, который собирательно называется как средство 63 для сжигания углеводородов и представляет собой, например, горелку. Подобная горелка может быть также пригодна для обеспечения беспламенного сгорания углеводородов.

Испарительная камера 24 изготовлена предпочтительно из материала, который включает по меньшей мере один из следующих материалов: а) медь, б) алюминий, в) высококачественную сталь, г) материал на основе никеля и д) хромоникелевую сталь. Объем испарительной камеры 24 составляет предпочтительно от 1,5 до 10 см³. В процессе работы мощность, потребляемая нагревательным элементом 27, предпочтительно составляет такую величину, которая составляет примерно 1 кВт/с, а максимальная мощность, расходуемая на нагрев, задается в зависимости от конкретных условий использования этого элемента. Применительно к легковым машинам максимальная мощность, расходуемая на нагрев, составляет предпочтительно от примерно 500 до 700 Вт/с, применительно к грузовым машинам - от примерно 1200 до 1500 Вт/с. Теплоемкость испарительной камеры 24 составляет предпочтительно менее 120 Дж/К, наиболее предпочтительно от 100 до 110 Дж/К. Оси первого 25 и второго 26 отверстий располагаются относительно друг друга предпочтительно под углом, составляющим от 30 до 70°. Расход водного раствора 45, подаваемого в испарительную камеру 24, составляет предпочтительно до 150 мл/мин, более предпочтительно до 100 мл/мин, наиболее предпочтительно до 30 мл/мин. В предпочтительном варианте испарительная камера 24 имеет в зоне расположения второго отверстия 26 средства, которые позволяют исключить попадание капель во второе отверстие 26. Так, в частности, речь идет при этом о средствах, которые позволяют разрывать тонкий газовый слой, образующийся между каплей и стенкой испарительной камеры 24. Так, в частности, речь идет при этом о выступах на стенке или о иных аналогичных элементах. На этом участке можно также выполнять структуры 28.

Помимо этого внутри испарительной камеры 24 имеется одна или несколько структур 28, которые обеспечивают образование большей площади поверхности для испарения водного раствора. Согласно рассматриваемому варианту эти структуры 28 изображены относительно большими, однако при этом речь может также идти о структурированной или профилированной поверхности, которую можно создать, например, путем нанесения соответствующего покрытия на внутреннюю поверхность испарительной камеры 24. Альтернативно или дополнительно эти структуры 28 могут также включать макроскопические структуры, амплитуда или высота которых составляет несколько миллиметров или даже больше. В общем случае эти структуры 28 следует понимать как средства для повышения смачивающей способности поверхности испарительной камеры 24.

На фиг.6 схематично показана выполненная по первому варианту испарительная камера 24, подсоединенная к выпускному трубопроводу 14. При этом испарительная камера 24 снабжена кожухом 29. Этот кожух 29 изготавливается предпочтительно из соответствующего теплоизоляционного материала, который сокращает тепловые потери в окружающее пространство. Средства 27 для нагрева испарительной камеры 24 соединены через выводы 30 нагревательных элементов с не показанным источником тока.

Через второе отверстие 26 испарительный блок 12 сообщается с катализатором 17 гидролиза. Катализатор 17 гидролиза имеет средства 31, предназначенные для поддержания равномерной температуры этого катализатора и в рассматриваемом варианте изготовленные из соответствующей нагревательной проволоки, которая обмотана вокруг катализатора 17 гидролиза. Вокруг катализатора 17 гидролиза располагается соответствующий кожух 32, который представляет собой прежде всего тепловую изоляцию для катализатора 17 гидролиза по отношению к окружающей среде и предельно минимизирует возможные тепловые потери. В рассматриваемом варианте катализатор гидролиза непосредственно соединен с выпускным трубопроводом 14 и входит в него. В выпускном трубопроводе 14 выполнено соответствующее отверстие, в которое могут входить с обеспечением максимальной герметичности катализатор 17 гидролиза, соответственно его кожух 32. Благодаря использованию соответствующих соединительных средств 33 можно создавать максимально герметичное соединение между катализатором 17 гидролиза и выпускным трубопроводом 14. Помимо этого в качестве пассивных смесительных средств используется направляющая металлическая пластина 34, которая обеспечивает смешение выпускаемой из катализатора 17 гидролиза восстановительной смеси 35 с ОГ, проходящими по выпускному трубопроводу 14.

В испарительном блоке 12 в процессе работы приготавливается газообразная смесь из водного раствора, содержащего мочевину в качестве предшественника восстановителя. Образовавшаяся в испарительном блоке 12 газообразная смесь содержит по меньшей мере мочевину и при определенных условиях также уже аммиак, образовавшийся в результате термолиза соответствующей мочевины. Эта смесь подается через второе отверстие 26 в катализатор 17 гидролиза, в котором протекает процесс в основном полного гидролиза мочевины до аммиака. При этом в катализаторе гидролиза образуется восстановительная смесь 35, в состав которой входит аммиак. Так, в частности, технологический процесс предпочтительно проводить таким образом, чтобы мочевина в количестве не менее 98% превращалась в конечном итоге в аммиак.

На фиг.7 схематично показан выполненный еще по одному варианту испарительный блок, представленный на фиг.5 и фиг.6. Этот вариант отличается от первого описанного выше варианта тем, что предусматривает наличие дополнительного, третьего, отверстия 36. Через это третье отверстие 36 в процессе работы отработавшие газы можно подавать в непрерывном или импульсном режиме в испарительную камеру 24. Тем самым в отличие от первого варианта можно обеспечивать лучшее распределение мочевины в образующемся газе. Кроме того, подобный испарительный блок 12 можно также использовать для испарения твердой мочевины, поскольку вместе с ОГ ДВС, подаваемыми через третье отверстие 36, в испарительную камеру 24 поступает вода, которая впоследствии в катализаторе 17 гидролиза может использоваться для гидролиза мочевины до аммиака.

На фиг.8 схематично показана зона соединения между дозировочным 21 и выпускным 14 трубопроводами, представляющего собой элемент соответствующего подающего блока 46. При этом на дозировочный трубопровод 21 навит нагревательный элемент 38, который также расположен вокруг зоны соединения дозировочного трубопровода 21 с выпускным трубопроводом 14.

На фиг.9 схематично в разрезе показано выполненное еще по одному варианту устройство 1 для приготовления содержащей восстановитель газообразной смеси в первой точке сопряжения. Устройство 1 имеет подводящий трубопровод 2, на который или вместе с ним навито соответствующее средство 4, предназначенное для его нагрева. Подводящий трубопровод 2 и средства 4 для его нагрева размещены вместе в кожухе 29. Внутри навитого или скрученного по спирали подводящего трубопровода 2 расположен первый температурный датчик 39. Этот первый температурный датчик 39 соединяется первым соединительным элементом 40 с соответствующим не показанным блоком управления. Через выходное отверстие 3 подводящего трубопровода 2 испарительный блок 12 сообщается с катализатором 17 гидролиза. Катализатор 17 гидролиза имеет покрытие, катализирующее процесс гидролиза мочевины до аммиака. Катализатор 17 гидролиза охватывается средствами 31, предназначенные для поддержания равномерной температуры и включающими нагревательную проволоку в соответствующем исполнении. Эти средства 31 для поддержания равномерной температуры катализатора 17 гидролиза могут соединяться через соответствующие контакты или выводы 41 первого нагревательного элемента с соответствующим источником электрического тока. Сказанное относится и к средствам 4 для нагрева подводящего трубопровода 2, которые через соответствующие вторые выводы 42 нагревательного элемента могут соединяться с соответствующим источником электрического тока. Катализатор 17 гидролиза имеет второй температурный датчик 43, который может подсоединяться соответствующим вторым соединительным элементом 44 к не показанному блоку управления. Второй температурный датчик 43 определяет температуру катализатора 17 или внутри него.

В процессе работы в подводящий трубопровод 2 подается водный раствор 45 мочевины. Средства 4 для нагрева подводящего трубопровода 2 нагревают его и тем самым обеспечивают испарение этого водного раствора мочевины и по меньшей мере частичный термолиз содержащейся в растворе мочевины до аммиака при определенных условиях в зависимости от поддерживаемой равномерной температуры. Через выходное отверстие 3 соответствующая газообразная смесь подается в катализатор 17 гидролиза, в котором проходит процесс гидролиза, предпочтительно в основном полного гидролиза содержащейся в смеси мочевины до аммиака. Из катализатора 17 гидролиза выпускается соответствующая восстановительная смесь 35, которая может подаваться в выпускной трубопровод 14 системы выпуска ОГ ДВС. При этом технологический процесс предпочтительно проводить таким образом, чтобы температурный датчик 39, 43 обеспечивал контроль температур испарительного блока 12 и/или катализатора 17 гидролиза, а соответствующие средства 4, 31 нагревали оба конструктивных компонента 12, 17.

На фиг.10 схематично показано устройство 1 для приготовления газообразной смеси 35, содержащей по меньшей мере один восстановитель. Это устройство включает последовательно подсоединенный подающий трубопровод 6, по которому водный раствор подается из не показанной расходной емкости в испарительный блок 12. К испарительному блоку 12 присоединяется катализатор 17 гидролиза, а к нему - дозировочный трубопровод 21 для подачи соответствующей смеси в не показанный выпускной трубопровод 14 или подающий блок 46 для подачи восстановительной смеси в выпускной трубопровод 14. Испарительный блок 12 имеет третий температурный датчик 47. Этот третий температурный датчик 47 может измерять температуру подающего трубопровода 6 или температуру в нем. Дозировочный трубопровод 21 и/или подающий блок 46 не обязательно имеют четвертый температурный датчик 48, который может измерять температуру дозировочного трубопровода 21 и/или подающего блока 46 или температуру в дозировочном трубопроводе 21 и/или в подающем блоке 46. Испарительный блок 12 имеет средства 4 для нагрева подводящего трубопровода 2 и/или средства 27 для нагрева испарительной камеры 24. Катализатор 17 гидролиза необязательно или в качестве альтернативы и/или в качестве дополнения к средствам 4, 27 может иметь средства 31 для поддержания равномерной температуры катализатора 17 гидролиза. Необязательно, альтернативно и/или дополнительно подающий трубопровод 6 имеет средства 49 для поддержания равномерной температуры, путем задействования которых можно поддерживать равномерную температуру подающего трубопровода 6. Так, в частности, в данном случае предпочтительно и согласно изобретению можно использовать один или несколько элементов Пельтье. Дозировочный трубопровод 21 и/или подающий блок 46 имеют средства 50 для поддержания равномерной температуры средств для подачи смеси, способные поддерживать равномерную температуру дозировочного трубопровода 21 и/или подающего блока 46. В этом случае также предпочтительно использовать по меньшей мере один элемент Пельтье.

Все предусмотренные средства 4, 27, 31, 49, 50 для поддержания равномерной температуры и все предусмотренные температурные чувствительные элементы или датчики 39, 43, 47, 48 соединены с блоком 51 управления. Этот блок 51 управления регулирует температуру с задействованием регулирующего контура, в состав которого входят по меньшей мере одно средство 4, 27, 31, 49, 50 для поддержания равномерной температуры и по меньшей мере один температурный датчик 39, 43, 47, 48. В предпочтительном варианте количество температурных датчиков 39, 43, 47, 48 превышает количество средств 4, 27, 31, 49, 50 для поддержания равномерной температуры конструктивных компонентов 6, 2, 24, 17, 21, 46. Блок 51 управления предпочтительно соединен с системой управления ДВС или встроен в нее. Данные, имеющиеся в системе управления ДВС, и рабочие параметры ДВС предпочтительно могут приниматься во внимание при управлении процессом испарения и/или подачи смеси в испарительный блок 12.

На фиг.11 схематично показан фрагмент устройства для приготовления газообразной смеси. В выпускной трубопровод 14 перед СКВ-катализатором 18 встроен сотовый элемент 52, который имеет проточные для текучей среды каналы и представляет собой часть соответствующего смесительного средства 53. Сотовый элемент 52 выполнен таким образом, чтобы ОГ могли проходить через него по меньшей мере отчасти под углом к направлению основного их потока. При этом направление 54 основного потока обозначено соответствующей стрелкой на фиг.11. В рассматриваемом варианте сотовый элемент 52 выполнен коническим. Сотовый элемент имеет прежде всего значительную по размерам выемку 55, не имеющую каналов. С этой выемкой 55 сообщается дозировочный трубопровод 21, который представляет собой часть подающего блока 46, который в процессе работы подает в выемку восстановительную смесь 35.

На фиг.12 схематично показан выполненный по следующему варианту подающий блок 46, имеющий дозировочный трубопровод 21 для подачи восстановительной смеси в выпускной трубопровод 14. В этом случае дозировочный трубопровод 21 проходит сквозь стенку выпускного трубопровода 14 и имеет изогнутую форму. Дозировочный трубопровод 21 имеет перфорационные отверстия 56 на том своем участке, который входит внутрь выпускного трубопровода 14. При этом дозировочный трубопровод 21 не обязательно имеет загиб, соответственно изогнутый конец, входящий в выпускной трубопровод 14, равным образом дозировочный трубопровод 21 вполне может также входить в выпускной трубопровод 14 перпендикулярно ему, соответственно прямо в него. В данном месте дополнительно предусмотрена направляющая металлическая пластина 23, которая обеспечивает дополнительное повышение качества смешения восстановительной смеси с ОГ 13 в выпускном трубопроводе 14.

На фиг.13 схематично показано выполненное по одному из вариантов устройство 1 для нейтрализации ОГ не показанного ДВС. При этом на первом участке 58 выпускного трубопровода расположены испарительный блок 12 и катализатор 17 гидролиза. Средство 60 для направления потока обеспечивает распределение ОГ между первым 58 и вторым 59 участками выпускного трубопровода. По ходу потока за входом 61 первого участка 58 выпускного трубопровода во второй участок 59 выпускного трубопровода расположен СКВ-катализатор 18.

Испарительный блок 12 имеет предпочтительно средства 64, которые предназначены для отделения капель и могут располагаться, например, в подводящем трубопроводе 2 или во втором отверстии 26, либо за этим отверстием испарительной камеры 24. На фиг.14 схематично показано выполненное по одному из вариантов такое средство 64 для отделения капель. Это средство 64 соединено с подводящим трубопроводом 2 или в общем случае с трубопроводом 65, по которому поступает пар. Если капли все еще имеются в паре, то согласно рассматриваемому варианту они улавливаются с использованием сил инерции. В средстве 64 предусмотрено использовать одну или несколько отражательных пластин 66, которые изменяют направления 67 потока. Отражательная пластина 66 и/или корпус 68 средства 64 выполнены нагреваемыми, благодаря чему осажденные капли также испаряются. Вместо показанного средства 64 для отделения капель альтернативно или дополнительно могут использоваться и другие средства, например, подводящий трубопровод 2 или трубопровод 65 могут иметь на отдельных участках, например, сужения поперечного сечения, выступы, отклоняющие поверхности или иные аналогичные элементы.

На фиг.15 схематично показан выполненный еще по одному варианту испарительный блок 12, у которого подводящий трубопровод 2 может нагреваться специально предназначенными для этого средствами 4. Средства 4 для нагрева подводящего трубопровода 2 включают в данном случае стержневой нагревательный элемент 69, который электрическими контактами 70 соединяется с источником тока. В подводящий трубопровод 2 встроено средство 64 для отделения капель, нагреваемое благодаря наличию контакта со стержневым нагревательным элементом 69.

На фиг.16 схематично показан выполненный по следующему варианту испарительный блок 12, у которого подводящий трубопровод 2 выполнен в виде навитой или скрученной по спирали петли, обеспечивающей двукратную обмотку стержневого нагревательного элемента 69 этим трубопроводом.

На фиг.17 и фиг.18 схематично показаны выполненные по другим вариантам испарительные блоки 12, у которых подводящий трубопровод 2 закреплен на стержневом нагревательном элементе 69 не как навитая вокруг его продольной оси спираль, а как обернутый вокруг него зигзагообразный элемент. В принципе подводящий трубопровод 2 предпочтительно соединять со стержневым нагревательным элементом 69 неразъемным соединением, прежде всего соединением, выполненным пайкой твердым припоем.

На фиг.19 и фиг.20 схематично показано выполненное еще по одному варианту устройство 1 для приготовления газообразной смеси, в состав которой входит по меньшей мере одно из следующих веществ: а) восстановитель, предпочтительно аммиак и б) по меньшей мере один предшественник восстановителя, прежде всего мочевина, а также показан катализатор 17 гидролиза. Устройство 1 имеет по меньшей мере один подводящий трубопровод 2, в рассматриваемом варианте - четыре подводящих трубопровода 2, которые навиты по спирали на стержневой нагревательный элемент 69. Каждый из подводящих трубопроводов 2 имеет по одному выходному отверстию 3, через которое в процессе, работы выпускается газообразная смесь, в состав которой входит восстановитель. Выходные отверстия 3 расположены соответственно таким образом, чтобы они были в основном равномерно распределены по окружности. Подводящие трубопроводы 2 соединены с не показанной расходной емкостью 20, из которой подающее средство 19 подает водный раствор 45 по меньшей мере одного предшественника восстановителя в подводящий трубопровод 2. Подводящие трубопроводы 2 и нагревательный элемент 69 образуют часть соответствующего испарителя 16 раствора восстановителя.

По ходу потока за выходными отверстиями 3 расположен катализатор 17 гидролиза, который может нагреваться также стержневым нагревательным элементом 69. Согласно одному из предпочтительных вариантов предусмотрен только один стержневой нагревательный элемент 69, который находится в тепловом контакте как с одним или со всеми подводящими трубопроводами 2, так и с катализатором 17 гидролиза. Согласно рассматриваемому варианту катализатор 17 гидролиза выполнен в виде кольцевого сотового элемента. По ходу потока за катализатором 17 гидролиза к нему присоединяется дозировочный трубопровод 21, по которому в процессе работы в выпускной трубопровод 14 может подаваться газовый поток, в состав которого входит по меньшей мере один восстановитель. Соединительные средства 71 обеспечивают механическое соединение с выпускным трубопроводом 14. Помимо этого имеется тепловая изоляция 72, которая обеспечивает тепловую развязку между катализатором 17 гидролиза и выпускным трубопроводом 14. Кроме того, предусмотрен теплозащитный экран 73, который предотвращает потерю тепла, излучаемого катализатором 17 гидролиза. Помимо этого между наружным 75 и внутренним 76 кожухами предусмотрен воздушный зазор 74, который дополнительно повышает эффективность тепловой изоляции.

На фиг.20 показано поперечное сечение, включающее зону нахождения подводящих трубопроводов 2, которые расположены по окружности вокруг стержневого нагревательного элемента 69.

На фиг.21 схематично показано выполненное еще по одному варианту устройство 15 для нейтрализации ОГ 13. В отличие от варианта, представленного на фиг.4, согласно этому варианту в подающем трубопроводе 6 имеется клапан 77, предназначенный для дозированной подачи водного раствора 45 в испарительный блок 12. Сигналы управления могут подаваться на клапан 77 через управляющий контакт 78.

На фиг.22 схематично показана зона 79 входа подающего блока 46 в выпускной трубопровод 14. В данном случае выпускной трубопровод 14 и/или подающий блок имеют заслонку 80, которая в процессе работы в зоне 79 входа создает мертвую зону или зону успокоения потока ОГ, т.е. зону пониженного давления и тем самым предотвращает попадание под давлением какого-либо количества ОГ в подающий блок 46. Подающий блок 46 имеет также температурный датчик 81, который включает кольцевое термосопротивление. В случае накопления осаждений на этом участке датчик 81 температуры может соединяться с источником тока (не показан) с целью повышения температуры до второй заданной ее величины, составляющей, например, 600 или 800°С, при которой происходит разложение или уменьшение количества отложений.

На фиг.23 схематично в поперечном сечении показан сотовый элемент 82, который можно использовать как катализатор 17 гидролиза и как СКВ-катализатор 18, но для каждого варианта применения необходимо наносить соответствующее ему другое каталитически активное покрытие. Сотовый элемент 82 изготовлен из гладких 83 и гофрированных 84 металлических слоев, которые согласно этому варианту были набраны в три пакета и затем скручены друг с другом в рулон. Помимо этого сотовый элемент 82 имеет трубчатый кожух 85, который охватывает снаружи этот сотовый элемент 82. Гладкие 83 и гофрированные 84 слои образуют каналы 86, проточные для ОГ 13.

На фиг.24 схематично показан выполненный по следующему варианту сотовый элемент 87, который имеет кольцевую форму и может использоваться как катализатор 17 гидролиза и как СКВ-катализатор 18, но для каждого варианта применения необходимо наносить соответствующее ему другое каталитически активное покрытие. Сотовый элемент 87 состоит из слоев 88, которые имеют гладкие 89 и гофрированные 90 участки, которые путем фальцовки наложены друг на друга и образуют каналы 86, проточные для ОГ 13. Сотовый элемент 87 расположен в пространстве между наружными 91 и внутренним 92 трубчатыми кожухами.

Так, в частности, для нагреваемого средствами 4, 69 подводящего трубопровода 2 в принципе предпочтительно предусматривать наряду с нагревом с одной стороны и нагрев с другой стороны. Так, в частности, можно использовать дополнительные выполненные в виде гильз нагревательные элементы, которые охватывают подводящий трубопровод снаружи. В предпочтительном варианте в процессе работы в определенном поперечном сечении подводящего трубопровода 2 по его окружному периметру отклонение температуры от заданной средней температуры в принципе составляет не более ±25°С.

В качестве катализатора 17 гидролиза используются в принципе также труба, снабженная покрытием, катализирующим процесс гидролиза прежде всего мочевины до аммиака, или же трубчатый кожух, имеющий по меньшей мере один расположенный внутри у наружного окружного периметра структурированный или профилированный металлический слой, имеющий в радиальном направлении в своей внутренней части предпочтительно свободно проточное поперечное сечение, площадь которого составляет по меньшей мере 20% от общей площади поперечного сечения трубчатого кожуха. Выполненные по этим вариантам катализаторы нагреваются предпочтительно снаружи.

В принципе перед началом процесса приготовления и подачи восстановителя в поток ОГ перед СКВ-катализатором 18 предпочтительно выполняют следующие стадии:

- сначала проверяют, подключены ли к источнику электрического тока или снабжаются ли топливом имеющиеся обеспечивающие поддержание равномерной температуры и/или нагревательные средства 4, 27, 31, 49, 50, 63, 69,

- после получения положительного ответа на вопрос о наличии подключения к источнику электрического тока и/или топлива нагревают испарительный блок 12 и при определенных условиях катализатор 17 гидролиза соответственно до заданных для них значений температуры, т.е. нагревают прежде всего подводящий трубопровод 2 до температуры, составляющей от примерно 360 до 400°С, и/или испарительную камеру 24 до температуры, составляющей от примерно 250 до 350°С, параллельно подают водный раствор 45 в испарительный блок 24, прежде всего до соединительного блока 11, при этом, с одной стороны, водный раствор 45 можно подавать в таком объеме, который соответствует в основном объему подающего трубопровода 6, а, с другой стороны, в соответствующем месте, например, на соединительном блоке 11, в нем или рядом с ним можно размещать соответствующий датчик, например, работающий по принципу измерения электропроводности,

- далее определяют температуру СКВ-катализатора 18, соответственно выпускного трубопровода 14, прежде всего измеряют и/или вычисляют на основе данных системы управления ДВС.

Если температура СКВ-катализатора 18 превышает заданную предельную величину, которая соответствует прежде всего нижнему пределу рабочей температуры СКВ-катализатора 18, то в испарительный блок 12 подают водный раствор 45. Если испарительный блок 12, подводящий трубопровод 2 и/или испарительная камера 24 все еще сохраняют в основном свою рабочую температуру, то можно исключить выполнение указанных выше стадий диагностики.

В процессе работы подводимую в испарительный блок 12 мощность, расходуемую на нагрев, коррелируют с количеством подаваемого водного раствора 45. Так, в частности, сказанное означает, что проверяется величина потребной мощности, расходуемой на испарение соответствующего количества подаваемого водного раствора. Если измеренная величина фактической мощности, расходуемой на нагрев в течение определенного временного интервала, ниже потребной мощности, то пользователю подается предупредительный сигнал, извещающий его о том, что может иметь место сужение поперечного сечения подводящего трубопровода 2 и/или дозировочного трубопровода 21.

Кроме того, в предпочтительном варианте периодически через заданные промежутки времени испарительный блок 12, подводящий трубопровод 2, испарительная камера 24, катализатор 17 гидролиза, дозировочный трубопровод 21 и/или подающий блок 46 нагреваются до температуры, которая превышает нормальную рабочую температуру и которая обеспечивает таким образом удаление отложений, накопившихся при определенных условиях.

По окончании процесса испарения, имеющем место, например, в том случае, когда отключается ДВС, может происходить обратная подача водного раствора 45 из подводящего трубопровода 2. В предпочтительном варианте перед обратной подачей из подводящего трубопровода 2 сначала прекращается подача водного раствора 45, однако при этом испарительный блок 12, подводящий трубопровод 2 и/или испарительная камера 24 по-прежнему нагреваются до обычной температуры с целью обеспечить таким образом полное испарение и тем самым при обратной подаче предотвратить также попадание в подающий трубопровод 6 загрязнений, возможно имеющихся в испарительном блоке 12, подводящем трубопроводе 2 и/или испарительной камере 24. Затем по истечении определенного периода времени можно инициировать процесс обратной подачи, обеспечиваемой подающим средством 19. В предпочтительном варианте на соединительном блоке 11 или рядом с ним предусмотрен клапан, через который при обратной подаче может отсасываться воздух. В принципе процесс обратной подачи продолжается до тех пор, пока содержимое подающего трубопровода 6 не будет в основном возвращено в расходную емкость 20.

При значительных колебаниях количества подаваемого водного раствора 45, что может быть обусловлено, например, значительным нарастанием концентрации оксидов азота в ОГ ДВС, могут создаваться ситуации, в которых испарительный блок 12 не способен испарять в течение исключительно короткого промежутка времени значительно большее количество водного раствора 45, поскольку не представляется возможным обеспечивать соответственно столь же быстрый нагрев. В этом случае количество подаваемого водного раствора 45 предпочтительно повышать лишь таким образом, чтобы все еще обеспечивалось его полное испарение.

Количество подаваемого восстановителя и, следовательно, также количество испаряемого водного раствора 45 можно определять в зависимости, например, от по меньшей мере одного из следующих параметров, к которым относятся:

а) концентрация оксидов азота в ОГ,

б) прогнозируемое количество генерируемого оксида азота, которое предпочтительно должно быть известно уже тогда, когда ОГ проходят через СКВ-катализатор 18, и

в) максимальное количество восстановителя, которое может быть полностью использовано в процессе превращения непосредственно в СКВ-катализаторе 18.

Расходная емкость 20, подающий трубопровод 6, испарительный блок 12, подводящий трубопровод 2, испарительная камера 24 и/или катализатор гидролиза 17 могут находиться в тепловом контакте, например, с топливным баком ДВС. Для защиты от замерзания содержимого бак обычно имеет систему подогрева, которая может обеспечивать также защиту от замерзания указанных выше конструктивных компонентов.

Согласно еще одному предпочтительному варианту предлагается устройство 1 для приготовления газообразной смеси, в состав которой входит по меньшей мере одно из указанных ниже веществ:

а) по меньшей мере один восстановитель и

б) по меньшей мере один предшественник восстановителя.

Это устройство имеет расходную емкость 20, предназначенную для водного раствора 45, в состав которого входит по меньшей мере один предшественник восстановителя, и аэрогидродинамически сообщающуюся с испарительной камерой 24. Помимо этого предусмотрено средство для дозированной подачи водного раствора 45 в испарительную камеру 24, для нагрева которой предусмотрены средства 27, 63, которые нагревают испарительную камеру 24 до температуры, превышающей или равной критической температуре, при которой водный раствор по меньшей мере частично испаряется. Согласно следующему предпочтительному варианту выполнения этого устройства 1 средства для дозированной подачи водного раствора 45 включают по меньшей мере одно сопло 62. Испарительная камера 24 имеет предпочтительно в основном замкнутый объем, который имеет лишь первое отверстие 25 для подсоединения подающего трубопровода 6 для подачи водного раствора 45 и второе отверстие 26 для подсоединения подводящего трубопровода 2 для отвода газообразной смеси. В соответствии с другим предпочтительным вариантом выполнения этого устройства 1 испарительная камера 24 имеет в основном замкнутый объем, который имеет лишь первое отверстие 25 для подсоединения подающего трубопровода 6 для подачи водного раствора, второе отверстие 26 для подсоединения подводящего трубопровода 2 для отвода газообразной смеси и третье отверстие 36 для подачи ОГ 14.

В следующем предпочтительном варианте выполнения этого устройства средства 27, 63 для нагрева испарительной камеры 24 включают по меньшей мере один из следующих конструктивных компонентов:

а) электрический резистивный нагреватель 27 и

б) средство 63 для сжигания горючего.

Помимо этого испарительная камера 24 выполнена предпочтительно как геометрическое тело, обладающее в основном центральной симметрией. При этом радиус испарительной камеры 24 составляет предпочтительно от 2 до 25 мм. Кроме того, объем испарительной камеры 24 составляет предпочтительно от 30 до 4000 мм³. Мощность средств 27, 63 для нагрева испарительной камеры может составлять до 5 кВт. Кроме того, в предпочтительном варианте предусмотрен подающий трубопровод 6, который предназначен для подачи водного раствора 45 и соединяет испарительную камеру 24 с расходной емкостью 20, и в который встроен подающее средство 19, при задействовании которого текучая среда подается по подающему трубопроводу 6. Согласно еще одному предпочтительному варианту это устройство выполнено таким образом, что в процессе работы отклонение температуры испарительной камеры 24 от заданной средней температуры составляет не более ±25°С. Помимо этого испарительная камера 24 имеет предпочтительно на по меньшей мере отдельных участках средства 28 для повышения смачивающей способности поверхности. К этим средствам может относиться прежде всего профильная структура, выполненная на внутренней поверхности (выступы или иные аналогичные элементы) испарительной камеры 24.

Ниже описан осуществляемый по одному из предпочтительных вариантов способ приготовления газообразной смеси, в состав которой входит по меньшей мере одно из следующих веществ:

а) по меньшей мере один восстановитель и

б) по меньшей мере один предшественник восстановителя.

Водный раствор 45 по меньшей мере одного предшественника восстановителя подают в испарительную камеру 24, которую нагревают таким образом, что водный раствор 45 полностью испаряется с образованием газообразной смеси. Дополнительное преимущество этого способа состоит в том, что его осуществляют в испарительной камере 24, которая имеет в основном замкнутый объем, который имеет лишь первое отверстие 25 для присоединения подающего трубопровода 6 для подачи водного раствора 45 и второе отверстие 26 для присоединения подводящего трубопровода 2 для отвода газообразной смеси.

В другом варианте испарительная камера 24 может иметь в основном замкнутый объем, который имеет лишь первое отверстие 25 для присоединения подающего трубопровода 6 для подачи водного раствора 45, второе отверстие 26 для присоединения подводящего трубопровода 2 для отвода газообразной смеси и третье отверстие 36 для подачи ОГ 14.

Эти варианты осуществления способа предпочтительно можно модифицировать за счет обеспечения регулирования нагрева. Так, в частности, испарительную камеру 24 нагревают до средней температуры, составляющей от 250 до 300°С. Далее испарительную камеру 24 нагревают предпочтительно до средней температуры таким образом, чтобы ни в одной точке испарительной камеры 24 отклонение температуры от заданной средней температуры составляло не более ±25°С.

Помимо этого ниже более подробно описано устройство 15 для нейтрализации ОГ ДВС. Это устройство включает по меньшей мере один испаритель 16 раствора восстановителя, соединенный с испарителем 16 раствора восстановителя катализатор 17, предназначенный для гидролиза прежде всего мочевины до аммиака, и СКВ-катализатор 18, предназначенный для селективного каталитического восстановления оксидов азота (NO_x). Испаритель 16 раствора восстановителя имеет испарительный блок 12 для приготовления газообразной смеси, в состав которой входит по меньшей мере одно из следующих веществ:

а) по меньшей мере один предшественник восстановителя и

б) восстановитель.

Испарительный блок 12 предназначен для испарения в нем водного раствора 45, в состав которого входит по меньшей мере один предшественник восстановителя. СКВ-катализатор 18 расположен в выпускном трубопроводе 14, а испаритель 16 раствора восстановителя и катализатор 17 гидролиза расположены вне выпускного трубопровода 14 и выполнены с возможностью соединяться с ним.

Это устройство 15 предпочтительно можно усовершенствовать, для чего подающий трубопровод 6, сообщающийся с испарительным блоком 12, соединен с расходной емкостью 20, в которой содержится водный раствор 45. При этом подающий трубопровод 6 и испарительный блок 12 соединены друг с другом соединительным блоком 11. Этот соединительный блок 11 изготовлен по меньшей мере частично из материала, теплопроводность которого составляет менее 10 Вт/м·К, предпочтительно менее 2 Вт/м·К, наиболее предпочтительно менее 1 Вт/м·К, прежде всего 0,2 Вт/м·К. Помимо этого соединительный блок 11 изготовлен предпочтительно из по меньшей мере одного материала, изготовленного из по меньшей мере одного из следующих материалов:

а) керамического материала и

б) политетрафторэтилена.

Помимо этого соединительный блок 11 предпочтительно выполнять таким образом, чтобы по его длине можно было поддерживать температурный градиент, составляющий 40 К/мм и более. Кроме того, теплоемкость катализатора 17 гидролиза составляет не более 60 Дж/К. Объем катализатора 17 гидролиза составляет 100 мл и менее.

Катализатор гидролиза имеет предпочтительно трубчатый кожух, который не учитывается при определении указанной выше теплоемкости. В трубчатом кожухе имеется предпочтительно по меньшей мере один по меньшей мере частично структурированный или профилированный металлический слой. Во внутренней части трубчатого кожуха имеется предпочтительно зона, в которой отсутствуют по меньшей мере частично структурированные или профилированные слои и площадь которой составляет по меньшей мере 20 или даже 50% от площади поперечного сечения трубчатого кожуха.

Плотность распределения каналов катализатора 17 гидролиза составляет предпочтительно менее 600 ячеек на кв. дюйм, более предпочтительно 400 ячеек на кв. дюйм и менее, наиболее предпочтительно 300, 200 или 100 ячеек на кв. дюйм и менее. В предпочтительном варианте катализатор 17 гидролиза механически соединен с выпускным трубопроводом 14. Катализатор 17 гидролиза выполнен предпочтительно с тепловой развязкой с выпускным трубопроводом 14.

Согласно еще одному предпочтительному варианту выполнения этого устройства 15 в нем имеется по меньшей мере один стержневой нагревательный элемент 69, который нагревает по меньшей мере один из следующих конструктивных компонентов:

а) катализатор 17 гидролиза и

б) по меньшей мере отдельные части испарительной камеры 24.

Помимо этого предпочтительно поддерживать равномерную температуру по меньшей мере одного из следующих компонентов:

а) по меньшей мере отдельных частей подающего трубопровода 6,

б) катализатора 17 гидролиза,

в) по меньшей мере отдельных частей испарительного блока 12,

г) дозировочного трубопровода 21 для подачи образующегося аммиака в систему выпуска ОГ и

д) подающего блока 46, через который катализатор 17 гидролиза сообщается с выпускным трубопроводом 14.

Кроме того, имеются предпочтительно средства 4, 7, 27, 31, 49, 50 для поддержания равномерной температуры, к которым относится по меньшей мере один из следующих конструктивных компонентов:

а) нагревательная проволока,

б) элемент 8 Пельтье,

в) радиатор 9,

г) стержневой нагревательный элемент 69 и

д) средство 63 для сжигания горючего.

Помимо этого предпочтительно снабжать покрытием, катализирующим процесс гидролиза мочевины, по меньшей мере один из следующих конструктивных компонентов:

а) по меньшей мере отдельные части соединительного блока 11,

б) по меньшей мере отдельные части подводящего трубопровода 2 для подачи газообразной смеси в катализатор 17 гидролиза,

в) по меньшей мере отдельные части испарительного блока 12,

г) по меньшей мере отдельные части дозировочного трубопровода 21 для подачи образующегося восстановителя в систему выпуска ОГ и

д) по меньшей мере отдельные части подающего блока 46, которым катализатор 17 гидролиза соединяется с выпускным трубопроводом 14.

Кроме того, предпочтительным является наличие подающего блока 46, который аэрогидродинамически соединяет катализатор 17 гидролиза с выпускным трубопроводом 14 ДВС. Так, в частности, подающий блок 46 имеет пассивное смесительное средство, которое смешивает подаваемые вещества с ОГ. Смесительное средство включает предпочтительно по меньшей мере один из следующих компонентов, к которым относятся:

а) направляющая металлическая пластина 34 и

б) сотовый элемент 52, который выполнен таким образом, чтобы ОГ 13 могли проходить через него по меньшей мере отчасти под углом к направлению 45 основного потока ОГ.

В предпочтительном варианте сотовый элемент 52 имеет проточные для текучей среды каналы и отверстия, соединяющие друг с другом соседние каналы.

В соответствии с другим предпочтительным вариантом выполнения этого устройства 15 по меньшей мере один из следующих конструктивных компонентов:

а) подающий блок 46 и

б) выпускной трубопровод 14

выполнен таким образом, что в процессе работы зона соединения подающего блока 46 с выпускным трубопроводом 14 образует с аэродинамической точки зрения зону успокоения или мертвую зону.

В следующем предпочтительном варианте выполнения этого устройства 15 по ходу потока за катализатором 17 гидролиза расположена тепловая изоляция 72. Эта тепловая изоляция 72 предпочтительно непосредственно примыкает к катализатору 17 гидролиза.

В соответствии еще с одним предпочтительным вариантом выполнения этого устройства 15 по меньшей мере один из следующих конструктивных компонентов имеет по меньшей мере один датчик температуры:

а) подающий блок 46,

б) катализатор 17 гидролиза,

в) СКВ-катализатор 18,

г) испарительный блок 12,

д) подводящий трубопровод 2,

е) испарительная камера 24 и

ж) дозировочный трубопровод 21 для подачи образующегося восстановителя в выпускной трубопровод 14.

В предпочтительном варианте этот датчик температуры соединяется с источником электрического тока, благодаря чему может использоваться также для нагрева соответствующего конструктивного компонента а)-ж).

Согласно следующему предпочтительному варианту выполнения этого устройства 15 в нем имеется подающее средство 19, которое подает водный раствор 45 из расходной емкости в испарительный блок 24. Подающее средство 19 в предпочтительном варианте имеет по меньшей мере один насос, предпочтительно дозировочный насос. В предпочтительном варианте насос может создавать рабочее давление, которое превышает максимально возможное давление ОГ в процессе работы ДВС, воздействующее на подающий блок 46 и/или дозировочный трубопровод 21. В соответствии с другим предпочтительным вариантом выполнения устройства 15 между подающим средством 19 и испарительным блоком 12 расположен по меньшей мере один клапан для дозированной подачи водного раствора 45.

Помимо этого ниже более подробно описан осуществляемый по одному из предпочтительных вариантов способ нейтрализации ОГ ДВС. При осуществлении способа выполняют по меньшей мере следующие стадии:

а) приготавливают по меньшей мере одно из следующих веществ:

а1) восстановитель и

а2) газообразную смесь, в состав которой входит по меньшей мере один предшественник восстановителя,

б) проводят процесс гидролиза по меньшей мере одного предшественника восстановителя, в результате чего получают восстановительную смесь 35, и

в) подают в СКВ-катализатор 18 восстановительную смесь 35 и ОГ 14 для по меньшей мере частичного селективного каталитического восстановления содержащихся в ОГ оксидов азота (NO_x).

По завершении стадии б) смешивают восстановительную смесь 35 с по меньшей мере отдельными частями или потоками ОГ 14.

В соответствии еще с одним предпочтительным вариантом осуществления этого способа имеется возможность обеспечивать в испарительном блоке 12 на стадии а) испарение водного раствора 45, в состав которого входит по меньшей мере один предшественник восстановителя. Помимо этого стадию б) предпочтительно выполнять по меньшей мере частично в катализаторе 17 гидролиза.

Согласно другому предпочтительному варианту осуществления этого способа регулируют температуру по меньшей мере одного из следующих компонентов:

а) по меньшей мере отдельные частей испарительного блока 12,

б) катализатора 17 гидролиза,

в) подающего трубопровода 6 для подачи водного раствора 45 в испарительный блок 12,

г) подводящего трубопровода 2 для подачи газообразной смеси в катализатор 17 гидролиза,

д) дозировочного трубопровода 21 для подачи образующегося восстановителя в систему выпуска ОГ и

е) подающего блока 46, который аэрогидродинамически соединяет катализатор 17 гидролиза с выпускным трубопроводом 14 ДВС.

При этом данное соединение находится по ходу потока перед СКВ-катализатором 18. Кроме того, предпочтительно поддерживать равномерную температуру по меньшей мере одного из следующих компонентов:

а) по меньшей мере отдельных частей испарительного блока 12,

б) катализатора 17 гидролиза,

в) подающего трубопровода 6 для подачи водного раствора 45 в испарительный блок 12,

г) подводящего трубопровода 2 для подачи газообразной смеси в катализатор 17 гидролиза,

д) дозировочного трубопровода 21 для подачи образующегося восстановителя в систему выпуска ОГ и

е) подающего блока 46, который аэрогидродинамически соединяет катализатор 17 гидролиза с выпускным трубопроводом 14 ДВС.

По следующему варианту осуществления этого способа водный раствор 45 подают в испаритель 16 раствора восстановителя по подающему трубопроводу 6. При этом предпочтительным является вариант, который предусматривает возможность обратной подачи водного раствора 45 по подающему трубопроводу 6. Согласно еще одному предпочтительному варианту осуществления этого способа обеспечивают испарение до 2,5 мл водного раствора 45 в секунду.

В соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления этого способа перед началом проведения процесса поддержания равномерной температуры измеряют температуру по меньшей мере одного из следующих компонентов:

а) катализатора 17 гидролиза,

б) испарительного блока 12,

в) дозировочного трубопровода 21 для подачи образующегося восстановителя в выпускной трубопровод 14 и

г) подающего блока 46, который аэрогидродинамически соединяет катализатор 17 гидролиза с выпускным трубопроводом 14 ДВС,

и сравнивают результат измерения с по меньшей мере еще одним значением температуры другого конструктивного компонента. В следующем предпочтительном варианте осуществления этого способа процесс испарения водного раствора 45 проводят лишь в том случае, когда проводится коррекция температур, в результате которой определенная или измеренная температура и температура другого конструктивного компонента отличаются друг от друга не более чем на заданное максимальное значение их разности.

Преимущество предлагаемых в изобретении устройства 1 и способа заключается в том, что они обеспечивают полное испарение водного раствора, содержащего мочевину, и последующий ее гидролиз до смеси, содержащей аммиак. Эту смесь подают предпочтительно в качестве восстановителя в СКВ-катализатор 18. Принцип проведения процесса испарения вне системы выпуска ОГ позволяет выполнять катализаторы 17 гидролиза заметно меньших размеров, благодаря чему предлагаемое в изобретении устройство требует меньше места и имеет меньшую себестоимость по сравнению с обычными устройствами для приготовления восстановителя, используемого в процессе селективного каталитического восстановления оксидов азота.

Изобретение относится к способу и устройству для приготовления газообразной смеси, содержащей восстановитель и/или предшественник восстановителя. Сущность изобретения: устройство (1) для приготовления газообразной смеси, содержащей по меньшей мере одно из следующих веществ: а) по меньшей мере один восстановитель, содержащий аммиак, и б) по меньшей мере один предшественник восстановителя, содержащий мочевину, имеющее расходную емкость (20) для водного раствора (45), содержащего по меньшей мере один предшественник восстановителя и подаваемого из расходной емкости подающим средством (19) в по меньшей мере один подводящий трубопровод (2) с выходным отверстием (3), причем предусмотрены средства (4) для нагрева подводящего трубопровода (2), позволяющие нагревать по меньшей мере один подводящий трубопровод (2) до температуры выше критической, которая больше 300°С и превышает температуру кипения воды, а устройство (1) выполнено таким образом, что в процессе его работы по длине подводящего трубопровода (2) отклонение температуры от средней температуры составляет не более ±25°С. Техническим результатом изобретения является достижение длительной бесперебойной эксплуатации системы нейтрализации отработавших газов. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 24 ил.

1. Устройство (1) для приготовления газообразной смеси, содержащей по меньшей мере одно из следующих веществ:
а) по меньшей мере один восстановитель, содержащий аммиак, и
б) по меньшей мере один предшественник восстановителя, содержащий мочевину, имеющее расходную емкость (20) для водного раствора (45), содержащего по меньшей мере один предшественник восстановителя и подаваемого из расходной емкости подающим средством (19) в по меньшей мере один подводящий трубопровод (2) с выходным отверстием (3), причем предусмотрены средства (4) для нагрева подводящего трубопровода (2), позволяющие нагревать по меньшей мере один подводящий трубопровод (2) до температуры выше критической температуры, которая больше 300°С и превышает температуру кипения воды, а устройство (1) выполнено таким образом, что в процессе его работы по длине подводящего трубопровода (2) отклонение температуры от средней температуры составляет не более ±25°С.

2. Устройство по п.1, в котором подводящий трубопровод (2) имеет с внутренней стороны шероховатость поверхности R_z в пределах от 8 до 12 мкм.

3. Устройство по п.1 или 2, в котором подводящий трубопровод (2) выполнен из материала с коэффициентом теплопроводности более 200 Вт/(м·К).

4. Устройство по п.1 или 2, в котором подводящий трубопровод (2) способен обеспечивать по меньшей мере одно изменение направления потока текучей среды предпочтительно на по меньшей мере 90° или более.

5. Устройство по п.1 или 2, в котором средства (4) для нагрева имеют по меньшей мере один из следующих конструктивных элементов:
а) электрический резистивный нагреватель,
б) средства для передачи тепловой энергии для обеспечения использования отходящего тепла по меньшей мере еще одного конструктивного компонента,
в) по меньшей мере один элемент Пельтье и
г) средство для сжигания горючего.

6. Устройство по п.1 или 2, в котором нагревательный элемент (38) плотно навит на подводящий трубопровод (2), или подводящий трубопровод (2) и нагревательный элемент (38) совместно навиты в виде спирали, причем нагревательный элемент и подводящий трубопровод предпочтительно соединены друг с другом неразъемным соединением.

7. Устройство по п.1 или 2, в котором подводящий трубопровод (2) выполнен из алюминийсодержащего материала.

8. Устройство по п.1 или 2, в котором теплоемкость подводящего трубопровода составляет по меньшей мере 150 Дж/К.

9. Устройство по п.1 или 2, в котором подводящий трубопровод (2) по меньшей мере частично покрыт покрытием, катализирующим процесс гидролиза предшественника восстановителя до восстановителя.

10. Устройство по п.1 или 2, в котором подводящий трубопровод (2) и катализатор (17) гидролиза помещены в общий нагреваемый корпус.

11. Способ приготовления газообразной смеси, содержащей по меньшей мере одно из следующих веществ:
а) по меньшей мере один восстановитель, содержащий аммиак, и
б) по меньшей мере один предшественник восстановителя, содержащий мочевину, характеризующийся тем, что водный раствор (45) по меньшей мере одного предшественника восстановителя подают из расходной емкости (20) в подводящий трубопровод (2), причем подводящий трубопровод (2) нагревают до температуры выше критической температуры, которая больше 300°С, таким образом, что водный раствор (45) полностью испаряется с образованием газообразной смеси, а по длине подводящего трубопровода (2) отклонение температуры от средней температуры составляет не более ±25°С.

12. Способ по п.11, при осуществлении которого значения температур подводящего трубопровода (2) задают равными средней температуре, составляющей от 380 до 450°С.

13. Способ по п.11 или 12, при осуществлении которого используют подводящий трубопровод (2), способный обеспечивать по меньшей мере одно изменение направления потока текучей среды на по меньшей мере 90°.

14. Способ по п.11 или 12, при осуществлении которого подводящий трубопровод (2) нагревают до второй температуры выше критической температуры, при которой имеет место полное испарение водного раствора (45).

15. Способ по п.11 или 12, при осуществлении которого подводящий трубопровод (2) нагревают электрическим резистивным нагревателем и перед началом процесса нагрева измеряют сопротивление этого резистивного нагревателя и в зависимости от измеренной величины сопротивления нагревают подводящий трубопровод (2).