專利名稱：用于將液體還原劑引入到燃燒設(shè)備的廢氣中的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于將液體還原劑引入到燃燒設(shè)備的廢氣中的裝置，該裝置帶有 一儲罐，帶有一用于將液體還原劑沿著輸送方向輸出到廢氣中的輸出裝置，帶有一布置在 儲罐和輸出裝置之間的供給管路，帶有一布置在供給管路中、用于將液體還原劑從儲罐輸 送到輸出裝置的輸送裝置。
背景技術(shù)：
在從化石或者從植物中獲取的燃料轉(zhuǎn)換成機(jī)械能和/或者熱能時(shí)要力求達(dá)到高 效率。其中轉(zhuǎn)換溫度常常這樣高，以使在轉(zhuǎn)換(燃燒)時(shí)在值的一提的范圍下形成氮氧化 物。因?yàn)榈趸锏尼尫攀遣皇軞g迎的，并且因此要避免氮氧化物的釋放，所以通常 經(jīng)催化減少氮氧化物。為了排除氮氧化物尤其是作為技術(shù)上可可靠地控制的方法建立了選 擇性催化還原方法(也稱為SCR方法)，該方法用于一燃燒設(shè)備、同樣一內(nèi)燃機(jī)、尤其是一柴 油機(jī)的廢氣的脫氮。在該方法中在廢氣中含有的氮氧化物在含有氧氣的情況下在一選擇性工作的還 原催化凈化器上借助于一合適的還原劑轉(zhuǎn)換成氮分子和水分子。作為還原劑氨相對于其它 的還原劑、如碳?xì)浠衔锘蛘呷矍杷岖@得了成功。氨是一種具有強(qiáng)烈的氣味，并且在較高的濃度下也是一種有毒的化合物。因此用 于一內(nèi)燃機(jī)、例如一汽車的廢氣脫氮所必需的還原劑常常以稀薄的尿素溶液的形式在一汽 車的儲罐中隨車攜帶，由該尿素溶液尤其是通過水解可釋放出用于脫氮所必需數(shù)量的氨。為此由DE102004054238A1已知，稀薄的尿素溶液沿著輸送方向從一儲罐經(jīng)輸送 泵和一供給管路通過輸出裝置派給內(nèi)燃機(jī)的廢氣。

發(fā)明內(nèi)容
從背景技術(shù)出發(fā)本發(fā)明以該任務(wù)為基礎(chǔ)，按照盡可能費(fèi)用低廉地實(shí)現(xiàn)的原則提出 一種用于將液體還原劑引入到一燃燒裝置的廢氣中的、耐用的、可選擇的裝置。根據(jù)本發(fā)明該任務(wù)通過一用于將液體還原劑引入到一燃燒設(shè)備的廢氣中的裝置 獲得解決，該裝置帶有一儲罐，帶有一用于液體還原劑輸出到廢氣中的輸出裝置，帶有一布 置在儲罐和輸出裝置之間的供給管路，帶有一布置在供給管路中用于將液體還原劑沿著輸 送方向從儲罐輸送到輸出裝置的輸送裝置，其中一可操縱的通氣裝置在輸送裝置的上游分 配給供給管路，其中輸出裝置經(jīng)返回管路連接在儲罐上，并且其中一可操縱的關(guān)斷裝置布 置在返回管路中。在液體還原劑凍結(jié)時(shí)用它注滿的裝置的部件、例如供給管路存在損壞的危險(xiǎn)。為 了避免損壞已知，尤其是在相應(yīng)的低溫時(shí)例如將液體還原劑從供給管路中排空。此外為了 不不必要地浪費(fèi)液體還原劑，并且由此增加環(huán)境的負(fù)擔(dān)，例如由DE102004054238A1已知， 將液體還原劑逆著正常運(yùn)行的輸送方向泵回到儲罐中。
為此按照目前的現(xiàn)有技術(shù)通常使用一成本高的旋轉(zhuǎn)方向可換向的輸送泵?？蛇x擇 地也可以使用一帶有恒定的旋轉(zhuǎn)方向的成本低的輸送泵，其中為了輸送方向的換向常常使 用一昂貴的專用換向閥，通常使用一 4/2換向閥、即一兩位四通換向閥用于泵的入口和泵 的排出口的交換。 那么根據(jù)本發(fā)明完全采取了另一種方式。例如不通過輸送泵的輸送方向換向?qū)崿F(xiàn) 在儲罐中液體還原劑的排空，即在儲罐中的排空不用輸送方向的換向和與此相連系的成本 高的元件、例如一旋轉(zhuǎn)方向可換向的輸送泵或者一 4/2換向閥實(shí)現(xiàn)。對此為了不用輸送方向換向?qū)⒁后w還原劑從供給管路排到儲罐中設(shè)有一可操縱 的通氣裝置和一帶有一可操縱的關(guān)斷裝置的返回管路。經(jīng)通氣裝置對于一排空過程可將氣體狀的介質(zhì)排入供給管路中或者否則可阻止 氣體狀的介質(zhì)排入供給管路中。為此通氣裝置例如布置在供給管路的入口處，其中通氣裝 置例如打開或者關(guān)閉氣體進(jìn)入的入口。通氣裝置本身例如是一可操縱的關(guān)斷元件，例如一 開關(guān)或者一關(guān)斷閘閥，該關(guān)斷閘閥在打開或者關(guān)閉時(shí)允許或者阻止氣體進(jìn)入供給管路。為此通氣裝置例如本身布置在供給管路上或者可選擇地布置在一噴嘴上或者布 置在一軟管上。其中一這樣的噴嘴或者軟管例如用一孔通到供給管路的入口處。通氣裝置 布置在一供給管路的支管路上特別容易實(shí)現(xiàn)。其中可以規(guī)定，在供給管路的通氣裝置打開 時(shí)一氣體由一氣體儲罐、例如經(jīng)支管路供給。在該情況下例如支管路通到一相應(yīng)的氣體儲 罐，該氣體儲罐例如對于一排空過程提供一關(guān)于化學(xué)特性合適的氣體?？蛇x擇地這也是可 行的，例如支管路簡單地通到大氣中或者通到廢氣中。通過例如構(gòu)成一截止閥的關(guān)斷裝置返回管路可相對于儲罐打開或者關(guān)閉。在關(guān)斷 裝置打開時(shí)例如在排空的情況下液體還原劑可經(jīng)返回管路排入儲罐中。其中關(guān)斷裝置例如 是一開關(guān)或者一關(guān)斷閘閥。在一排空過程中通氣裝置和關(guān)斷裝置打開。通過打開通氣裝置沿著輸送方向看布置在通氣裝置下游的輸送裝置、例如一旋轉(zhuǎn) 方向不可換向的泵代替“重的”液體還原劑將非常輕的氣體狀的介質(zhì)輸送到供給管路中，在 某種程度上可以說吸入到供給管路中。輸送到供給管路中的氣體、例如氣泡那么一定程度上擠壓處在供給管路中、并且 待排空的液體還原劑穿過供給管路、沿著輸送方向到輸出裝置。為了排空關(guān)斷裝置同樣打開，即返回管路相對于儲罐打開。因此尤其是防止在輸 出裝置上建立輸出壓力，該輸出裝置常常包括一噴嘴。因此被氣體沿著到輸出裝置的方向 擠壓的液體還原劑不經(jīng)輸出裝置輸出，而是例如被氣泡繼續(xù)擠壓回儲罐中。附加地或者可 選擇地例如為了排空輸出裝置、例如噴嘴可以關(guān)斷，因此可附加地經(jīng)輸出裝置阻止排空。 因此不用輸送裝置的輸送方向換向可完成供給管路的排空。因此對于排空例如可 使用一旋轉(zhuǎn)方向不可換向的、成本低廉的泵。在正常運(yùn)行中、即在液體還原劑輸出到廢氣中時(shí)通氣裝置和關(guān)斷裝置關(guān)閉。關(guān)閉 在通氣裝置的情況下意味著通氣裝置阻止氣體進(jìn)入到供給管路中。因此在輸送裝置投入運(yùn) 行時(shí)液體還原劑從儲罐輸送到輸出裝置。在關(guān)斷裝置的情況下關(guān)閉意味著返回管路相對于 儲罐關(guān)閉。因此尤其是可在輸出裝置上建立一輸出壓力，因?yàn)榻?jīng)返回管路在儲罐中沒有進(jìn) 行卸壓。因此液體還原劑經(jīng)輸出裝置輸出到廢氣中?？蛇x擇地或者附加地例如在一可關(guān)斷的輸出裝置時(shí)為了輸出可打開輸出裝置。尤其是在通氣裝置打開、并且同時(shí)在關(guān)斷裝置關(guān)閉的情況下可實(shí)現(xiàn)供給管路的沖洗。在該情況下例如輸送裝置經(jīng)通氣裝置吸入空氣。這樣“吸入的”空氣與位于供給管路中 的液體還原劑一起經(jīng)輸出裝置輸出。供給管路在某種程度上可以說被用氣體“沖洗”。因此 例如可以避免供給管路由于粘附的殘余物堵塞。尤其是供給管路的沖洗可以特別簡單的、 成本低廉的方式實(shí)現(xiàn)，因?yàn)槔绮恍枰郊拥臎_洗閥。在通氣裝置關(guān)閉并且同時(shí)關(guān)斷裝置打開的情況下可實(shí)現(xiàn)液體還原劑的循環(huán)抽吸， 這樣液體從儲罐中經(jīng)供給管路和返回管路重新輸送回儲罐中。用這樣的循環(huán)抽吸例如可實(shí) 現(xiàn)在儲罐中和在其余的系統(tǒng)中在液體還原劑之間的溫度平衡。例如如果在儲罐中液體還原 劑的溫度上升超過一要求的溫度、即太熱，這樣的溫度平衡是值得追求的。在熱的液體還原 劑的循環(huán)抽吸中該液體還原劑例如在供給管路中和返回管路中冷卻，并且冷卻后重又引回 儲罐中。液體還原劑例如是一液態(tài)的還原劑或者一可轉(zhuǎn)換成還原劑的原料，該原料可在化 學(xué)作用下和/或者熱作用下轉(zhuǎn)換成還原劑。為了這樣的原料的轉(zhuǎn)換可將該原料直接引入廢 氣中或者可選擇地引入一處理反應(yīng)器中，該原料例如是稀薄的尿素溶液或者氨水。在水解 和/或者熱解作用下或者通過化學(xué)反應(yīng)該物質(zhì)轉(zhuǎn)換為還原劑，為了轉(zhuǎn)換該裝置必要時(shí)包括 一處理反應(yīng)器。借助于供給管路液體還原劑或者轉(zhuǎn)換的液體還原劑從儲罐中引到輸出裝置，為了 與氮氧化物反應(yīng)液體還原劑被該輸出裝置尤其是在還原催化凈化裝置之前派給廢氣。為 此輸出裝置例如構(gòu)成一可關(guān)斷的噴嘴，用該噴嘴液體還原劑必要時(shí)在形成氣霧下噴入廢氣 中。液體還原劑用輸送裝置從儲罐中輸送出，并且經(jīng)供給管路、必要時(shí)在轉(zhuǎn)換成還原 劑的情況下輸送到輸出裝置。輸送裝置例如是一輸送泵或者也可以是一空氣壓縮機(jī)。優(yōu)選的是給返回管路和/或者供給管路分配加熱裝置。由此一方面可防止在低溫 時(shí)例如在供給管路中和返回管路中液體還原劑的凍結(jié)。另一方面例如循環(huán)抽吸的液體還原 劑在穿過加熱的供給管路和返回管路期間被加熱。并且這樣加熱的液體重又供給儲罐，因 此也可以在儲罐中加熱液體還原劑。合適的方式是通氣裝置經(jīng)一吸氣管路連接在儲罐上。因此在通氣裝置打開時(shí)處在 儲罐中的氣體可經(jīng)吸氣管路輸送到供給管路中。由此可達(dá)到兩個(gè)目的，一方面可以廉價(jià)的 方式對于排空使用少含微粒的氣體。因此可長期地避免供給管路、并且尤其是輸出裝置、例 如噴嘴的堵塞。此外另一方面保證了液體還原劑不可能經(jīng)“無控制的”排出口從系統(tǒng)中排 出，并且其中引起可能的腐蝕損害。例如在構(gòu)成稀薄的尿素溶劑的液體還原劑的情況下已 知從尿素溶液中析出的尿素由于它的蠕變特性會從一已有的排出口“泄漏出來”。一這樣的 蠕變特性例如在鹽結(jié)晶中也已是眾所周知的，該鹽結(jié)晶從食鹽溶液中析出。在該情況下經(jīng) 通到儲罐中的吸氣管路防止例如尿素?zé)o控制的從“系統(tǒng)”中泄漏出來。在一本發(fā)明的有利的結(jié)構(gòu)形式中通氣裝置和關(guān)斷裝置分別構(gòu)成一方向閥。其中例 如通氣裝置和關(guān)斷裝置可分別構(gòu)成一隔膜閥。同樣例如可構(gòu)成一隔膜結(jié)構(gòu)。方向閥例如可 以電磁的方式迅速并且準(zhǔn)確地通斷，因此可對運(yùn)行條件的要求作出迅速的反應(yīng)。在一本發(fā)明的優(yōu)選的結(jié)構(gòu)形式中閥門是2/2方向閥。在這里2/2方向閥理解為兩位兩通方向閥。2/2方向閥在它結(jié)構(gòu)形式中是一種結(jié)構(gòu)簡單的方向閥，并且因此可成本低廉 地制造。合適的方式是輸出裝置是一噴嘴。噴嘴適合于用于將液體還原劑引入到廢氣中， 因?yàn)閲娮斐３Ｓ糜趪姵鲆后w，并且因此作為大量生產(chǎn)的部件相對價(jià)格低廉。優(yōu)選的是輸送裝置是一隔膜泵。在隔膜泵中待輸送的介質(zhì)、即在該情況下液體還 原劑通過一隔膜與泵的機(jī)械部件隔開。因此可保護(hù)機(jī)械部件不受液體還原劑的有害的影 響。因此隔膜泵特別適合于可能有腐蝕作用的液體還原劑的輸送。


本發(fā)明的一實(shí)施例借助于附圖詳細(xì)說明。其中相同作用的零件用同樣的附圖標(biāo)記 表示。其中在示意的圖示中圖1表示了一在第一種運(yùn)行狀態(tài)下連接在排氣管上用于引入液體還原劑的裝置，圖2表示了一在第二種運(yùn)行狀態(tài)下在圖1中所示的裝置，圖3表示了一在第三種運(yùn)行狀態(tài)下在圖1中所示的裝置，并且圖4表示了一在第四種運(yùn)行狀態(tài)下的裝置。
具體實(shí)施例方式在圖1中表示了 一燃燒設(shè)備2，該燃燒設(shè)備裝備具有一用于弓I入液體還原劑5的裝置4。根據(jù)圖1所示，為了排出在燃燒設(shè)備2的運(yùn)行中產(chǎn)生的廢氣6，，一排氣管8布置 在一構(gòu)成內(nèi)燃機(jī)的燃燒設(shè)備2上。經(jīng)排氣管8廢氣6從燃燒設(shè)備2引到一還原催化凈化器 10，并且流過該還原催化凈化器。還原催化凈化器10尤其是一 DeNOx催化凈化器，用該催 化凈化器在廢氣6中含有的氮氧化物用一還原劑12按照選擇性催化還原(SCR)的方法轉(zhuǎn) 成對環(huán)境無害的氮和水。尤其是使用氨作為還原劑12。因?yàn)榘笔且环N具有強(qiáng)烈的氣味，并且在較高的濃度下也是一種有毒的化合物，因 此所需要的氨由一種“無危害的“液體還原劑5、這里由一稀薄的尿素溶液獲得。為此液體 還原劑5借助于裝置4引入熱的排氣管6，其中該液體還原劑然后在熱作用下轉(zhuǎn)換成還原劑 12。為此根據(jù)附圖裝置4包括一儲罐20，液體還原劑5儲存在該儲罐中。在正常的運(yùn)行中液體還原劑5從儲罐20經(jīng)供給管路22輸送到一輸出裝置23，該 輸出裝置這里是一噴嘴24，并且液體還原劑經(jīng)該噴嘴噴到熱的廢氣6中，引入到熱的廢氣6 中的液體還原劑5然后在熱作用下轉(zhuǎn)換成還原劑12，例如水解。為了從儲罐20中輸送液體還原劑5裝置4包括一輸送裝置26，該輸送裝置這里是 一隔膜泵28。用隔膜泵28液體還原劑5沿著輸送方向29從儲罐20中經(jīng)供給管路22泵入 輸出裝置23。根據(jù)附圖，裝置4還包括一吸入管路30和一返回管路32。一通氣裝置34布置在 吸入管路30中，并且在返回管路32中布置一關(guān)斷裝置36。通氣裝置34和關(guān)斷裝置36這 里分別是2/2方向閥38。2/2方向閥這里理解為兩位兩通方向閥。用構(gòu)成方向閥38的通氣裝置34可以打開或者關(guān)閉一用于處在儲罐20中的氣體40通過的吸入管路30，這樣在通氣裝置34打開時(shí)氣體32、例如氣泡可經(jīng)吸氣管路30從儲 罐20中輸送到供給管路22中。構(gòu)成噴嘴24的輸出裝置23經(jīng)返回管路32連接到儲罐20上。通過布置在返回管 路22中的方向閥38返回管路32可相對于儲罐20打開或者關(guān)閉。在返回管路32中例如 可布置一定數(shù)量的傳感器33、例如壓力傳感器和/或者溫度傳感器。
在圖1中表示的是關(guān)斷裝置36和通氣裝置34處在正常運(yùn)行中。兩個(gè)裝置34、36 在該情況下處在一關(guān)閉的閥位中。具體地即沒有氣體40通過吸入管路30輸送到供給管路 22中，并且返回管路32相對于儲罐20關(guān)閉。在通氣裝置34和關(guān)閉裝置36的這一閥位中， 在隔膜泵28投入運(yùn)行時(shí)液體還原劑5從儲罐20泵出，并且在一大約IObar的輸出壓力時(shí) 經(jīng)噴嘴24噴入廢氣6中。在圖2中表示的是關(guān)閉裝置36和通氣裝置34處在排氣運(yùn)行中。兩個(gè)裝置34、36 在該情況下分別處在一打開的閥位中。即在通氣裝置34打開的情況下氣體40可經(jīng)吸入管 路30從儲罐20中輸送到供給管路22中。在關(guān)閉裝置36打開的情況下意味著返回管路32 對儲罐22打開。在投入運(yùn)行時(shí)由于通氣裝置34打開所以隔膜泵28不從儲罐20中輸送“重的”液 體還原劑5，而是在一定程度上吸出“輕的”氣體40，例如由儲罐20經(jīng)吸氣管路30吸出氣 泡進(jìn)入供給管路22中。這樣吸出的氣泡被隔膜泵28沿著到噴嘴24的方向輸送。其中氣 泡擠壓處在在供給管路22中、并且待排出的液體還原劑5沿著輸送方向29通過供給管路 22到噴嘴24。關(guān)斷裝置36在圖示中同樣打開，因此返回管路22相對于儲罐20打開。因此在噴 嘴24上未建立輸出壓力，因此由氣泡擠壓到噴嘴24的液體還原劑5不是通過噴嘴24輸出， 而是液體還原劑5被氣泡擠壓到返回管路32、并且進(jìn)一步擠壓回儲罐20。 因此液體還原劑5從供給管路22排到儲罐20中，輸送裝置26、在該情況下隔膜泵 28的輸送方向29就沒有必要反向了。在圖3中表示了通氣裝置34處在打開的閥位中，并且關(guān)閉裝置36處在關(guān)閉的閥 位中。在這里所表示的情況中尤其是可實(shí)現(xiàn)供給管路22的沖洗。在隔膜泵28投入運(yùn)行 時(shí)該隔膜泵經(jīng)吸氣管路30從儲罐20中將氣體40吸入供給管路22。因?yàn)榉祷毓苈?2相對 于儲罐22關(guān)閉，在儲罐22中沒有進(jìn)行卸壓，而是在輸出裝置23上建立起一輸出壓力。因此由隔膜泵28從儲罐20中“吸出的”氣體40與處在供給管路22中的液體還 原劑5—起經(jīng)噴嘴24輸出。在這種情況下供給管路22被沖洗。由此例如可以避免供給管 路22由于粘附的殘留物的堵塞。因?yàn)椴恍枰郊拥臎_洗閥，所以供給管路22的沖洗可以 特別簡單的費(fèi)用低廉的方式實(shí)現(xiàn)。在圖4中表示了通氣裝置34處在關(guān)閉的閥位中，并且關(guān)斷裝置36處在打開的閥 位中。在這里所示的情況下尤其是可實(shí)現(xiàn)一液體還原劑5的循環(huán)抽吸。在隔膜泵28投 入運(yùn)行時(shí)液體還原劑5從儲罐20泵入供給管路22，并且沿著輸送方向29輸送到噴嘴24。 由于缺少輸出壓力液體還原劑5未經(jīng)噴嘴24噴出，而是經(jīng)返回管路32排到儲罐20中。在這里表示的裝置4的結(jié)構(gòu)形式中，在返回管路32上和供給管路22上附加布置了加熱裝置42。用加熱裝置42可加熱位于供給管路22和返回管路32中的液體還原劑5。因此例如可防止在低溫時(shí)液體還原劑5在供給管路22中和返回管路32中凍結(jié)。
此外經(jīng)循環(huán)抽吸液體還原劑5在通過供給管路22和返回管路32時(shí)被加熱，并且 這樣加熱的液體5重新供給儲罐20，因此在這里表示的關(guān)斷裝置36和通氣裝置34的閥位 中可以借助于加熱裝置42加熱在儲罐20中的液體還原劑5。
權(quán)利要求
用于將液體還原劑(5)引入到燃燒設(shè)備(2)的廢氣(6)中的裝置(4)，該裝置帶有一儲罐(20)，帶有一用于將液體還原劑(5)輸出到廢氣(6)中的輸出裝置(23)，帶有一布置在儲罐(20)和輸出裝置(23)之間的供給管路(22)，帶有一布置在供給管路(22)中、用于將液體還原劑(5)沿著輸送方向(29)從儲罐(20)輸送到輸出裝置(23)的輸送裝置(26)，其特征在于，一可操縱的通氣裝置(34)在輸送裝置(26)的上游分配給供給管路(22)，輸出裝置(23)經(jīng)一返回管路(32)連接在儲罐(20)上，并且一可操縱的關(guān)斷裝置(36)布置在返回管路(32)中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置(4)，其特征在于，為返回管路(32)和/或者供給管路 (22)配備加熱裝置(42)。
3.根據(jù)前面的權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置(4)，其特征在于，通氣裝置(34)經(jīng)一吸 氣管路(30)連接在儲罐(20)上。
4.根據(jù)前面的權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置(4)，其特征在于，通氣裝置(34)和關(guān)斷 裝置(36)分別構(gòu)成閥門。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置(4)，其特征在于，所述閥門是2/2方向閥(38)。
6.根據(jù)前面的權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置(4)，其特征在于，輸出裝置(23)是一噴 嘴(24)。
7.根據(jù)前面的權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置(4)，其特征在于，輸送裝置(26)是一隔 膜泵(28)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于將液體還原劑(5)引入到燃燒設(shè)備(2)的廢氣(6)中的裝置(4)，該裝置帶有一儲罐(20)，帶有一用于將液體還原劑(5)輸出到廢氣(6)中的輸出裝置(23)，帶有一布置在儲罐(20)和輸出裝置(23)之間的供給管路(22)，帶有一布置在供給管路(22)中、用于將液體還原劑(5)沿著輸送方向(29)從儲罐(20)輸送到輸出裝置(23)的輸送裝置(26)。此外規(guī)定，一可操縱的通氣裝置(34)在輸送裝置(26)的上游分配給供給管路(22)，輸出裝置(23)經(jīng)一返回管路(32)連接在儲罐(20)上，并且一可操縱的關(guān)斷裝置(36)布置在返回管路(32)中。
文檔編號F01N3/20GK101802355SQ200880107544
公開日2010年8月11日 申請日期2008年9月1日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月18日
發(fā)明者H·克特爾, J·弗蘭克, P·鮑爾, R·本茨 申請人:歐陸汽車有限責(zé)任公司