专利名称：用于废气净化系统的化学制品的加热系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及在燃烧系统的废气中的，特别是在汽车内燃机的废气中的废气净化装 置。本发明还涉及一种用于通过供应管路导入废气中进行废气净化的液体的蓄水池的加热 系统。
背景技术：
根据公知的废气净化装置，在燃烧期间，液体通过供应管路从蓄水池中抽出并且
被导入废气中进行废气的化学净化。这种方法在US5， 884， 475中已经公开。 公知地，加热系统和其他的燃烧系统通过这样一种方法提供废气净化，即引导液
体(例如，尿素溶液)进入废气用于处理废气。然而，提供处于可用状态的液体会是一个问
题，如果在一个长时间的操作停顿之后，环境温度会下降很多以至于液体具有过度高的黏
度或者结冰。 减少含在内燃机废气中的污染物例如氧化氮的一个公知的方法是调节或者控制 柴油机催化转化器(CDC)。那个过程最初用于采用过量空气来操作的内燃机中，例如柴油发 动机和贫油发动机。该过程基本上以美国专利5， 884， 475和7， 017， 336中所描述的选择催 化还原(SCR)方法为基础。在SCR方法中，氧化氮和氨一起被送入与选择催化剂接触并且 催化地转变成氮气和水。 在处理汽车废气这种情况下，为了提供氨的供应，含水尿素溶液通常用于汽车中 作为氧化氮的催化转化的还原剂。氨由含水尿素溶液根据所需转化成氧化氮的量水解生 成。 含水尿素溶液在某些温度下能够结冰起到浓縮的作用。美国专利5， 884， 475描述 了一种导入到废气净化系统中的尿素加热的方法，其包括使尿素供给箱绝热并且在箱中设 置加热盘管。加热盘管能够接收来自发动机的冷却剂。 发明人认识到提供一种快速加热供给的尿素溶液的加热和融解尿素液体的系统 应当是有益的。
发明内容
本发明提供一种用于废气处理装置的尿素溶液加热系统，其利用废气的高温加热 尿素溶液。 例如，本发明的示意性实施例提供了一种尿素加热和/或融化系统，其用于将尿 素溶液喷入给载重汽车提供动力的柴油发动机的排气系统中的系统。所述喷射尿素溶液的 系统包括保持尿素溶液的供给箱和尿素溶液传送系统，该尿素溶液传送系统将尿素溶液从 供给箱送到废气中并且在选择的催化转化器上游将尿素溶液喷入排气系统中。尿素换热器和废气换热器每个构造成接收冷却剂。尿素换热器构造成接收从废气换热器排出的加热冷 却剂并且设置成将热量从加热的冷却剂传给供给箱内的尿素溶液。废气换热器构造成接收 冷却剂且将热量从废气传给所述冷却剂。 在采用例如ADBLUE的液体尿素溶液的SCR系统中，溶液在温度12° F时结冰，因 此在冬天运行中，结冰的尿素溶液可能需要在它能够喷入排气系统之前融解。尿素溶液应 当尽可能快地融解，使得系统能够在起动后很快发挥作用从而减少排放物。本发明提供装 载在载重汽车上的尿素供给箱，其通过来自载重汽车发动机的废气可控地加热。特别地，本 发明提供一种冷却剂回路，其通过传递来自废气流的热量的废气换热器加热，然后通过尿 素换热器将热量传递给保持在供给箱内的尿素溶液。 废气换热器能够设置在废气导管的内部或者外部。尿素换热器能够设置在尿素箱 的内部或者外部。优选地，尿素换热器设置在尿素箱的内部。 —些现有的尿素箱加热系统采用温热冷却剂流到尿素箱中从而加热在箱体中的 尿素。本发明的示意性实施例适于再使用到现有的设备中的尿素箱中的同样的冷却剂管 路。 根据本发明的优选实施例，为了在发动机冷却剂泵送到位于尿素供给箱中的结冰
或者冷的组合尿素溶液之前提高发动机冷却剂的温度，废气换热器安装在涡轮增压柴油发
动机的排气系统中。 本发明的示意性实施例包括 a)在汽车中的柴油发动机， b)用于减少柴油机废气流中的NO,排放物的SCR催化剂， c)尿素喷射器，用于提供尿素/NH3到SCR催化剂中从而在SCR催化剂中转化N0x 排放物， d)用于提供液体尿素给喷射器的尿素供给箱和管路， e)在发动机废气中的第一换热器， f)进入废气中的第一换热器的发动机冷却剂流， g)从废气中的第一换热器到尿素箱的加热的发动机冷却剂流，禾口 h)在尿素箱中的第二换热器，用于从发动机冷却剂传递热量到尿素箱中的尿素。 加热化学制品供给箱中的化学制品的一个示意性方法，从化学制品供给箱分配的
化学制品喷入排气系统中处理废气，包括如下步骤 将热量从废气传给流体；以及 将热量从流体传给在化学制品供给箱中的化学制品。 所述步骤能够进一步限定为流体是与化学制品隔离的热传递流体。 所述步骤能够进一步限定为化学制品包括尿素溶液。 所述步骤能够进一步限定为排气系统和化学制品供给箱安在载重汽车上，其中排 气系统是载重汽车驱动系统的一部分。 所述步骤能够进一步限定为在柴油发动机工作期间，冷却剂流体循环通过柴油发 动机并且尿素溶液被喷入排气系统中，且如果在供给箱中的尿素溶液温度低于大约12华 氏温度，在将尿素溶液喷入排气系统之前加热尿素溶液。 相比于以前使用的发动机单独加热系统，根据本发 的废气热的利用能够允许更多热量传递给结冰的尿素。本发明能够用于多种采用SCR系统的装置。通过提高传递给结
冰尿素溶液的热量，示意性装置和方法能够提高在寒冷天气下SCR系统的性能。 本发明的许多其它的益处和特征根据本发明接下来的详细描述和它的实施例，权
利要求和附图将会变得显而易见。
图1是结合有本发明的尿素加热系统的典型尿素喷射系统的示意图；
图2是本发明的尿素箱加热系统的示意图； 图3是类似于图2但是在阀的布置上显示出稍有不同的示意图。
具体实施例方式
虽然这个发明能体现出许多不同的形式，附图中示出并且在这里将进行详细地描 述它的具体的实施例，应当理解当前公开的内容被认为是本发明的原理的范例，而不意欲 将本发明限于所列举的具体实施例中。
图1以示意图的形式显示了结合有本发明的示例性尿素加热系统的尿素喷射系 统10。系统10能够结合到用柴油发动机作动力的载重汽车的动力装置中。尿素喷射系统 10能够是美国专利5， 884， 475和7， 017， 336中所描述的那样，两者在此引入作为参考。
柴油发动机12，例如涡轮增压柴油机，生成废气15，其通过废气导管18并且通过 例如催化转化器22的废气净化装置排出。废气通过转化器22，通过废气导管24，然后通过 排气系统剩余部件，然后排入大气。利用通过喷嘴或者喷头28喷洒尿素溶液26到废气导 管18或者转化器22中，转化器22化学地构成通过化学还原减少废气中的氧化氮。
尿素溶液26的供给容纳在可续装的供给箱30中。尿素溶液26通过向尿素泵38 供给的吸管37供出，该尿素泵通过供给管路40将溶液泵送给喷嘴28。
本发明的示例性实施例包括设置用于将热量传递给在箱体30中的尿素溶液26的 第一换热器70和设置用于将流过废气导管18的废气15的热量传递出的第二换热器74。 换热器70， 74分别通过盘管70a， 74a接收发动机冷却剂。 第一换热器盘管70a能够设置在箱体30的内部或者外部。第二换热器盘管74a 能够设置在废气导管内部或者废气导管18的外部，例如围绕着废气导管18。换热器74可 以设置在转化器22的上游。 图2示出了本发明的冷却剂流程图。通常由发动机12旋转地驱动的冷却剂泵80， 从散热器82泵送冷却剂通过冷却剂导管83、通过冷却剂导管84到达柴油发动机中从而冷 却发动机组和发动机盖。冷却剂侧流从发动机12通过冷却剂导管85到达第二换热器74， 在这里来自发动机12的热废气进一步加热盘管74a中的冷却剂。 冷却剂离开换热器盘管74a并且通过冷却剂导管86到达控制阀88。控制阀可以 是电气操作的机械阀，例如电磁阀。控制阀88构造成基于箱体30内尿素溶液26的温度， 可控地使适量的热冷却剂通过旁通导管90绕换热器70旁路通过，从而控制尿素溶液的温 度和/或避免尿素溶液过热。在尿素融化操作中，冷却剂从控制阀88流动通过冷却剂导管 94并且进入盘管70a。冷却剂通过融化的尿素溶液26冷却并且从盘管70a流动通过冷却 剂导管96回到散热器82中，以进一步冷却和循环。
6
温度传感器89，例如热电偶，感测到尿素溶液的温度并且传送相应的信号给控制 器91。这个控制器可以是专用的控制器或者可以是车辆发动机控制单元。当尿素溶液的温 度升高到一个过度水平时，控制器91传送控制信号例如电信号给阀88以打开旁路。还可 能不是电控制阀88，控制阀88对尿素溶液温度进行机械地温度响应从而打开或者关闭旁 通导管90，例如发动机恒温阀。这种替换也被本发明所包括。 还可能地是阀88设置在导管94中而不是导管90中，并且导管90受到直径或者 其它限制因素的限制，从而旁通导管90 —直打开而进入换热器的流动通过阀88控制。还 可能地是在每个导管90，94中具有控制阀并且控制阀都被控制用于确保通过换热器70的 冷却剂流量达到有效量而不是多余量。这两种替换都被本发明所包括。
如图3所示，图2中的控制阀88能够用三通控制阀108所替代，当通过旁通管道 90的冷却剂通道打开时，该三通控制阀108同时关闭到换热器70的冷却剂通道。相反地， 阀108能够操作当关闭到旁通管道90的冷却剂通道时同时打开到换热器70冷却剂通道。
从前述内容，能够注意到在不脱离本发明的精神和范围的情况下可以进行各种变 化和修改。应当明白这里并不意欲或者暗示着本发明限于这里示出的具体装置。当然，它 意欲通过所附的权利要求覆盖所有落入权利要求范围内的这种修改。
权利要求
用于化学制品供给箱的加热系统，该化学制品供给箱装有通过喷射化学制品进行废气处理的化学制品，包括供给箱，用于盛装喷射到排气系统的化学制品；第一换热器，其构造成接收流体并且设置成将热量从所述流体传入供给箱中的化学制品；第二换热器，其构造成接收所述流体并且将热量从排气系统传入所述流体；且泵，用于使流体从第二换热器移动到第一换热器。
2. 如权利要求1所述的加热系统，其特征在于，第一换热器包括在供给箱内的盘管。
3. 如权利要求2所述的加热系统，其特征在于，排气系统包括废气管道，且第二换热器 包括在废气管道内的盘管。
4. 如权利要求1所述的加热系统，其特征在于，化学制品包括尿素溶液，且排气系统包 括催化转化器。
5. 如权利要求1所述的加热系统，其特征在于，流体包括发动机冷却剂。
6. 如权利要求1所述的加热系统，其特征在于，包括旁通导管，其设置成通过可控的方 式使得流体绕第一换热器旁路通过。
7. —种用于将尿素溶液喷射到给载重汽车提供动力的柴油发动机的排气系统中的系 统，包括柴油发动机，具有使得冷却剂进入、通过和离开柴油发动机的冷却剂循环系统，和用于 排出柴油发动机产生的废气的排气系统，该排气系统具有与催化转化器连通的废气管道； 保持尿素溶液的供给箱；尿素溶液传送系统，所述尿素溶液传送系统将尿素溶液从供给箱送到废气中并且将尿 素溶液喷入在催化转化器上游的排气系统中或者催化转化器中；第一换热器和第二换热器，所述第一换热器和所述第二换热器中的每个构造成接收冷 却剂；第一换热器构造成接收从第二换热器排出的适量的冷却剂，且设置成将热量从所述适 量的冷却剂传给供给箱内的尿素溶液；以及第二换热器构造成接收所述适量的冷却剂且将热量从排气系统传给所述适量的冷却剂。
8. 如权利要求7所述的加热系统，其特征在于，第一换热器包括设置在供给箱中的第 一盘管，且第二换热器包括设置在排气系统中的第二盘管。
9. 如权利要求7所述的加热系统，其特征在于，旁通导管，其设置成可控地使得冷却剂 绕第一换热器旁路通过，从而控制供给箱内尿素的温度。
10. 加热化学制品供给箱内化学制品的方法，化学制品从化学制品供给箱中分配喷入 排气系统用于处理废气，包括如下步骤将热量从废气传给流体；以及将热量从流体传给在化学制品供给箱中的化学制品。
11. 如权利要求io所述的方法，其特征在于，所述步骤进一步限定为流体是与化学制品隔离的传热流体。
12. 如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述步骤进一步限定为化学制品包括尿素溶液。
13. 如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述方法进一步限定为排气系统和化学 制品供给箱在载重汽车上，其中排气系统是载重汽车驱动系统的一部分。
14. 用于处理来自载重汽车上的柴油发动机废气的方法，包括如下步骤 在柴油发动机工作期间，使冷却剂流体循环通过柴油发动机； 在载重汽车上的供给箱中保持尿素溶液； 在柴油发动机工作期间将尿素溶液喷入排气系统中；且在将尿素溶液喷入排气系统之前加热尿素溶液，其中通过冷却剂流体将热量从位于柴 油发动机下游的排气系统传给尿素溶液，从而加热尿素溶液。
15. 如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述加热尿素溶液的步骤进一步限定为冷却剂循环通过与排气系统传热联通的废气换热器，且冷却剂还循环通过与供给箱的尿素 溶液传热联通的尿素换热器。
16. 如权利要求15所述的方法，其特征在于，加热步骤确保防止尿素溶液低于12华氏度。
17. 如权利要求15所述的方法，其特征在于，加热步骤进一步的特征在于控制冷却剂 流用于防止在供给箱内的尿素溶液超温。
全文摘要
一种系统，用于将尿素溶液喷射到给载重汽车提供动力的柴油发动机的排气系统中，包括盛装尿素溶液的供给箱和尿素溶液传送系统，其使得尿素溶液从供给箱送到废气中并且将尿素溶液喷入在催化转化器上游的排气系统中或者催化转化器中。尿素换热器和废气换热器每个构造成接收冷却剂。尿素换热器构造成接收从废气换热器排出的加热冷却剂并且设置成将热量从加热的冷却剂传给供给箱内的尿素溶液。废气换热器构造成接收来自柴油发动机的冷却剂且将热量从废气传给所述冷却剂。
文档编号B01D53/94GK101745313SQ20081010746
公开日2010年6月23日 申请日期2008年11月28日 优先权日2008年11月28日
发明者A·C·莱克, A·W·米克, A·马卡特茄克, G·A·格里芬, I·安瓦尔 申请人:万国引擎知识产权有限责任公司