用于废气后处理的混合器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于来自内燃机的废气的选择性催化还原法的装置的混合器。本发明尤其涉及用于均匀分布被引入废气流中的还原剂的混合器。
【背景技术】
[0002]内燃机(例如柴油机或汽油机)的燃料燃烧期间，会产生不期望的副产品，尤其是氮氧化物(NOx)。为了保持空气清洁，需要降低废气中啤的含量。用于其的已知的一个方法是所谓的选择性催化还原法(缩写为SCR)。这是一种用于降低特别是来自发动机的废气中的氮氧化物的技术。在SCR这，化学反应发生在催化剂(SCR催化剂)中。金属氧化物混合物(例如，氧化钛、五氧化二钒和氧化钨)或沸石(H型沸石)或金属氧化物与沸石的混合物适于用作SCR的催化剂。
[0003]由于催化反应发生，所以需要氨(NH3)，其必须以合适的形式被供给至废气中。反应产物是水(H2O)和氮气(N2)。SCR催化剂中的化学反应是选择性的，也就是说，优选降低氮氧化物(NO，NO2),同时还极大地抑制不期望的副反应(例如二氧化硫至三氧化硫的氧化反应)O
[0004]由于氨处于以气态出现在内燃机中的占主导的物理状态下，所以其优选地以尿素水溶液(以名字AdBlue被已知)的形式间接地被供给至选择性催化还原的位置。与气态氨不同，尿素水溶液可以简单地被一起输送至车辆中的附加罐装。当使用用于供给还原剂的尿素水溶液时，其利用如下事实:在散热的水解反应中，尿素可以以几个步骤被分解为氨(和二氧化碳)。为了这样的分解反应以最佳方式发生，需要足够高的温度(优选高于200°C，更优选的为至少大约350°C )。水解步骤还优选地被催化支持。
[0005]诸如欧洲专利申请EP 2 325 452A1记载了关于SCR和通过作为AdBlue的水溶液供给的尿素的分解来获取氨的进一步的细节。
[0006]为了使催化反应以最佳方式发生，必须使尿素水溶液和在催化剂入口处由该溶液形成的氨尽可能均匀地分布在废气流中以及催化剂表面上。这导致了 NOxK应的高效率。该分布较强地受排气系统的设计和几何结构的影响。为了改进分布(为了实现氮氧化物和催化剂入口处的氨的最接近化学计算的均匀分布)，一般使用额外的混合气来增强废气和SCR催化剂中供给的还原剂的混合物的处理和分布。
[0007]已知的废气和混合器系统的缺点在于，根据所使用的几何结构，固体尿素或不期望的中间体(例如，三聚氰酸、三聚氰胺或其它固体沉积物)在尿素的热分解中沉积。特别是在发动机运行的开始阶段(在启动发动机之后)，只要废气温度仍然较低，因为AdBlue的水成分蒸发并且残留物保留在叶片上，所以尿素沉积在混合器的混合器元件(叶片)上的情况就会发生。干尿素的熔点为132°C。废气的温度越低，不期望的固体沉积物就形成得越多。废气的温度还由于冷的AdBlue的喷射而额外地降低。需要避免这样的沉积。此外，SCR反应本事需要非常高的废气温度。柴油发动机的废气温度在起动和惰走运行期间是如此地低，导致SCR催化中的NOxR换不能发生。
【发明内容】
[0008]本发明的目的是提供一种改进的混合器，用于对来自内燃机的废气进行催化还原的装置，其克服了上述缺点，并且尤其本别避免了沉积物的形成以及使得运行期间已存在的沉积物减少。本发明还试图提供一种用于废气的催化还原的装置。
[0009]为了实现上述目的，本发明定义了具有权利要求1的特征的混合器。此外，用于废气的选择性催化还原的装置由独立权利要求15定义，其包括根据本发明的混合器。
[0010]根据本发明，提供一种用于来自内燃机废气选择性催化还原的装置的混合器，该混合器用于在废气流中均匀分布在催化剂入口处被引入废气流中的还原剂。混合器包括混合器元件的结构，废气和还原剂的混合物流动通过该混合器元件的结构。由于该混合器元件的电阻，其适于使用流过它们的电流进行直接电加热。
[0011]特别地，本发明的技术方案提供一种用于供给混合有SCR催化剂中的还原剂的废气流的混合器，其能够优化用于选择性催化反应的条件。为此，被构造用于最佳分布的混合器元件还附加地被构造为电阻加热元件并且通过电流直接加热。这使得其可以实现还原剂在催化剂表面上的最佳分布并且防止沉积物形成或者在加热操作期间再次自主地将其熔化。附加地，由于从被加热的混合器至SCR催化剂下游的废气流的热耗散，所以还可以达到温度，这使得即使处于较低的废气温度下，例如在气动之后或在柴油发动机的怠速运行期间，仍能够减少N0X。这是特别期望的，因为废气排放在发动机温度较冷时是最高的。当发动机已经热了时，废气温度处于大约600至900°C，从而也可以摈弃额外的加热。
[0012]混合器元件优选设置成涡轮叶片的形式。这样的设置方式特别地使得废气和还原剂混合物的成分能够有效混合(涡流)，以便实现还原剂在废气流中的期望的均匀分布。
[0013]根据优选实施例，混合器元件的结构大致设置成环形。这对应于相对于废气流的轴线的对称布置。此外，这样的结构能够以特别简单的方式实现各个混合器元件彼此之间的串联连接，从而不需要用于电源的布线或接触点的复杂结构。各个混合器元件优选以加热电路的形式串联地互相电连接。还优选地，混合器元件为机轮形的，以错开的方式部分重叠地设置。
[0014]被引入废气流中的还原剂优选包括尿素水溶液(在机动车技术领域被已知为AdBlue)。通过多个步骤的散热水解分解，其可以转化为氮氧化物的催化反应所需要的氨。其中，优选通过额外的水解催化剂加强水解步骤。可以以混合器元件上的涂层的形式施加该水解催化剂。可替代地或附加地，该水解催化剂可以分开设置在废气流中。
[0015]可替代地，还可以供给成固态形式的还原剂，例如，作为固态尿素颗粒。在此情况下，如果附加地颗粒过滤器位于还原剂的供给与混合器之间，那么还将是有利的，因为其加强了均匀的颗粒分布。
[0016]混合器元件优选地由合金加热元件(合金加热电阻)或合金导热元件(合金导热电阻)制成。合适的材料例如为铬、铁和铝的合金(CrFeAl)。从适合用作加热电阻的材料直接形成混合器元件使得结构简单、制造容易。特别优选地，串联连接的多个混合器元件一体地形成。
[0017]根据优选的实施例，至电源的电接触通过被连接器绝缘并且连接至混合器的销实现。优选在相对于废气流的径向方向上导入电流。由于避免了电流的供给，所以这具有可以影响废气流的优点。可替代地，电流优选在相对于废气流的轴向或同轴的方向上接通。因为不需要部件在径向方向上突出超过混合器装置的外周，所以这具有特别节省空间的实施方式的优点。
[0018]优选通过经由连接器绝缘并且被连接至混合器的销实现接地连接。可替代地，还可以不使用为此所需的任何特定部件实现接地连接。为此，设置为用于混合器元件的固定的部件同时用于接地连接。
[0019]此外，混合器元件优选还设置有用于固定的凸耳。该凸耳以正配合的方式位于绝缘板中，该绝缘板又被保持在管道段凸缘中。在所述实施例的情况中，可以通过接触地的管道段直接实现接地连接。
[0020]更优选地，通过位于混合器元件中的褶皱增加混合器的刚度。还优选地，用于固定的绝缘板由人造云母(压制云母)制成。
[0021 ] 根据本发明的优选实施例，各个混合器元件的电阻不同。根据该实施例，例如，特定的混合器元件具有不同于另一个混合器元件的电阻。其中，电阻还可以在单个混合器元件中改变。改变的电阻导致相应的电压降，并且因此导致增加的热输出。改变的电阻可以例如通过减小线路的有效横截面面积实现。通过调节单个混合器元件内的电阻，然后可以分别提供和耗散更多的热量，其中，期望由于混合器中的流动条件通过混合器至流体耗散增加。另一方面，通过相对于其减小的电阻，特别地是靠近混合器元件的壳体的外边缘区域或将混合器元件固定在壳体侧上的安装部分，可以实现该区域的较少的加热。然后通过改变电阻，热耗散的量在空间上可以分别集中到其中待加热的流体显著地流动的那些区域。通过热耗散在混合器元件内或相对于各个混合器元件的局部分布，还可以避免支撑混合器元件的壳体被过度加热。