專利名稱：用于廢氣凈化系統(tǒng)的化學(xué)制品的加熱系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在燃燒系統(tǒng)的廢氣中的，特別是在汽車內(nèi)燃機(jī)的廢氣中的廢氣凈化裝 置。本發(fā)明還涉及一種用于通過供應(yīng)管路導(dǎo)入廢氣中進(jìn)行廢氣凈化的液體的蓄水池的加熱 系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
根據(jù)公知的廢氣凈化裝置，在燃燒期間，液體通過供應(yīng)管路從蓄水池中抽出并且
被導(dǎo)入廢氣中進(jìn)行廢氣的化學(xué)凈化。這種方法在US5， 884， 475中已經(jīng)公開。 公知地，加熱系統(tǒng)和其他的燃燒系統(tǒng)通過這樣一種方法提供廢氣凈化，即引導(dǎo)液
體(例如，尿素溶液)進(jìn)入廢氣用于處理廢氣。然而，提供處于可用狀態(tài)的液體會(huì)是一個(gè)問
題，如果在一個(gè)長(zhǎng)時(shí)間的操作停頓之后，環(huán)境溫度會(huì)下降很多以至于液體具有過度高的黏
度或者結(jié)冰。 減少含在內(nèi)燃機(jī)廢氣中的污染物例如氧化氮的一個(gè)公知的方法是調(diào)節(jié)或者控制 柴油機(jī)催化轉(zhuǎn)化器(CDC)。那個(gè)過程最初用于采用過量空氣來操作的內(nèi)燃機(jī)中，例如柴油發(fā) 動(dòng)機(jī)和貧油發(fā)動(dòng)機(jī)。該過程基本上以美國(guó)專利5， 884， 475和7， 017， 336中所描述的選擇催 化還原(SCR)方法為基礎(chǔ)。在SCR方法中，氧化氮和氨一起被送入與選擇催化劑接觸并且 催化地轉(zhuǎn)變成氮?dú)夂退?在處理汽車廢氣這種情況下，為了提供氨的供應(yīng)，含水尿素溶液通常用于汽車中 作為氧化氮的催化轉(zhuǎn)化的還原劑。氨由含水尿素溶液根據(jù)所需轉(zhuǎn)化成氧化氮的量水解生 成。 含水尿素溶液在某些溫度下能夠結(jié)冰起到濃縮的作用。美國(guó)專利5， 884， 475描述 了一種導(dǎo)入到廢氣凈化系統(tǒng)中的尿素加熱的方法，其包括使尿素供給箱絕熱并且在箱中設(shè) 置加熱盤管。加熱盤管能夠接收來自發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻劑。 發(fā)明人認(rèn)識(shí)到提供一種快速加熱供給的尿素溶液的加熱和融解尿素液體的系統(tǒng) 應(yīng)當(dāng)是有益的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種用于廢氣處理裝置的尿素溶液加熱系統(tǒng)，其利用廢氣的高溫加熱 尿素溶液。 例如，本發(fā)明的示意性實(shí)施例提供了一種尿素加熱和/或融化系統(tǒng)，其用于將尿 素溶液噴入給載重汽車提供動(dòng)力的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣系統(tǒng)中的系統(tǒng)。所述噴射尿素溶液的 系統(tǒng)包括保持尿素溶液的供給箱和尿素溶液傳送系統(tǒng)，該尿素溶液傳送系統(tǒng)將尿素溶液從 供給箱送到廢氣中并且在選擇的催化轉(zhuǎn)化器上游將尿素溶液噴入排氣系統(tǒng)中。尿素?fù)Q熱器和廢氣換熱器每個(gè)構(gòu)造成接收冷卻劑。尿素?fù)Q熱器構(gòu)造成接收從廢氣換熱器排出的加熱冷 卻劑并且設(shè)置成將熱量從加熱的冷卻劑傳給供給箱內(nèi)的尿素溶液。廢氣換熱器構(gòu)造成接收 冷卻劑且將熱量從廢氣傳給所述冷卻劑。 在采用例如ADBLUE的液體尿素溶液的SCR系統(tǒng)中，溶液在溫度12° F時(shí)結(jié)冰，因 此在冬天運(yùn)行中，結(jié)冰的尿素溶液可能需要在它能夠噴入排氣系統(tǒng)之前融解。尿素溶液應(yīng) 當(dāng)盡可能快地融解，使得系統(tǒng)能夠在起動(dòng)后很快發(fā)揮作用從而減少排放物。本發(fā)明提供裝 載在載重汽車上的尿素供給箱，其通過來自載重汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣可控地加熱。特別地，本 發(fā)明提供一種冷卻劑回路，其通過傳遞來自廢氣流的熱量的廢氣換熱器加熱，然后通過尿 素?fù)Q熱器將熱量傳遞給保持在供給箱內(nèi)的尿素溶液。 廢氣換熱器能夠設(shè)置在廢氣導(dǎo)管的內(nèi)部或者外部。尿素?fù)Q熱器能夠設(shè)置在尿素箱 的內(nèi)部或者外部。優(yōu)選地，尿素?fù)Q熱器設(shè)置在尿素箱的內(nèi)部。 —些現(xiàn)有的尿素箱加熱系統(tǒng)采用溫?zé)崂鋮s劑流到尿素箱中從而加熱在箱體中的 尿素。本發(fā)明的示意性實(shí)施例適于再使用到現(xiàn)有的設(shè)備中的尿素箱中的同樣的冷卻劑管 路。 根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，為了在發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑泵送到位于尿素供給箱中的結(jié)冰
或者冷的組合尿素溶液之前提高發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑的溫度，廢氣換熱器安裝在渦輪增壓柴油發(fā)
動(dòng)機(jī)的排氣系統(tǒng)中。 本發(fā)明的示意性實(shí)施例包括 a)在汽車中的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)， b)用于減少柴油機(jī)廢氣流中的NO,排放物的SCR催化劑， c)尿素噴射器，用于提供尿素/NH3到SCR催化劑中從而在SCR催化劑中轉(zhuǎn)化N0x 排放物， d)用于提供液體尿素給噴射器的尿素供給箱和管路， e)在發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣中的第一換熱器， f)進(jìn)入廢氣中的第一換熱器的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑流， g)從廢氣中的第一換熱器到尿素箱的加熱的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑流，禾口 h)在尿素箱中的第二換熱器，用于從發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑傳遞熱量到尿素箱中的尿素。 加熱化學(xué)制品供給箱中的化學(xué)制品的一個(gè)示意性方法，從化學(xué)制品供給箱分配的
化學(xué)制品噴入排氣系統(tǒng)中處理廢氣，包括如下步驟 將熱量從廢氣傳給流體；以及 將熱量從流體傳給在化學(xué)制品供給箱中的化學(xué)制品。 所述步驟能夠進(jìn)一步限定為流體是與化學(xué)制品隔離的熱傳遞流體。 所述步驟能夠進(jìn)一步限定為化學(xué)制品包括尿素溶液。 所述步驟能夠進(jìn)一步限定為排氣系統(tǒng)和化學(xué)制品供給箱安在載重汽車上，其中排 氣系統(tǒng)是載重汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的一部分。 所述步驟能夠進(jìn)一步限定為在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)工作期間，冷卻劑流體循環(huán)通過柴油發(fā) 動(dòng)機(jī)并且尿素溶液被噴入排氣系統(tǒng)中，且如果在供給箱中的尿素溶液溫度低于大約12華 氏溫度，在將尿素溶液噴入排氣系統(tǒng)之前加熱尿素溶液。 相比于以前使用的發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)加熱系統(tǒng)，根據(jù)本發(fā) 的廢氣熱的利用能夠允許更多熱量傳遞給結(jié)冰的尿素。本發(fā)明能夠用于多種采用SCR系統(tǒng)的裝置。通過提高傳遞給結(jié)
冰尿素溶液的熱量，示意性裝置和方法能夠提高在寒冷天氣下SCR系統(tǒng)的性能。 本發(fā)明的許多其它的益處和特征根據(jù)本發(fā)明接下來的詳細(xì)描述和它的實(shí)施例，權(quán)
利要求和附圖將會(huì)變得顯而易見。


圖1是結(jié)合有本發(fā)明的尿素加熱系統(tǒng)的典型尿素噴射系統(tǒng)的示意圖；
圖2是本發(fā)明的尿素箱加熱系統(tǒng)的示意圖； 圖3是類似于圖2但是在閥的布置上顯示出稍有不同的示意圖。
具體實(shí)施例方式
雖然這個(gè)發(fā)明能體現(xiàn)出許多不同的形式，附圖中示出并且在這里將進(jìn)行詳細(xì)地描 述它的具體的實(shí)施例，應(yīng)當(dāng)理解當(dāng)前公開的內(nèi)容被認(rèn)為是本發(fā)明的原理的范例，而不意欲 將本發(fā)明限于所列舉的具體實(shí)施例中。
圖1以示意圖的形式顯示了結(jié)合有本發(fā)明的示例性尿素加熱系統(tǒng)的尿素噴射系 統(tǒng)10。系統(tǒng)10能夠結(jié)合到用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)作動(dòng)力的載重汽車的動(dòng)力裝置中。尿素噴射系統(tǒng) 10能夠是美國(guó)專利5， 884， 475和7， 017， 336中所描述的那樣，兩者在此引入作為參考。
柴油發(fā)動(dòng)機(jī)12，例如渦輪增壓柴油機(jī)，生成廢氣15，其通過廢氣導(dǎo)管18并且通過 例如催化轉(zhuǎn)化器22的廢氣凈化裝置排出。廢氣通過轉(zhuǎn)化器22，通過廢氣導(dǎo)管24，然后通過 排氣系統(tǒng)剩余部件，然后排入大氣。利用通過噴嘴或者噴頭28噴灑尿素溶液26到廢氣導(dǎo) 管18或者轉(zhuǎn)化器22中，轉(zhuǎn)化器22化學(xué)地構(gòu)成通過化學(xué)還原減少?gòu)U氣中的氧化氮。
尿素溶液26的供給容納在可續(xù)裝的供給箱30中。尿素溶液26通過向尿素泵38 供給的吸管37供出，該尿素泵通過供給管路40將溶液泵送給噴嘴28。
本發(fā)明的示例性實(shí)施例包括設(shè)置用于將熱量傳遞給在箱體30中的尿素溶液26的 第一換熱器70和設(shè)置用于將流過廢氣導(dǎo)管18的廢氣15的熱量傳遞出的第二換熱器74。 換熱器70， 74分別通過盤管70a， 74a接收發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑。 第一換熱器盤管70a能夠設(shè)置在箱體30的內(nèi)部或者外部。第二換熱器盤管74a 能夠設(shè)置在廢氣導(dǎo)管內(nèi)部或者廢氣導(dǎo)管18的外部，例如圍繞著廢氣導(dǎo)管18。換熱器74可 以設(shè)置在轉(zhuǎn)化器22的上游。 圖2示出了本發(fā)明的冷卻劑流程圖。通常由發(fā)動(dòng)機(jī)12旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動(dòng)的冷卻劑泵80， 從散熱器82泵送冷卻劑通過冷卻劑導(dǎo)管83、通過冷卻劑導(dǎo)管84到達(dá)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)中從而冷 卻發(fā)動(dòng)機(jī)組和發(fā)動(dòng)機(jī)蓋。冷卻劑側(cè)流從發(fā)動(dòng)機(jī)12通過冷卻劑導(dǎo)管85到達(dá)第二換熱器74， 在這里來自發(fā)動(dòng)機(jī)12的熱廢氣進(jìn)一步加熱盤管74a中的冷卻劑。 冷卻劑離開換熱器盤管74a并且通過冷卻劑導(dǎo)管86到達(dá)控制閥88。控制閥可以 是電氣操作的機(jī)械閥，例如電磁閥?？刂崎y88構(gòu)造成基于箱體30內(nèi)尿素溶液26的溫度， 可控地使適量的熱冷卻劑通過旁通導(dǎo)管90繞換熱器70旁路通過，從而控制尿素溶液的溫 度和/或避免尿素溶液過熱。在尿素融化操作中，冷卻劑從控制閥88流動(dòng)通過冷卻劑導(dǎo)管 94并且進(jìn)入盤管70a。冷卻劑通過融化的尿素溶液26冷卻并且從盤管70a流動(dòng)通過冷卻 劑導(dǎo)管96回到散熱器82中，以進(jìn)一步冷卻和循環(huán)。
6
溫度傳感器89，例如熱電偶，感測(cè)到尿素溶液的溫度并且傳送相應(yīng)的信號(hào)給控制 器91。這個(gè)控制器可以是專用的控制器或者可以是車輛發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元。當(dāng)尿素溶液的溫 度升高到一個(gè)過度水平時(shí)，控制器91傳送控制信號(hào)例如電信號(hào)給閥88以打開旁路。還可 能不是電控制閥88，控制閥88對(duì)尿素溶液溫度進(jìn)行機(jī)械地溫度響應(yīng)從而打開或者關(guān)閉旁 通導(dǎo)管90，例如發(fā)動(dòng)機(jī)恒溫閥。這種替換也被本發(fā)明所包括。 還可能地是閥88設(shè)置在導(dǎo)管94中而不是導(dǎo)管90中，并且導(dǎo)管90受到直徑或者 其它限制因素的限制，從而旁通導(dǎo)管90 —直打開而進(jìn)入換熱器的流動(dòng)通過閥88控制。還 可能地是在每個(gè)導(dǎo)管90，94中具有控制閥并且控制閥都被控制用于確保通過換熱器70的 冷卻劑流量達(dá)到有效量而不是多余量。這兩種替換都被本發(fā)明所包括。
如圖3所示，圖2中的控制閥88能夠用三通控制閥108所替代，當(dāng)通過旁通管道 90的冷卻劑通道打開時(shí)，該三通控制閥108同時(shí)關(guān)閉到換熱器70的冷卻劑通道。相反地， 閥108能夠操作當(dāng)關(guān)閉到旁通管道90的冷卻劑通道時(shí)同時(shí)打開到換熱器70冷卻劑通道。
從前述內(nèi)容，能夠注意到在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下可以進(jìn)行各種變 化和修改。應(yīng)當(dāng)明白這里并不意欲或者暗示著本發(fā)明限于這里示出的具體裝置。當(dāng)然，它 意欲通過所附的權(quán)利要求覆蓋所有落入權(quán)利要求范圍內(nèi)的這種修改。
權(quán)利要求
用于化學(xué)制品供給箱的加熱系統(tǒng)，該化學(xué)制品供給箱裝有通過噴射化學(xué)制品進(jìn)行廢氣處理的化學(xué)制品，包括供給箱，用于盛裝噴射到排氣系統(tǒng)的化學(xué)制品；第一換熱器，其構(gòu)造成接收流體并且設(shè)置成將熱量從所述流體傳入供給箱中的化學(xué)制品；第二換熱器，其構(gòu)造成接收所述流體并且將熱量從排氣系統(tǒng)傳入所述流體；且泵，用于使流體從第二換熱器移動(dòng)到第一換熱器。
2. 如權(quán)利要求1所述的加熱系統(tǒng)，其特征在于，第一換熱器包括在供給箱內(nèi)的盤管。
3. 如權(quán)利要求2所述的加熱系統(tǒng)，其特征在于，排氣系統(tǒng)包括廢氣管道，且第二換熱器 包括在廢氣管道內(nèi)的盤管。
4. 如權(quán)利要求1所述的加熱系統(tǒng)，其特征在于，化學(xué)制品包括尿素溶液，且排氣系統(tǒng)包 括催化轉(zhuǎn)化器。
5. 如權(quán)利要求1所述的加熱系統(tǒng)，其特征在于，流體包括發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑。
6. 如權(quán)利要求1所述的加熱系統(tǒng)，其特征在于，包括旁通導(dǎo)管，其設(shè)置成通過可控的方 式使得流體繞第一換熱器旁路通過。
7. —種用于將尿素溶液噴射到給載重汽車提供動(dòng)力的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣系統(tǒng)中的系 統(tǒng)，包括柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，具有使得冷卻劑進(jìn)入、通過和離開柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻劑循環(huán)系統(tǒng)，和用于 排出柴油發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的廢氣的排氣系統(tǒng)，該排氣系統(tǒng)具有與催化轉(zhuǎn)化器連通的廢氣管道； 保持尿素溶液的供給箱；尿素溶液傳送系統(tǒng)，所述尿素溶液傳送系統(tǒng)將尿素溶液從供給箱送到廢氣中并且將尿 素溶液噴入在催化轉(zhuǎn)化器上游的排氣系統(tǒng)中或者催化轉(zhuǎn)化器中；第一換熱器和第二換熱器，所述第一換熱器和所述第二換熱器中的每個(gè)構(gòu)造成接收冷 卻劑；第一換熱器構(gòu)造成接收從第二換熱器排出的適量的冷卻劑，且設(shè)置成將熱量從所述適 量的冷卻劑傳給供給箱內(nèi)的尿素溶液；以及第二換熱器構(gòu)造成接收所述適量的冷卻劑且將熱量從排氣系統(tǒng)傳給所述適量的冷卻劑。
8. 如權(quán)利要求7所述的加熱系統(tǒng)，其特征在于，第一換熱器包括設(shè)置在供給箱中的第 一盤管，且第二換熱器包括設(shè)置在排氣系統(tǒng)中的第二盤管。
9. 如權(quán)利要求7所述的加熱系統(tǒng)，其特征在于，旁通導(dǎo)管，其設(shè)置成可控地使得冷卻劑 繞第一換熱器旁路通過，從而控制供給箱內(nèi)尿素的溫度。
10. 加熱化學(xué)制品供給箱內(nèi)化學(xué)制品的方法，化學(xué)制品從化學(xué)制品供給箱中分配噴入 排氣系統(tǒng)用于處理廢氣，包括如下步驟將熱量從廢氣傳給流體；以及將熱量從流體傳給在化學(xué)制品供給箱中的化學(xué)制品。
11. 如權(quán)利要求io所述的方法，其特征在于，所述步驟進(jìn)一步限定為流體是與化學(xué)制品隔離的傳熱流體。
12. 如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述步驟進(jìn)一步限定為化學(xué)制品包括尿素溶液。
13. 如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述方法進(jìn)一步限定為排氣系統(tǒng)和化學(xué) 制品供給箱在載重汽車上，其中排氣系統(tǒng)是載重汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的一部分。
14. 用于處理來自載重汽車上的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣的方法，包括如下步驟 在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)工作期間，使冷卻劑流體循環(huán)通過柴油發(fā)動(dòng)機(jī)； 在載重汽車上的供給箱中保持尿素溶液； 在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)工作期間將尿素溶液噴入排氣系統(tǒng)中；且在將尿素溶液噴入排氣系統(tǒng)之前加熱尿素溶液，其中通過冷卻劑流體將熱量從位于柴 油發(fā)動(dòng)機(jī)下游的排氣系統(tǒng)傳給尿素溶液，從而加熱尿素溶液。
15. 如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述加熱尿素溶液的步驟進(jìn)一步限定為冷卻劑循環(huán)通過與排氣系統(tǒng)傳熱聯(lián)通的廢氣換熱器，且冷卻劑還循環(huán)通過與供給箱的尿素 溶液傳熱聯(lián)通的尿素?fù)Q熱器。
16. 如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，加熱步驟確保防止尿素溶液低于12華氏度。
17. 如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，加熱步驟進(jìn)一步的特征在于控制冷卻劑 流用于防止在供給箱內(nèi)的尿素溶液超溫。
全文摘要
一種系統(tǒng)，用于將尿素溶液噴射到給載重汽車提供動(dòng)力的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣系統(tǒng)中，包括盛裝尿素溶液的供給箱和尿素溶液傳送系統(tǒng)，其使得尿素溶液從供給箱送到廢氣中并且將尿素溶液噴入在催化轉(zhuǎn)化器上游的排氣系統(tǒng)中或者催化轉(zhuǎn)化器中。尿素?fù)Q熱器和廢氣換熱器每個(gè)構(gòu)造成接收冷卻劑。尿素?fù)Q熱器構(gòu)造成接收從廢氣換熱器排出的加熱冷卻劑并且設(shè)置成將熱量從加熱的冷卻劑傳給供給箱內(nèi)的尿素溶液。廢氣換熱器構(gòu)造成接收來自柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻劑且將熱量從廢氣傳給所述冷卻劑。
文檔編號(hào)B01D53/94GK101745313SQ20081010746
公開日2010年6月23日 申請(qǐng)日期2008年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月28日
發(fā)明者A·C·萊克, A·W·米克, A·馬卡特茄克, G·A·格里芬, I·安瓦爾 申請(qǐng)人:萬(wàn)國(guó)引擎知識(shí)產(chǎn)權(quán)有限責(zé)任公司