Dispositivo para la evaporación de una solución de urea y agua.

Dispositivo (1) para la evaporación de una solución de urea y agua,

que presenta un canal de transporte (2) parala solución de urea y agua, que se extiende a través de al menos una primera zona (3) y una segunda zona (4) parala introducción de energía térmica, en el que las zonas se pueden calentar de forma separada una de la otra, y elcanal de transporte (2) presenta en la primera zona (3) en primer lugar en una primera región de entrada (11) undesarrollo lineal (7.1) y a continuación un desarrollo (6.1) en forma de meandro y el canal de transporte (2) presentaen la segunda zona (4) en primer lugar en una segunda región de entrada (5) un desarrollo (6.2) en forma demeandro y a continuación un desarrollo lineal (7.2).

Dispositivo para la evaporación de una solución de urea y agua La presente invención se refiere a un dispositivo para la evaporación de una solución de urea y agua, es decir, en particular a una unidad de evaporación para la generación de una corriente de gas. Un dispositivo de este tipo encuentra aplicación especialmente para la preparación de amoniaco en forma de gas para sistemas de tratamiento posterior de gases de escape para automóviles.

Especialmente en motores de combustión interna Diesel se ha probado añadir al gas de escape generado por el motor de combustión interna urea en solución acuosa directamente o amoníaco después de una hidrólisis externa al gas de escape. En este caso, en procedimientos conocidos se emplea un catalizador de hidrólisis, en el que a partir de la urea se obtiene amoníaco. La solución de urea acuosa es añadida al gas de escape curso arriba de un catalizador de hidrólisis, es transferida al estado gaseoso y es puesta en contacto con el catalizador de hidrólisis. El amoniaco generado en este caso reacciona entonces, por ejemplo, con un llamado catalizador-SCR (Reacción Catalítica Selectiva) además curso abajo en el sistema de escape de gases con los óxidos nítricos contenidos allí para formar nitrógeno molecular y agua.

Durante la evaporación de una solución de urea y agua, la conducción de la temperatura es especialmente difícil. Esto se aplica especialmente cuando las cantidades necesarias de la solución de urea y agua, por una parte, y las temperaturas disponibles en el gas de escape, por otra parte (por ejemplo durante una aplicación móvil) varían fuertemente. Si no se consigue una evaporación completa, se pueden formar productos intermedios, que pueden conducir, dado el caso, a la obstrucción de la unidad de evaporación. Tales subproductos no deseados son, por ejemplo, biuret insoluble en agua, que se forma a partir de ácido isociánico y urea, y ácido cianúrico, que representa el producto de trimerización del ácido isociánico. Durante la evaporación de un precursor de amoníaco, en particular una solución de urea y agua, se observa que la introducción de la temperatura en el líquido debe realizarse muy rápidamente más allá de una zona de temperatura crítica, para evitar la formación de los compuestos no deseados mencionados, que en parte sólo se pueden eliminar con dificultad.

El documento DE 10 2007 058 486 A1 publica un dispositivo para la evaporación de solución de urea y agua. La solución de urea y agua se añade a un canal en un cuerpo de base, de manera que el canal presenta en la sección de evaporación un desarrollo en forma de meandro, en particular para conseguir un dispositivo compacto. Aunque se ha comprobado que el concepto es adecuado para algunos puntos de carga, existen todavía problemas para realizar una buena introducción de calor uniforme también en el caso de diferentes cantidades de transporte en la sección de evaporación y para evitar de esta manera también deposiciones.

Partiendo de aquí, el cometido de la presente invención es solucionar, al menos en parte, los problemas descritos con relación al estado de la técnica. En particular, debe indicarse un dispositivo para la evaporación de una solución de urea y agua, con la que se consigue una evaporación rápida y lo más completa posible de la solución de urea y agua, en el que se reduce claramente sobre todo la formación de los subproductos no deseados. Esto debe poder realizarse especialmente también con los requerimientos fuertemente variable con respecto a las diferentes cantidades de la solución de urea y agua a evaporar. Además, el dispositivo debe ser adecuado para realizar, dado el caso, además de la evaporación, todavía otras posibilidades para el tratamiento del precursor de agente reductor

o bien la conversión en amoníaco.

Estos cometidos se solucionan con un dispositivo de acuerdo con las características de la reivindicación 1 de la patente. Otras características y aplicaciones ventajosas de la invención se indican en las reivindicaciones de patente formuladas de manera dependiente. Hay que indicar que las características indicadas individualmente en las reivindicaciones de patente se pueden combinar entre sí en cualquier manera tecnológicamente conveniente y pueden mostrar otras configuraciones de la invención. La invención se caracteriza y se precisa, además, a través de la descripción, en particular en conexión con las figuras.

El dispositivo de acuerdo con la invención para la evaporación de una solución de urea y agua presenta un canal de transporte para la solución de urea y agua, que se extiende a través de al menos una primera zona y una segunda zona para la introducción de energía térmica, en el que las zonas se pueden calentar de forma separada unas de las otras, y el canal de transporte presenta en la segunda zona en primer lugar en una segunda zona de entrada un desarrollo en forma de meandro y a continuación un desarrollo lineal y el canal de transporte presenta en la primera zona en primer lugar de una zona de entrada un desarrollo lineal y a continuación un desarrollo en forma de meandro.

El dispositivo es con preferencia un componente autónomo, que se puede accionar de forma independiente. A tal fin, el dispositivo puede estar realizado, por ejemplo, a modo de un cartucho con una carcasa autónoma.

En este dispositivo ahora está previsto un canal de transporte para la solución de urea y agua. Es muy especialmente preferido que se prepare exactamente sólo un canal de transporte, a través del cual se conduce la solución de urea y agua a evaporar. Para la evaporación de la solución de urea y agua se ha revelado que es

ventajoso que la solución de urea y agua sea preacondicionada en primer lugar a una temperatura media, por ejemplo en un intervalo de temperaturas por encima de 100 ºC, pero por debajo de 200 ºC, antes de que se introduzca realmente la energía térmica necesaria para la evaporación. Por este motivo, el canal de transporte atraviesa al menos dos zonas, en las que la energía térmica se puede introducir con diferentes dimensiones y regulables de forma separada una de la otra en el canal de transporte. Se ha revelado en este caso que es especialmente crítica la transición desde la primera zona hacia la segunda zona, en la que tiene lugar en último término la evaporación. Las diferencias de la calidad en esta zona tienen su origen en que durante una aplicación móvil deben transferirse en cada caso diferentes cantidades de transporte en el evaporador al estado gaseoso. Las cantidades de transporte varían en este caso tan fuertemente que solamente la conducción de la temperatura no puede conducir duraderamente a la prevención de los subproductos no deseados. Las cantidades de transporte o bien las cantidades de evaporación de la solución de urea y agua alcanzan según las necesidades y la motorización hasta 125 ml/min [mililitros por minuto]. Los efectos de Leidenfrost, refrigeraciones locales demasiado fuertes, introducción demasiado reducida de calor en la solución de urea y agua, solamente son aquí algunos efectos pronunciados, que han dificultado una evaporación en el caso de una modificación repentina de la temperatura durante la transición desde la primera zona hasta la segunda zona. Esto se aplica especialmente para transportes de hasta15 ml/min. y muy especialmente hasta 2 ml/min.

Para la consecución de un resultado claramente mejorado de la evaporación y para la reducción de la inclinación al bloqueo el canal de transporte durante este funcionamiento estacionario se ha encontrado que es prometedor configurar el canal de transporte en la segunda zona en primer lugar en forma de meandro y a continuación lineal. Con un desarrollo en forma de meandro se describe aquí especialmente que el canal de transporte se extiende no lineal en la región de entrada de la segunda zona (por ejemplo, a lo largo de un eje longitudinal) , sino que presenta con preferencia una pluralidad de serpentinas, bucles, vueltas o similares. Durante la circulación de la solución de urea y agua en esta zona se consigue, en virtud del cambio de dirección forzado, un contacto intensivo con la pared del canal de transporte y una mezcla a fondo de la solución de urea y agua, lo que conduce a una evaporación más rápida y más completa.

Además, se considera ventajoso que el canal de transporte presenta en la segunda zona en una segunda región de entrada un desarrollo en forma de meandro. Esto significa, por ejemplo, que la segunda zona está realizada con tres regiones, a saber, una región de entrada, una región central y una región de salida, presentando el canal de transporte una forma de desarrollo sucesiva directamente adyacente entre sí: desarrollo... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo (1) para la evaporación de una solución de urea y agua, que presenta un canal de transporte (2) para la solución de urea y agua, que se extiende a través de al menos una primera zona (3) y una segunda zona (4) para la introducción de energía térmica, en el que las zonas se pueden calentar de forma separada una de la otra, y el

canal de transporte (2) presenta en la primera zona (3) en primer lugar en una primera región de entrada (11) un desarrollo lineal (7.1) y a continuación un desarrollo (6.1) en forma de meandro y el canal de transporte (2) presenta en la segunda zona (4) en primer lugar en una segunda región de entrada (5) un desarrollo (6.2) en forma de meandro y a continuación un desarrollo lineal (7.2) .

2. Dispositivo (1) de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el canal de transporte (2) presenta en la segunda 10 zona (4) en una segunda región de salida (8) un desarrollo (6.3) en forma de meandro.

3. Dispositivo (1) de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, en el que el canal de transporte (2) está realizado en una región de transición (9) desde la primera zona (3) hacia la segunda zona (4) con una sección transversal (10) incrementada.

4. Dispositivo (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que la primera zona (3) y la segunda 15 zona (4) están unidas por medio de un tubo (12) que comprende el canal de transporte (2) .

5. Dispositivo (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que el canal de transporte (2) está formado con un capilar (13) , que está dispuesto en contacto conductor de calor con al menos un elemento calefactor eléctrico (14) .

6. Procedimiento para el funcionamiento de un dispositivo (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores,

en el que la solución de urea y agua en la primera zona (3) está precalentada a una temperatura en el intervalo de 100 ºC a 180 ºC y se evapora en la segunda zona (4) a una temperatura en el intervalo de 420 ºC a 490 ºC.

7. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación anterior, en el que la solución de urea y agua es accionada con un caudal de hasta 10 ml/min.

8. Automóvil (15) , que comprende un control (16) y un sistema de escape de gases (17) con un sistema de adición de agente reductor (18) , en el que el sistema de adición de agente reductor (18) presenta al menos un dispositivo (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, y el control (16) está instalado para la realización del procedimiento para una adición intermitente de agente reductor.