具体实施方式

图1示出了用于冷却废气后处理装置12的示例性设备10。废气后处理装置12可以适宜地是计量装置例如喷射器，用于将还原剂输送到内燃机的废气管路14中。设备10、废气后处理装置12和废气管路14可以包括在内燃机(例如柴油内燃机)中。所述内燃机可以适宜地包括在机动车辆中以用于驱动所述机动车辆，所述机动车辆优选地是商用车辆(例如卡车或公共汽车)。

例如，可以借助于计量装置将(例如水性)尿素溶液喷射到在废气管路14中流动的废气流中。所述计量装置可以是SCR催化转化器装置的一部分，该SCR催化转化器装置附加地在计量装置下游的废气管路14中具有SCR催化转化器。借助于SCR催化转化器装置可以适宜地减少废气流中的氮氧化物。所述计量装置可以例如通过电子控制单元操作。

设备10包括具有冷却区域18的冷却剂回路16。冷却剂回路16例如可以连接到用于冷却内燃机的冷却剂回路。冷却剂回路16可以具有冷却剂泵(未示出)，例如内燃机的冷却剂泵。在内燃机运行期间，可以运行冷却剂泵。通过冷却剂泵的运行，冷却剂(例如冷却水)被泵送通过冷却剂回路16。被冷却剂流过的冷却区域18冷却废气后处理装置12。冷却区域18例如可以被构造为冷却盘管或热传递器。

在冷却剂泵关断后，例如通过关断内燃机来使冷却剂泵关断，冷却剂不再主动地被泵送通过冷却剂回路16。尽管如此，可能发生：废气管路14的仍然热的组件(例如管道等)继续加热废气后处理装置12(参见图1：)。这可能导致废气后处理装置12的部件损坏和使用寿命缩短。下面将解释设备10具有一个或多个回流防止器，以便在冷却剂泵关断的状况下能够冷却废气后处理装置12。

设备10具有作为第一回流防止器的第一止回阀20和作为第二回流防止器的第二止回阀22。第一止回阀20布置在冷却区域18的上游。因此，第一止回阀20布置在流向冷却区域18的前进流中。第一止回阀20和冷却区域18之间的管道区段在本文中也称为冷却剂回路16的第一区段24。第二止回阀22布置在冷却区域18的下游。因此，第二止回阀22布置在相对于冷却区域18的返回流中。冷却区域18和第二止回阀22之间的管道区段在本文中也称为冷却剂回路16的第二区段26。

止回阀20、22被构造和设计为使得它们在非常低的开启压力时就已经打开。止回阀20、22(或通常至少一个回流防止器)优选地在小于或等于10毫巴、优选地小于或等于1毫巴、特别优选地小于或等于0.1毫巴或0.05毫巴的开启压力时就已经打开。开启压力适宜地必须低到可以使回流防止器在最小流量下也能保持开启。

止回阀20、22的低开启压力可以在图1的实施例中通过以下方式实现，即，止回阀20、22是处于竖直安装位置下的非弹簧加载的球形止回阀。由此，止回阀20、22仅通过止回阀20、22的封闭球的重力而保持在关闭位置。在此，不是用于封闭的封闭球的整个重量，而是仅以下部分，该部分没有因为封闭球的上升而在冷却剂中得到补偿。球的低重力可以通过低质量的球提供。例如，可以由诸如尼龙的塑料材料来制造球。球形型止回阀还具以下优点，即在打开后它们仅表现出非常低的流动阻力。

例如，对于没有弹簧负载的垂直取向的球形止回阀，开启压力可以计算如下：

位置因子取决于位置。作为平均值可以给出9.81m/s^2的位置因子。

在其他实施例中，回流防止器的低开启压力可以利用附加和/或替代的措施来实现。除了回流防止器的纯垂直取向外，回流防止器还可以考虑所有上升取向(从止回阀的入口上升到出口)。例如也可以想到，止回阀被定向在水平安装位置中并且在关闭位置以非常低的预应力被弹簧加载。作为回流防止器的另一个示例，可以使用瓣式止回阀，该瓣式止回阀例如被定向在水平安装位置中并且其止回瓣仅通过其重力保持在关闭位置。

如下所解释，由于止回阀20、22具有非常低的开启压力，使得在冷却剂回路16的冷却剂泵关断之后在冷却剂回路16中产生冷却剂的自然循环。特别地，非常低的开启压力使得冷却剂在仍然低于冷却剂沸腾温度的温度范围内就已经可以进行自然循环。为了保证连续或至少准连续地流过冷却区域18并因此保证连续的热消散，可以使用止回阀20、22之间周期性出现的体积变化。所述体积变化是由流经的冷却剂经历的温度变化引起的，或者在更高温度范围内由沸腾和随后的冷凝引起。

在流过冷却区域18时，冷却剂由废气后处理装置12加热。冷却剂膨胀。通过前进流中的第一止回阀20防止冷却剂回流。冷却剂由于体积增加而被压入比废气后处理装置12更冷的回流管道中，即进入区段26中。第二止回阀22打开并且冷却剂通过第二止回阀22。冷却剂在区段26中再次冷却(见图1：)。一旦从区段26输出到环境中的热量大于馈送给冷却区域18中的冷却剂的热流，体积就减小并且冷却剂通过第一止回阀20被抽吸。第二止回阀22防止：冷却剂被吸出第二止回阀22下游的冷却剂回路16的区段(冷却路径区段)。

自然循环既在低于冷却区域18中冷却剂的沸腾温度的温度范围内又在高于冷却区域18中冷却剂的沸腾温度的温度范围内产生。引起自然循环的热力学过程在此是相似的。由于冷却区域18中的热量输入，冷却剂的密度降低。冷却剂的体积增大。由于冷却区域18中的热量馈送而引起的冷却剂体积增加导致冷却剂通过第二止回阀22排出。由于冷却引起的第二区段26中冷却剂的体积减小导致冷却剂通过第一止回阀20再流入第一区段24中。由于止回阀的开启压力非常低，优选地近似为零，因此冷却剂的循环可以仅通过(周期性的)体积变化引起。

第二区段26对于确保冷却剂的运送/自然循环不会停止具有重要影响。第二区段26用作冷却路径，用于冷却冷却剂，其中所述冷却剂与此关联地体积减小。由此，冷却剂通过第一止回阀20被再吸入。可以适宜地按照相应的安装状况来设计第二区段26。在此要考虑的影响变量可以是从废气管路14到废气后处理装置12的热传递、冷却区域18入口处的冷却剂温度、第二区段26区域中的环境温度、冷却系统压力和/或冷却剂成分。

一般来说可以区分两种情况。在第一种情况下，废气后处理装置12的温度(例如其内壁温度)低于冷却剂的沸点。冷却剂中不出现蒸汽泡。在第二种情况下，废气后处理装置12的温度(例如其内壁温度)高于冷却剂的沸点。在冷却区域18中，在冷却剂中出现蒸汽泡，这些蒸汽泡可以在布置在下游的区段26中再次冷凝。

在第一种情况下，如果没有出现沸腾，则冷却剂可以只通过由冷却区域18中的温度升高和随后在区段26中的冷却引起的(周期性)体积变化来运送。为了使该过程不停止，在收缩阶段期间止回阀之间的体积减小必须在数值方面与在膨胀阶段期间该区域中的体积增加至少一样大。在此，参照图2可以大致适用如下示例：

ΔV_Exp≤ΔV_Kon

变形后得到：

V_KB*(T_KB(t₂)-T_KB(t₀))≤V_AS*(T_AS(t₀)-T_AS(t₂))，

其中

ΔV_Exp＝膨胀阶段期间止回阀之间液体的体积增加

ΔV_Kon＝收缩阶段期间止回阀之间液体的体积减小

V_KB＝冷却区域18的体积

V_AS＝冷却路径26的体积

T_KB＝冷却区域18中的平均介质温度

T_AS＝冷却路径26的平均介质温度

t₀＝膨胀阶段的开始

t₁＝收缩阶段的开始

t₂＝压缩阶段的结束。

必要时为了止回阀20、22、冷却区域18和/或区段24和26的设计而要考虑的平均馈送的热流可以参考图2计算如下：其中

＝在冷却区域18中馈送的热流[W]

＝馈送/排出的质量流量[kg/s]

c_p＝冷却剂的比定压热容[kJ/kgK]

在区段26中产生的温度主要取决于区段26的区域中的环境温度、区段26的管外表面、区段26的传热递系数、冷却剂的流速和冷却剂的流动类型(层流或湍流)。

在第二种情况下，如果冷却区域18中的温度高于冷却剂的沸点，则区段26中的连续热排出例如可以为如此大，使得区段26中产生低于冷却剂的沸腾温度的温度。如上所述，可以影响在区段26中产生的热传递。区段26可以适宜地长到使得直到第二止回阀22为止蒸汽泡至少部分地、优选基本上完全地冷凝。

一旦冷却区域18中的冷却剂热到以致于形成蒸汽泡，就可能出现两种效应：如果冷却区域18中仍然只有蒸汽，则几乎不能再传递热量。由此，排出的热流明显大于所馈送的热流，并且冷却剂可以继续流过第一止回阀20。如果蒸汽泡在区段26中再次冷凝，则冷却剂的体积突然减小，由此冷却剂同样再次流过第一止回阀20。由于这些效应，在两个止回阀20、22之间的区域中出现永久性的、周期性的体积变化，由此导致冷却剂的持续(被动)泵送和再循环。

回流防止器的设计对于连续或准连续的冷却剂循环也具有决定性作用。循环仅通过冷却剂在通过期间经历的体积变化引起。为了尽可能少地中断冷却剂流，如已经描述的，可以使用具有非常低开启压力的回流防止器。例如，作为回流防止器可以使用球形止回阀或瓣式止回阀或其他类型的回流防止器。

本文已经参考图1描述了一种实施例，其中回流防止器既布置在流向冷却区域18的前进流中又布置在冷却区域18之后的返回流中。然而，也可以仅使用一个回流防止器并且仍然引起冷却剂的运送。例如，回流防止器(例如止回阀)可以布置在冷却区域18的上游。冷却区域18下游的区段26可以上升、近似垂直或垂直地取向。由此可以实现蒸汽泡泵(气升泵)的功能。冷却区域18上游的回流防止器的非常低的开启压力使得冷却剂能够连续地继续流动。

也可以向用于冷却废气后处理装置的设备补充冷却剂储存器。例如，所述冷却剂储存器可以连接到区段24。此外，可以在冷却区域18的下游布置回流防止器。

本公开还涉及一种用于冷却废气后处理装置的方法。该方法可以使用本文公开的设备10来冷却废气后处理组件12。

该方法包括通过冷却剂回路16的冷却区域18来冷却废气后处理装置12，优选地在冷却剂回路16的冷却剂泵关断之后。该方法还包括以自然循环通过冷却剂回路16适宜地连续或准连续地运送冷却剂，所述自然循环通过冷却区域18中、区段24中和/或区段26中的冷却剂低于冷却剂沸腾温度时已经发生的优选周期性的体积变化(例如，没有相变)引起。

适宜地，冷却剂的体积变化可以是周期性的体积变化，具有交替的在冷却区域中由于来自废气后处理装置的热量馈送而引起的体积增加和在区段26中由于向环境排出热量而引起的体积减小。

该方法还可以包括通过冷却和由此带来的冷却剂在区段26中的体积减小而使冷却剂再流向冷却区域18。

本发明不限于上述优选的实施例。而是大量的变型和修改也是可能的，这些变型和修改同样利用了本发明的概念并且因此落入保护范围内。特别地，本发明还与所引用的权利要求无关地要求保护从属权利要求的主题和特征。特别地，独立权利要求1的各个特征分别彼此独立地公开。此外，从属权利要求的特征也与独立权利要求1的所有特征无关地并且例如与关于独立权利要求1的冷却剂回路、冷却区域和/或至少一个回流防止器的存在和/或配置无关地公开。本文中的所有范围说明应理解为落入相应范围内的所有值均单独公开，例如也作为相应范围的各自优选的较窄外边界。

附图标记列表

10 用于冷却废气后处理装置的设备

12 废气后处理装置

14 废气管路

16 冷却剂回路

18 冷却区域

20 第一止回阀(第一回流防止器)

22 第二止回阀(第二回流防止器)

24 第一区段

26 第二区段(冷却路径)