一種有電加熱和余熱方式儲氨供氨的系統的制作方法

專利名稱：一種有電加熱和余熱方式儲氨供氨的系統的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種有電加熱和余熱方式儲氨供氨的系統，主要應用于汽車尾氣的SCR后處理行業，也適用于燃料電池的FCEV儲能系統。
技術背景當前，全球面臨能源和環境的綜合挑戰。在傳統汽車的排放達標的技術手段選擇方面，人們仍然面臨不少的難題，例如，如何選擇后處理的技術方式等方面。SCR (Selective Catalytic Reduction)催化轉化還原技術是傳統的后處理技術。這種采用液體尿素的傳統的SCR技術的本質是利用尿素在高溫下分解出氨，作為還原劑的氨和發動機排氣中的NOX在催化劑和溫度的綜合作用下進行反應，理想工況下生成無毒的N2和H2O,從而達到凈化的目的。傳統的SCR具有很多優點，例如，可以在排氣溫度25(T550°C的范圍內具有50 85%的NOX去除效率，并能有效降低PM的排放水平；傳統的SCR能輕松滿足歐4和歐5水平，也具有達到歐6水平的潛力；目前達到歐4采用的傳統的SCR技術，發動機的燃油耗可降低3^6% ;傳統的SCR催化劑不含有貴金屬，比成本相對較低；傳統的SCR對車用燃油的質量，特別是硫含量不敏感。基于以上分析，傳統的SCR后處理技術也比較適合中國的車輛狀況和車用燃油狀況。如果在中國推廣應用傳統的車載SCR后處理技術，必須解決好載體、催化劑、尿素還原劑補加供應網絡、尿素還原劑的劑量、尿素還原劑的霧化噴射、SCR催化劑轉換效率、氨泄露量以及系統匹配等至關重要的技術難點。機動車的排放標準的每一次升級，都對汽車行業產生這樣或那樣的沖擊效應。中國的國4標準多次推遲實施的時間表，不僅僅是燃油標準不同步的唯一原因，也面臨復雜的社會配套體系和液體的尿素還原劑社會化的服務設施建設的問題，例如，國4標準實施后，立即會對傳統的SCR系統運轉所需的ECU (控制單元)和DCU (計量單元)產生需求，考慮到目前的車載E⑶等電控系統都是進口產品，國內企業自主開發的D⑶很難與之進行通訊匹配，反之，如果E⑶和D⑶系統100%的采用進口品，不僅僅價格很高，用戶難以接受，而且存在貨源非常緊張的問題，還面臨復雜的售后服務技術和成本的問題，制約了整個汽車行業的發展和進步。此外，傳統的SCR系統所用的液體尿素還原劑面臨冬季結冰和保溫解凍的問題，這也造成了傳統的SCR系統復雜和穩定性差的原因。因此，如何獲得低成本和高性能的后處理系統是推進該領域技術進步的核心內容。無機鹽對氨吸附解吸特性可以作為未來的SCR系統的不錯的技術選擇。工業級的一些鹽類，例如，氯化鍶、氯化鎂或氯化鈣等氯化物以及它們的混合物，同氨配合使用的系統，即上述的氯化物和氨的吸附解吸過程的吸熱和放熱現象，已經成熟的應用于工業的大型冷庫的制冷系統。上述無水的氯化物和氨進行化學吸附是通用的化學原理，理論上一個分子的氯化物可以吸附61個分子的氨，形成穩定的絡合物，加熱時氨脫出，隨著研究的深入，人們發現，這些氯化物和氨的吸附解吸模型和化學原理完全可以應用于機動車尾氣凈化的SCR系統。[0010]在國家專利信息網，以儲氨為主題詞檢索，專利號為CN201120099229. 7的‘一種氣相法烏洛托品尾氣氨回收裝置’、專利號為CN201020677361. 7的‘用于冷庫機房的配氨連接機構’和專利號為CN201020269811. 9的‘復合功能型儲氨器’不涉及到本發明中的特征成分。專利號為CN200520057558. X的‘一種蒸氨裝置’的專利是一種對氨氮工業廢水進行氨氮排脫處理的環保治理裝置，也不涉及到本發明中的特征成分。同本發明不相關。專利號為CN201010244091. 5的‘用于對SCR催化劑的工作進行檢驗的方法和系統’和專利號為CN200880104697. X的‘SCR排氣后處理系統的運行方法及診斷方法’的2個發明提供了一種用于選擇性催化還原(SCR)催化轉化器和傳統液體尿素分解的氨配給模塊和控制系統，沒有涉及到本發明的特征成分。專利號為CN200910197860. 8的‘一種高效低溫儲氨材料的制備方法’的發明應用
于SCR后處理系統，特征是采用氨基硼烷氨絡合物氨BH3 (NH3) n(n = f 3);室溫最大儲氨量可達62. 4wt%，但是，考慮到氨基硼烷的價格昂貴，具有較高的爆炸和燃燒等級，不適合普通工業領域的大批量推廣應用。專利號為CN200580026626. 9的‘存儲和輸送氨的固體材料’的發明涉及存儲和輸送氨的固體材料。該存儲氨的固體材料包括Ma(NH3)nXz的離子性鹽，把鹽固體料通過模具直接高壓成型，例如，制成圓柱狀體，然后把很多這種圓柱狀體排列在一起。該專利的最大缺點是圓柱狀體過于密實，每次的氨解吸完成后再進行氨的飽和吸附需要很長時間，例如4飛小時，效率很低，這對于汽車上應用的SCR儲氨系統來講非常的不方便，成為限制其應用的原因。專利號為CN200580009219. 7的‘儲氨裝置在能量生產中的用途’，該發明涉及一種發電單元，包含通式為Ma(NH3) nXz的氨吸收與釋放鹽，該專利主要主要適用于燃料電池系統。在該專利的權利要求4中提到了特征物質為該類鹽或位于多孔載體材料上，并沒有聲明是何種多孔材料，本專業技術人員無法實施。專利號為CN200710156866. I的‘一種氨基絡合物及其制備方法和用途’的發明公開了一種氨基絡合物及其制備方法和用途。該氨基絡合物的成分為MXm(NH3)n,該發明對合成氨工藝所用循環氣中氨的分離。權利要求僅僅涉及到該氨基金屬絡合物的制備工藝過程。專利號為CN200680005886. 2的‘氨的高密度存儲’的專利包含氨吸收/解吸固體材料的固體氨存儲和輸送材料，所述已被壓實到密度大于理論骨架密度的50%的存儲和輸送材料提供固體氨存儲材料，該專利所述的金屬鹽固體料也是直接模壓成型，聲明采用了粘結劑，僅僅聲明了可能是采用了二氧化硅纖維粘結劑，也并沒有加量比例，沒有明確說明其它所采用的成分的細項，本專業的技術人員幾乎無法實施。上述專利的檢索和分析表明，以活性儲氨化合物來吸附和解析氨，形成了在車輛上應用的后處理系統還沒見報道。
發明內容本實用新型的目的在于提供一種有電加熱和余熱方式儲氨供氨的系統，其通過發動機冷卻液的余熱進行加熱，依靠控制單元和一組電磁閥或比例閥，實現氨的劑量輸送并方便的導入SCR后處理系統，實現對NOX的去除；該系統省卻了傳統的液體SCR系統的液體尿素還原劑的輸送泵、劑量、保溫管路、過濾器、液位計和噴嘴等部件，簡化系統，提高可靠性,此外,也大幅度的降低成本。本實用新型的技術方案是這樣實現的一種有電加熱和余熱方式儲氨供氨的系統，由發動機、防凍液輸送管、電磁閥、主儲氨罐、副儲氨罐、固體儲氨材料、空氣過濾器、力口料口、壓力傳感器、罐體溫度傳感器、備用管閥、導管、還原氣體輸送管、比例閥、尾氣管溫度傳感器、NOX傳感器、還原劑導管、尾氣進氣管、SCR后處理器、尾氣排氣管、繼電器開關、蓄電池、電加熱絲、電子控制單元組成，其特征在于發動機連接循環的防凍液輸送管，防凍液輸送罐管路穿過主儲氨罐，防凍液輸送罐管路位于罐體內的部分呈管盤式結構，主儲氨罐與副儲氨罐通過導管連接，導管兩端的連接點有空氣過濾器，導管與防凍液輸送管的管路上均設置有電磁閥，主儲氨罐、副儲氨罐內部填充固體儲氨材料，填充量為罐體體積的40%，主儲氨罐、副儲氨罐罐體頂部有加料口、壓力傳感器、罐體溫度傳感器，壓力傳感器的感應端位于罐體內部但不接觸固體儲氨材料，罐體溫度傳感器感應端插入固體儲氨材料中，主儲氨罐罐體上有備用管閥，兩條還原氣體輸送管一端分別與主儲氨罐、副儲氨罐連接，連接 點有空氣過濾器，與主儲氨罐連接的還原氣體輸送管管路上有比例閥，與副儲氨罐連接的還原氣體輸送管管路上有電磁閥，兩條還原氣體輸送管另一端并聯成還原劑導管，還原劑導管連接在尾氣進氣管上，還原劑導管噴嘴端在尾氣進氣管管內，尾氣進氣管與SCR后處理器進氣端連接，SCR后處理器排氣口端連接尾氣排氣管，尾氣進氣管上有尾氣管溫度傳感器、NOX傳感器，尾氣管溫度傳感器與NOX傳感器的感應端位于尾氣進氣管管內，蓄電池通過電源線連接電加熱絲，電加熱絲位于副儲氨罐罐體內部的固體儲氨材料中，蓄電池的正極端線路上有繼電器開關；壓力傳感器、罐體溫度傳感器、尾氣管溫度傳感器、NOX傳感器通過信號線連接電子控制單元的信號接收端，電子控制單元的控制端通過電源信號線連接電磁閥、比例閥、繼電器開關。本實用新型的積極效果是系統完成一次充氨后，可以保證車輛行駛的里程為20000^40000km,具有充分的實用性、經濟性和先進性；該技術在車載SCR上應用具有現實的意義。

圖I為本實用新型的結構圖。
具體實施方式
以下結合附圖與實施例對本實用新型作進一步說明如圖I所示，一種有電加熱和余熱方式儲氨供氨的系統，由發動機I、防凍液輸送管2、電磁閥3、主儲氨罐4、副儲氨罐
5、固體儲氨材料6、空氣過濾器7、加料口 8、壓力傳感器9、罐體溫度傳感器10、備用管閥
11、導管12、還原氣體輸送管13、比例閥14、尾氣管溫度傳感器15、NOX傳感器16、還原劑導管17、尾氣進氣管18、SCR后處理器19、尾氣排氣管20、繼電器開關21、蓄電池22、電加熱絲23、電子控制單元24組成，其特征在于發動機I連接循環的防凍液輸送管2，防凍液輸送罐2管路穿過主儲氨罐4，防凍液輸送罐2管路位于罐體內的部分呈管盤式結構，主儲氨罐4與副儲氨罐5通過導管12連接，導管12兩端的連接點有空氣過濾器7，導管12與防凍液輸送管2的管路上均設置有電磁閥3，主儲氨罐4、副儲氨罐5內部填充固體儲氨材料6，填充量為罐體體積的40%，主儲氨罐4、副儲氨罐5罐體頂部有加料口 8、壓力傳感器9、罐體溫度傳感器10，壓力傳感器9的感應端位于罐體內部但不接觸固體儲氨材料6，罐體溫度傳感器10感應端插入固體儲氨材料6中，主儲氨罐4罐體上有備用管閥11，兩條還原氣體輸送管13 —端分別與主儲氨罐4、副儲氨罐5連接，連接點有空氣過濾器7，與主儲氨罐4連接的還原氣體輸送管13管路上有比例閥14，與副儲氨罐5連接的還原氣體輸送管13管路上有電磁閥3，兩條還原氣體輸送管13另一端并聯成還原劑導管17，還原劑導管17連接在尾氣進氣管18上，還原劑導管17噴嘴端在尾氣進氣管18管內，尾氣進氣管18與SCR后處理器19進氣端連接，SCR后處理器19排氣口端連接尾氣排氣管20，尾氣進氣管18上有 尾氣管溫度傳感器15、NOX傳感器16，尾氣管溫度傳感器15與NOX傳感器16的感應端位于尾氣進氣管18管內，蓄電池22通過電源線連接電加熱絲23，電加熱絲23位于副儲氨罐5罐體內部的固體儲氨材料6中，蓄電池22的正極端線路上有繼電器開關21 ;壓力傳感器
9、罐體溫度傳感器10、尾氣管溫度傳感器15、NOX傳感器16通過信號線連接電子控制單元24的信號接收端，電子控制單元24的控制端通過電源信號線連接電磁閥3、比例閥14、繼電器開關21。實施例I主儲氨罐4、副儲氨罐5采用不銹鋼材質的耐壓罐體，罐體的厚度為r5mm，圓柱形，罐體內部熱噴涂一層尼龍保溫層。采用發動機冷卻液的余熱來加熱活性物以便其在合適的情況下釋放出氨；但是，為保證車輛在冷啟動期間排氣溫度低以及發動機冷卻液溫度不夠的缺陷，在副儲氨罐5采用了電加熱的方式，在車輛啟動的前期，由通過車載的蓄電池22來加熱的副儲氨罐5滿足系統的供氨要求，該功能由繼電器開關21、蓄電池22和電加熱絲23來實現；實際中，可以設定車輛運行的前20min由副儲氨罐5來供氨，這可以通過對電子控制單元24的程序的設定來實現；考慮到發動機冷卻液的溫度最高可以達到120°C，而本體系所需的余熱僅需要65 80°C的熱源，因此，本發明的系統中的防凍液輸送管2是和發動機冷卻液循環的管路并聯方式為主，也可以使用串聯方式；防凍液輸送管2的加熱盤管是不銹鋼鋼管，在罐體制備的期間和te體焊接在一起；系統的防凍液輸送管流經主儲氨罐4的防凍液的量以及副儲氨罐5加熱的電流由罐體溫度傳感器10反饋到電子控制單元24的信號來控制，車輛啟動時，首先把容量較小的副儲氨罐5采用電加熱到起活溫度，釋放出氨氣，滿足冷啟動的要求；當溫度超過90°C時，氨的解析速度達到最大值，在罐中產生過量的氨無法消耗掉，此時通過電子控制單元24的信號來關閉電磁閥3，停止發動機冷卻液的流動，或切斷加熱，防止熱量的繼續輸入；此外，停車時，SCR后處理器19停止工作，不再需要氨，此時也是通過電子控制單元24的信號來關閉電磁閥，3停止發動機冷卻液的流動，或切斷加熱電路，防止熱量的繼續輸入；另外，當罐體內的壓力超過壓力傳感器9的限壓0. SMpa時，也是通過電子控制單元24的信號來關閉電磁閥3，停止發動機冷卻液的流動，或切斷加熱電路，防止熱量的繼續輸入；系統在罐體上部的氨出口方向都安裝了空氣過濾器7，確保罐體內的無機粉料不會進入管路系統而堵塞精密器件；罐體在加入固體儲氨材料6后擰緊加料口 8 ;壓力傳感器9也是一個自動的限壓閥，確保過壓系統的自動泄壓；在罐體上完成安裝備用管閥11，罐體溫度傳感器10以及還原氣體輸送管13 ；活性氣體的通入和吸附的完成是通過備用管閥10進行的；可以采用高純工業氨瓶，在自然通風的環境下，考慮到氨的吸附是放熱過程，把系統的熱量及時的移出是保證氨快速吸附的關鍵，因此，事先把主儲氨罐4和副儲氨罐5分別放入，或一起放入一個水量足夠大的水槽中，連接氨鋼瓶，通過減壓閥和干燥系統，在0. 02、. 2Mpa的出口壓力范圍內緩緩的進行充氨，充氨時間為2 3h ;在進行充氨前后稱重主儲氨罐4和副儲氨罐5，確認充入的氨的凈質量在預定范圍內；完成充氨后，整個系統的閥門關閉，確保不泄露；主儲氨罐4和副儲氨罐5的不銹鋼耐壓罐完成充氨后，作為該系統的最主要的特征部件，推薦它在車上的安裝位置是和SCR后處理器19在車輛的一側，以便減少管路的長度，減少系統響應的時間，增加系統響應靈敏度；系統工作中是由預先設定的程序的電子控制單元24來控制，當發動機的排溫或NOX水平達到某一水平是，電子控制單元24控制比例閥14的開度，實現氨到SCR后處理器·19的輸送變化，滿足車輛不同工況下對NOX脫除的需求.固體儲氨材料6采用工業的無水氯化鎂58份，膨脹石墨2份，去離子水15份，工業乙醇10份和工業球粘土 15份,制備混合物IOkg ;采用機械的和面機換和均勻成為濕態的粉料，通過主加料口逐步填充到主儲氨罐中，期間采用機械震蕩的方法震蕩該耐壓罐體5^10min ;把整個罐體放入真空烘箱中，常壓下從室溫25°C開始加熱，平均5°C /lOmin，升溫到70°C，加熱干燥時主加料口是敞開的；此溫度下保持30min，然后在此溫度下啟動真空泵，逐步抽真空，分三次使真空度達到550mabr,保溫保壓30min ;完成主儲氨罐的固體儲氨材料的制作和裝填。
權利要求1.一種有電加熱和余熱方式儲氨供氨的系統，由發動機、防凍液輸送管、電磁閥、主儲氨罐、副儲氨罐、固體儲氨材料、空氣過濾器、加料口、壓力傳感器、罐體溫度傳感器、備用管閥、導管、還原氣體輸送管、比例閥、尾氣管溫度傳感器、NOX傳感器、還原劑導管、尾氣進氣管、SCR后處理器、尾氣排氣管、繼電器開關、蓄電池、電加熱絲、電子控制單元組成，其特征在于發動機連接循環的防凍液輸送管，防凍液輸送管的管路穿過主儲氨罐，防凍液輸送管的管路位于罐體內的部分呈管盤式結構，主儲氨罐與副儲氨罐通過導管連接，導管兩端的連接點有空氣過濾器，導管與防凍液輸送管的管路上均設置有電磁閥，主儲氨罐、副儲氨罐內部填充固體儲氨材料，填充量為罐體體積的40%，主儲氨罐、副儲氨罐罐體頂部有加料口、壓力傳感器、罐體溫度傳感器，壓力傳感器的感應端位于罐體內部但不接觸固體儲氨材料，罐體溫度傳感器感應端插入固體儲氨材料中，主儲氨罐罐體上有備用管閥,兩條還原氣體 輸送管一端分別與主儲氨罐、副儲氨罐連接，連接點有空氣過濾器，與主儲氨罐連接的還原氣體輸送管管路上有比例閥，與副儲氨罐連接的還原氣體輸送管管路上有電磁閥，兩條還原氣體輸送管另一端并聯成還原劑導管，還原劑導管連接在尾氣進氣管上，還原劑導管噴嘴端在尾氣進氣管管內，尾氣進氣管與SCR后處理器進氣端連接，SCR后處理器排氣口端連接尾氣排氣管，尾氣進氣管上有尾氣管溫度傳感器、NOX傳感器，尾氣管溫度傳感器與NOX傳感器的感應端位于尾氣進氣管管內，蓄電池通過電源線連接電加熱絲，電加熱絲位于副儲氨罐罐體內部的固體儲氨材料中，蓄電池的正極端線路上有繼電器開關；壓力傳感器、罐體溫度傳感器、尾氣管溫度傳感器、NOX傳感器通過信號線連接電子控制單元的信號接收端，電子控制單元的控制端通過電源信號線連接電磁閥、比例閥、繼電器開關。
專利摘要本實用新型涉及一種有電加熱和余熱方式儲氨供氨的系統，其特征在于采用發動機的回流冷卻液的余熱，加熱活性的儲氨化合物，釋放出氨，根據發動機排氣工況水平，依靠控制單元把氨導入SCR后處理器的前端，實現無液體尿素輸送噴射和霧化分解的SCR系統；所不同的是該系統有兩個活性材料儲罐，即主儲氨罐和副儲氨罐，其中，主儲氨罐采用發動機冷卻液的余熱加熱，副儲氨罐采用車載電瓶進行加熱；啟動車輛時首先激活副儲氨罐，快速響應，減少冷啟動時的污染物排放；該系統具備靈活的特點，不僅能滿足車輛低溫冷啟動時排放控制目標，價廉，可靠性高，使用方便；用于SCR國4以上系統，也可以應用于FCEV系統，滿足未來汽車工業的應用需求，具有實用價值。
文檔編號B65B1/22GK202789029SQ201220314928
公開日2013年3月13日 申請日期2012年7月2日 優先權日2012年7月2日
發明者張克金, 崔龍, 陳慧明, 王金興, 榮常如, 姜濤, 安宇鵬 申請人:中國第一汽車股份有限公司