BE1020058A3 - Tank voor selectieve catalytische reductie met een verwarmingselement. - Google Patents

Abstract

De uitvinding betreft een tank die een water of solvent gebaseerde oplossing, dispersie of emulsie bevat. De tank bevat een elektrisch weerstandsverwarmingselement dat ondergedompeld is in de oplossing, dispersie of emulsie. Het elektrisch weerstandsverwarmingselement wordt in de tank van stroom voorzien, waarbij het elektrische weerstandsverwarmingselement een textieldoek bevat en tenminste één weerstandsverwarmingsdraad. De weerstandsverwarmingsdraad is op het tectieldoek bevestigd. De weerstandsverwarmingsdraad bevat metaalfilamenten of metaalvezels. Een gebruik van de uitvinding is als selectieve catalytische reductie tank, bijvoorbeeld in motorvoertuigen.

Description

Tank voor selectieve catalytische reductie met een verwarmingselement

Beschrijving

Technisch gebied

De uitvinding betreft een tank voor gebruik in een selectief catalytisch reductiesysteem (SCR systeem) en een elektrisch weerstands verwarmingssysteem hiervoor. Dergelijke tanks worden bijvoorbeeld in de automobielindustrie gebruikt en bevatten het reductans voor de catalytische reductie of een voorloper voor dit reductans. Het elektrisch weerstandsverwarmingssysteem volgens de uitvinding wordt ondergedompeld in de tank en bestaat uit een textieldoek waarop een verwarmingsdraad bevestigd is.

Technische achtergrond

In een aantal landen schrijft de wetgeving beperkingen voorvan.de hoeveelheid stikstofoxyden (NOX) in uitlaatgassen van voertuigen die door verbrandingsmotoren worden aangedreven. Eén methode om de hoeveelheid NOX te verminderen is selectieve catalytische reductie (SCR). In SCR, worden NOX in de uitlaatgasstroom omgezet tot stikstof en waterstof via catalytische reactie met een reducerende agent (reductans). Meestal wordt ammoniak gebruikt als reductans. Ammoniak kan uit decompositie van een ammoniak of een ureum bevattende voorloper- of precursoroplossing worden bereid. Deze . voorloperoplossing wordt in de uitlaat ingespoten om de catalytische reductie uit te voeren. Daartoe bevat het voertuig één of meerdere tanks die de voorloperoplossing bevatten. Een voorbeeld van een dergelijke voorloperoplossing is AdBlue (merknaam van VDA, Verband der Automobilindustrie), commerciële naam voor een waterige oplossing die 32.5% ureum bevat. Andere voorbeelden zijn waterige ureum/ammoniumformiaat oplossingen (die onder de handelsnaam Denoxium worden verkocht). Dergelijke voorloperoplossingen staan gekend als corrosief.

De meeste waterige voorloperoplossingen kunnen bij temperaturen bevriezen die in de praktijk in de natuur kunnen voorkomen (b.v. bevriest een oplossing in water van 32.5% ureum bij -11°C). Daarom wordt een verwarmingssysteem vereist om de oplossing te ontdooien wanneer het voertuig gestart moet worden in omstandigheden waar de voorloperoplossing in de tank bevroren is. Bovendien kan het verwarmingssysteem worden gebruikt om de voorloperoplossing tot op de vereiste temperatuur te brengen.

Er bestaan een aantal algemene vereisten voor deze verwarmingssystemen. Een eerste vereiste is dat het verwarmingssysteem voldoende warmte moet generen om het vereiste volume van voorloperoplossing te ontdooien of op te warmen. Het nodige vermogen houdt verband met het volume van de tank, in het bijzonder van het maximum volume van voorloperoplossing dat de tank kan. bevatten. Het verwarmingssysteem zou in volume moeten worden beperkt om voldoende ruimte in de tank te laten, zodat de tank een voldoend volume aan voorloperoplossing kan bevatten zonder dat de gehele tank en toebehoren te volumineus zouden worden. Het is wenselijk dat het verwarmingssysteem verscheidene delen van de tank kan verwarmen .(b.v. afgelegen secties of secties die fysisch van andere secties in de tank worden gescheiden). Het is gewenst om eerst in de buurt van de pomp te verwarmen, maar het is wenselijk dat andere delen van de tank (die . complex in ontwerp kan zijn) ook kunnen worden verwarmd en ontdooid. De verwarmingssystemen die in de voorloperoplossing worden ondergedompeld, zijn zeer efficiënt vanuit het oogpunt van overdracht van warmte aan de bevroren voorloperoplossing. Nochtans moeten deze ondergedompelde verwarmingssystemen de omgevingsvoorwaarden, met inbegrip van corrosief milieu (corrosieve voorloperoplossing) kunnen weerstaan; en bestand zijn tegen werkingstemperaturen die hoger kunnen zijn dan 100°C. Een lange levensduur, zonder ongepaste verandering in prestaties (b.v. ongepaste verandering van de kenmerken van de warmtegeneratie) is een andere vereiste. De elektrische verwarmingssystemen moeten eveneens efficiënt in energieverbruik zijn en moeten kunnen functioneren zonder hoge hoeveelheden energie van de batterij te nemen; dit is zeker van belang bij een koude start van het voertuig. Voorts verkiezen de fabrikanten van SCR systemen verwarmingssystemen die gemakkelijk te installeren zijn. Een gemakkelijke manuele installatie heeft de voorkeur.

Een aantal verschillende systemen zijn ontwikkeld om de tank met de precursor oplossing te ontdooien en op te warmen. Sommige systemen bevatten afzonderlijke weerstandsverwarmingssystemen of een bypass van een warme vloeistof- of hete gasstroom rond of door de tank. In het algemeen zijn de verwarmingssystemen complex en duur.

W02008/138960 beschrijft een ureumtank en een grondplaat met een geïntegreerd verwarmingselement waarin het verwarmingselement minstens uit één flexibel deel bestaat dat bij voorkeur bestaat uit een elektrische weerstandsbaan die op een flexibele film wordt gehecht en/of die tussen twee flexibele films wordt geplaatst. Een nadeel van dit systeem is de complexe samenstelling van het verwarmingselement en - alhoewel flexibele films worden gebruikt - een eerder hoge stijfheid van het verwarmingselement, die het gemak beperkt om het verwarmingselement in de tank te installeren, vooral op afgelegen secties in de tank. Er is ook geen vloeistofstroming mogelijk door de films, dit beperkt de capaciteit van vloeistofstroming in de tank. Vloeistofstroming in de tank is nuttig is om de temperatuur in de.tank te egalizeren en verhoogt de efficiëntie van het ontdooiproces.

Beschrijving van de uitvinding

Het is een doelstelling van de uitvinding om een SCR tank van een beter verwarmingssysteem te voorzien. Het is een specifieke doelstelling om een SCR tank van een verwarmingssysteem te voorzien dat een grote ontwerpvrijheid heeft, in zoverre dat in het ontwerp voorzien kan worden dat voldoende warmte in de SCR tank kan worden geproduceerd daar waar de meeste warmte vereist wordt.

Het verwarmingssysteem in de SCR tank volgens de uitvinding voldoet ook aan de eisen van duurzaamheid (corrosieweerstand en levensduur), in die zin dat de weerstand van het te verwarmen element tijdens gebruik van het te verwarmen element in de SCR tankoplossing voldoende constant blijft. Het verwarmingssysteem heeft een hoge flexibiliteit (=lage stijfheid), dit maakt het monteren in de tank gemakkelijker, vooral het monteren in afgelegen gebieden van de tank.

De uitvinding betreft een tank die een water of solvent gebaseerde oplossing, dispersie of emulsie bevat. De tank bevat een elektrisch weerstandsverwarmingselement dat ondergedompeld is in de oplossing, dispersie of emulsie. Het elektrische weerstandsverwarmingselement wordt in de tank van stroom voorzien. Het elektrische weerstandsverwarmingselement bevat een textieldoek en tenminste één weerstandsverwarmingsdraad bevestigd op het textieldoek. Ten minste één van de één of meerdere weerstandsverwarmingsdraden bevat metaalfilamenten of metaalvezels. Bij voorkeur bevatten alle weerstandsverwarmingsdraden metaalfilamenten of metaalvezels.

De tank kan uit om het even welk geschikt materiaal gemaakt zijn, bij voorkeur uit materiaal met een hoge chemische bestendigheid tegen de precursor, b.v. ureum. Metalen en plastics, bijvoorbeeld polyolefinen (en vooral hoge dichtheids polyethyleen en polyamide) zijn zeer geschikt. De tank kan via om het even welke methode gemaakt zijn die geschikt is voor het produceren van holle lichamen. Bij gebruik van een tank in een polymere kunststof (plastics) zijn spuitgieten of blaasgieten geschikte productiemethodes. De tank kan bijvoorbeeld een maximaal volume hebben tussen 1 en 25 liter; bijvoorbeeld tussen 3 en 22 liter; bijvoorbeeld tussen 4 en 15 liter. De uitvinding heeft interessante voordèlen bij tanks die in het hogere maximale volumebereik liggen (b.v. hoger dan 10 liter). Hoe hoger het volume van de tank, hoe moeilijker het is om het volume vloeistof in de tank te ontdooien.

De tank kan bijvoorbeeld een waterige oplossing bevatten van 32.5% ureum. Een voorbeeld yan dergelijke waterige oplossing is gekend onder de commerciële naam AdBlue. Andere voorbeelden zijn waterige ureum/ammoniak formiaat oplossingen (b.v. zoals verkocht onder de merknaam Denoxium). Ureum/ammoniak formiaat oplossingen hebben het voordeel op lagere temperatuur te bevriezen dan 32.5% ureum oplossingen, maar hebben het nadeel dat zij mierenzuur kunnen vrijstellen, wat tot zeer corrosieve omstandigheden leidt.

Bij voorkeur is het textieldoek een open textieldoek. Met open textieldoek wordt bedoeld dat het textieldoek een bedekkingsfactor heeft beduidend lager dan één.

Met bedekkingsfactor wordt bedoeld het aandeel van de oppervlakte dat de garens van het textieldoek bedekken ten opzichte van het oppervlakte dat het textieldoek bedekt. Bij een bedekkingsfactor gelijk aan één 'wordt'hët volledige oppervlak bedekt en is er geen ruimte tussen de draden die het textieldoek vormen; bij een bedekkingsfactor gelijk aan 0.5 wordt de helft van het oppervlak door draden bedekt en de helft van de oppervlakte is onbedekt doordat er ruimte is tussen de draden die het textieldoek vormen.

Bij voorkeur wordt in de uitvinding een textieldoek gebruikt met bedekkingsfactor lager dan 0.7, bij hogere voorkeur lager dan 0.6.

Het is een specifiek voordeel van het gebruik van een open textieldoek (en in het bijzonder met bedekkingsfactor lager dan 0.7 en vooral bij een bedekkingsfactor lager dan 0.6) dat het verwarmingssysteem voldoende vloeistofstroming in de tank toelaat. Dergelijke vloeistofstroming kan ontstaan wanneer verschillen in temperaturen van vloeistof in de tank bestaat. De vloeistofstroming ondersteunt het gelijkmaken van de temperatuur van de vloeistof in de SCR tank.

In een specifieke uitvoeringsvorm is het textieldoek een weefsel. Bij voorkeur heeft het weefsel een lijnwaadbinding of een keperbinding. Andere voorbeelden van weefbindingen die gebruikt kunnen worden zijn lenobindingen (slingerdraadbindingen) waarbij kettingdraden om elkaar slingeren om een betere binding te verkrijgen van ketting- en inslagdraden. Hierdoor heeft het weefsel een betere weerstand tegen afschuiving en tegen verschuiving van de draden in het weefsel, waardoor blijvende vervorming en verstoringen in het weefsel vermeden worden.

Een deel.van of alle kettingdraden en/of een deel van pf alle inslagdraden kunnen monofilamenten zijn, bijvoorbeeld polyamide 6 of polyamide 6.6 of polyethyleen.of polyethyleen of PEEK (polyetherehterketon) of PTFE (polytetrafluorethyleen). Alternatief kunnen een deel van of alle kettingdraden en/of een deel van of alle inslagdraden bandjes zijn, bijvoorbeeld polyethyleen of polypropyleen bandjes. Glasgarens kunnen ook gebruikt worden. Gebruik van garens zoals PEEK of PTFE laat hogere gebruikstemperaturen in de tank toe wegens de hogere temperatuursweerstand van deze materialen.

In een andere uitvoeringsvorm is het textieldoek een breisel, bijvoorbeeld een kettingbreisel. Het kettingbreisel kan ingelegde draden bevatten in inslag- en/of in kettingrichting. Bijvoorbeeld kan het kettingbreisel inslagdraden bevatten ingelegd over de volledige breedte van het kettingbreisel; het kettingbreisel kan verder ook staande kettingdraden bevatten gestrekt ingelegd in de productierichting van het kettingbreisel. Het is gekend in de kettingbreitechnologie om de ingelegde draden vast te leggen met een stelsel van kettingdraden die steken vormen. Gebruikte draden in het kettingbreisel kunnen monofilamenten omvatten, of bandjes. Materialen die gebruikt kunnen worden zijn bijvoorbeeld polyamide 6, polyamide 6.6, polyethyleen, polypropyleen, PEEK (polyetherehterketon), PTFE (polytetrafluorethyleen)... Glasgarens kunnen ook gebruikt worden. Gebruik van garens zoals PEEK, PTFE of glas laat hogere gebruikstemperaturen in de tank toe wegens de hogere temperatuursweerstand van deze materialen.

De textieldoeken zoals gebruikt in de uitvinding hebben de nodige elastische soepelheid zodat het elektrisch weerstandselement gemakkelijk in de tank ingebracht kan worden en de gewenste vorm in de tank kan aannemen. Het voordeel van het gebruik van een breisel, bijvoorbeeld een kettingbreisel, levert nog hogere soepelheid op, waardoor het textieldoek nog gemakkelijk elastisch vervormbaar is, voordelig voor installatie in de tank.

Het textieldoek kan een gecoat textieldoek zijn, b.v. gecoat met siliconen of polyurethaan of een ander geschikt polymeer om de weerstand tegen chemisch aantasting nog te verhogen. Het is ook mogelijk om het doek te coaten na bevestigen van de weerstandsverwarmingsdraad. Het textieldoek kan uit textieldraden bestaan. Bij voorkeur zijn één of meerdere sets draden in het textieldoek monofilamenten. Als het textieldoek thermoplastische vezels, thermoplastische garens or thermoplastische monofilamenten bevat, kan het thermisch gestabiliseerd zijn. Het is ook mogelijk om bij dergelijke textieldoeken een thermische behandeling uit te voeren op dusdanige manier dat thermoplastische vezels, thermoplastische garens of thermoplastische monofilamenten op onderlinge contactpunten aan elkaar gelast worden.

Als een polymere coating op het textieldoek gebruik wordt, biedt deze betere chemische- en corrosieweerstand aan het textieldoek en zorgt er voor dat het textieldoek beter bestand is tegen blijvende vervorming of beschadiging van het weefsel door afschuiving bij mechanische belasting en specifiek tegen blijvende verschuivingen van de draden in het textieldoek. Dit is vooral van belang als een open textieldoek gebruikt wordt (en vooral bij een bedekkingsfactor lager dan 0.7 en zeker bij een bedekkingsfactor lager dan 0.6) omdat er bij dergelijke open textieldoeken anders gemakkelijk vervorming en beschadiging (b.v. vorming van gaten in het textieldoek) door afschüiving zou kunnen optreden. De coating verzorgt een verhoogde weerstand tegen afschuivingsvervorming. Een alternatieve manier om afschuivingsvervorming tegen te gaan, is het thermisch aan elkaar lassen van thermoplastische vezels, thermoplastische garens of thermoplastische monofilamenten in textieldoeken.

Het textieldoek kan bijvoorbeeld gecoat worden met een polyurethaan coating.

Om superieure eigenschappen qua levensduur te bereiken, kunnen siliconen coatings of fluor bevattende coatings gebruikt worden. Voorbeelden van fluor bevattende coatings die gebruikt kunnen worden in de uitvinding zijn PFA (perfluoroalcoxy), MFA (Tetrafluorethyleen Perfluormethylvinylether); PPS (polyfenyleensulfide), FEP (fluorinated ethyleen propyleen), ETFE en PTFE (polytetrafluorethyleen).

Het is een voordeel van de uitvinding dat het elektrisch verwarmingselement goed buigzaam is. De elektrische weerstandsverwarmingsdraden kunnen bevestigd worden in één of meerdere banen over het oppervlak van het textieldoek (dat als textieldrager voor de elektrische weerstandsverwarmingsdraad functioneert), waardoor de gewenste warmtegeneratie in de verschillende zones van de tank bij het ontwerp vastgelegd kunnen worden. Dit betekent dat de vermogensdensiteit volgens de positie in de tank bepaald kan worden.

De diameter van de metaalvezels of metaalfilamenten is bij voorkeur tussen 50 en 250 micrometer. Bij voorkeur bedraagt de equivalente diameter van de weerstandsverwarmingsdraad tussen 0.6 en 2 mm. Met equivalente diameter wordt de diameter bedoeld van een perfect ronde draad met de zelfde oppervlakte in dwarsdoorsnede als de beschouwde draad. Fijnere metaalfilamenten hebben als voordeel dat meer buigzame weerstandsvermingsdraden bekomen worden.

In een specifieke uitvoeringsvorm worden een aantal metaalvezels en/of metaalfilamenten (en mogelijks in combinatie met niet-metaalvezels of niet-metaalfilamenten) samengetwijnd tot een streng. Meerdere gelijke of verschillende strengen kunnen nogmaals samengetwijnd worden. Volgens de uitvinding is het bijvoorbeeld mogelijk een dergelijke streng of dergelijke combinatie van samengetwijnde strengen als weerstandsverwarmingsdraad te gebruiken. Het voordeel van dergelijk opgebouwde verwarmingsdraden is dat ze zeer soepel (buigzaam) zijn. Dit maakt het bevestigen ervan op het textieldoek (de textieldrager) mogelijk. Het is hierdoor ook mogelijk om korte bochten te maken met de verwarmingsdraad op het textieldoek; dit is nuttig bij het ontwerp van verwarmingselementen met geschikte geometrische warmteontwikkeling in functie van het ontwerp van de SCR-tank.

Bij voorkeur is de totale lengte aan weerstandsverwarmingsdraad op het textieldoek in de tank tussen 0.8 en 20 meter; meer bij voorkeur tussen 3 en 12 meter; en zelfs met nog meer voorkeur tussen 5 en 7.5 m per circuit. Het is mogelijk dat meerdere verwarmingsdraden (in serie of in parallel) op het textieldoek bevestigd worden. Daarbij worden meerdere verwarmingscircuits op het textieldoek gevormd. Bij voorbeeld kunnen twee circuits elk met een lengte aan verwarmingsdraad van ongeveer 7 meter gevormd worden, waarbij één circuit in of rond de pomp in de tank voor de opwarming zorgt; en het tweede circuit de verwarming verzorgt in het algemene volume van de tank. Het is ook mogelijk dat een weerstandsverwarmingsdraad bevestigd op een textieldoek in de tank gecombineerd wordt met één of meer weerstandsverwarmingsdraden of weerstandsverwarmingskoorden die in de tank ingebracht worden.

De metaalfilamenten of de metaalvezels kunnen een laag bevatten die corrosieweerstand biedt aan de metaalfilamenten. Deze laag kan een polymeerlaag (bijvoorbeeld een polyurethaanlaag) zijn, of een metaaloxide laag, of een laag van een ander, meer corrosiebestendig metaal (b.v. zink of tin of nikkel of roestvast staal).

Metaalfilamenten hebben in principe een oneindige lengte, terwijl metaalvezels een bepaalde lengte of lengtedistributie hebben. Er zijn verschillende mogelijke metaalfilamenten of metaalvezels die gebruikt kunnen worden in de uitvinding. Voorbeelden van metaalfilamenten of metaalvezels die in de uitvinding gebruikt kunnen worden, zijn: • filamenten of vezels die een laag in koper of in een koperlegering en een omhulsel in staal hebben. Het omhulsel is bij voorkeur roestvast staal.

• filamenten of vezels met een laag uit staal, met er rond een laag in koper of een koperlegering en hierrond een omhulsel in nikkel, zink of tin; • filamenten of vezels die een laag uit roestvast staal bevattten, of die roestvast staal als enige metaallaag hebben • nikkel superlegeringen (zoals bijvoorbeeld Inconel of Hastelloy). Het voordeel van nikkel superlegeringen is hun nog hogere corrosieweerstand in vergelijking met roestvast staal.

• filamenten of vezels die een laag uit staal (dit kan bijvoorbeeld roestvast staal zijn, laagkoolstof staal of hoogkoolstof staal), met er rond een omhulsel in een meer edel metaal (bij voorbeeld nikkel, zink of tin).

• filamenten of vezels die minstens één laag uit koper of een koperhoudende legering bevatten (bijvoorbeeld koper-nikkel legeringen), of die volledig uit koper of een koperhoudende legering (bijvoorbeeld koper-nikkel legeringen) bestaan. Deze filamenten of vezels kunnen een omhulsel bevatten uit een meer edel metaal (bij voorbeeld roestvast staal, nikkel, zink of tin).

Een laagkoolstof staal is een staalsoort met voor alle aanwezige elementen een gewichtspercentage kleiner dan 0.5 (uiteraard met uitzondering van ijzer en mogelijks met uitzondering voor silicium en mangaan); bijvoorbeeld lager dan 0.2 gewichtspercent; en een gewichtspercentage koolstof lager dan 0.3. Voor de uitvinding wordt bij voorkeur een laagkoolstofstaal gebruikt met een gewichtspercentage koolstof bij voorkeur lager dan 0.2 gewichtspercent, met meer voorkeur lager dan 0.1 gewichtspercent, en met nog meer voorkeur lager dan 0.06 gewichtspercent.

Een hoogkoolstofstaal is een staalsoort met een gewichtspercentage koolstof tussen 0.3 en 1.7. Voor de uitvinding wordt bij voorkeur hoogkoolstofstaal met een gewichtspercentage koolstof tussen 0.4 en 0.95% gebruikt, met meer voorkeur met een gewichtspercentage koolstof tussen 0.55 en 0.85%. Het hoogkoolstof staal kan legeringselementen bevatten.

Bij voorkeur heeft de weerstandsverwarmingsdraad een kleinste buigingsradius die kleiner is dan 1.5 keer de diameter van deze draad. De kleinste buigingsradius wordt bepaald door met de hand de weerstandsverwarmingsdraad zo kort als mogelijk om te buigen. Deze buigingsradius kan dan gemeten worden op verschillende manieren. Eén manier is het gebruik van dikteplaatjes, namelijk uitzoeken welk het dikste plaatje is dat in de omgebogen draad gestopt kan worden. Het voordeel is dat een dergelijke weerstandsverwarmingsdraad in korte bochten op het textieldoek gelegd kan worden, voordelig voor het bepalen van de vermogensdichtheid op het textieldoek. Een verder voordeel is dat het weerstandsverwarmingselement dan beter buigzaam is, wat inbrengen en positioneren ervan in de tank gemakkelijker maakt.

De weerstandverwarmingsdraad bevat bij voorkeur een polymere coatinglaag.

Een functie van deze polymere coatinglaag is om corrosieweerstand te bieden aan de weerstandsverwarmingsdraad (ook elektrochemische corrosie). De coatinglaag op de weerstandsverwarmingsdraad voorkomt tevens kortsluitingen wanneer twee punten van de weerstandsverwarmingsdraad met elkaar in contact zouden komen in de SCR-tank. Hierbij moet worden vermeld dat door de bevestiging van de weerstandsverwarmingsdraad op het textieldoek ook reeds vermeden wordt dat weerstandsverwarmingsdraden (of twee verschillende punten van één weerstandsverwarmingsdraad) met elkaar in contact zouden komen.

Voorbeelden van coatings zijn siliconen coatings. Andere voorbeelden van coatings die gebruikt kunnen worden zijn TPE (thermoplastisch elastomeer), Polyurethanen en polyamides.

In een specifieke uitvoering van de uitvinding,heeft de weerstandsverwarmingsdraad een polymere coatinglaag die fluor bevat. Fluor bevattende coatings rond de verwarmingskoord hebben de nodige chemische (corrosie) weerstand en temperatuursbestendigheid voor gebruik in een SCR-tanks, waar temperaturen kunnen oplopen tot bijvoorbeeld 150°C. Voorbeelden van fluor bevattande coatings die gebruikt kunnen worden in de uitvinding zijn PFA (perfluoroalcoxy), MFA (Tetrafluorethyleen Perfluormethylvinylether); PPS (polyfenyleensulfide), FEP (fluorinated ethyleen propyleen), ETFE (Ethyleen-tetrafluorethyleen copolymeer) en PTFE (polytetrafluorethyleen).

Fluor bevattende polymeren hebben hoge temperatuursbestendigheid en uitstekende corrosieweerstand.

Voor toepassing in SCR systemen met een ureum of ammoniak precursor, hebben PFA, MFA en ETFE bewezen de beste levensduur te bieden aan de weerstandsverwarmingsdraad, bijvoorbeeld hoger dan TPE (thermoplastisch elastomeer).

Voor de beste bestendigheid tegen corrosie, is een metaalfilament met een metaaloxide laag of een laag van een ander, meer corrosiebestendig metaal (b.v. zink of tin of nikkel of roestvast staal) als buitenste metallische laag in combinatie met een polymere coating van de textielverwarmingsdraad (of van de metaalvezels of van de metaalfilamenten) zeer gunstig gebleken. De polymere coating geeft corrosieweerstand, maar kan diffusie van corrosieve gassen (b.v. ammoniak) door de polymere coatinglaag niet volledig verhinderen. Daardoor is een corrosiebestendige buitenste metaallaag van de metaalvezel of metaalfilament wenselijk. Met enkel een corrosiebestendige buitenste metaallaag, treedt elektrochemische corrosie op; deze kan tegengegaan worden door een polymere coatinglaag op de weerstandsverwarmingsdraad of op de individuele metaalvezels of metaalfilamenten voor maximale levensduur.

Als een polymere coatinglaag op de weerstandsverwarmingsdraad aanwezig is, heeft deze bij voorkeur een dikte tussen 0.15 en 0.6 mm. Een andere belangrijke rol van de polymere coating (naast elektrochemische corrosieweerstand, hoge temperatuurbestendigheid, en verbeteren durabiliteit) is het sturen van de dikte van de verwarmingsdraad om aan het oppervlak van deze draad slechts een bepaalde vermogensontwikkeling per eenheid van manteloppervlakte van de verwarmingsdraad te hebben. Dit is typische tussen 0.3 en 0.9 W/cm2 (waarbij dit vermogen per eenheid van manteloppervlakte van de draad berekend wordt). Een limitatie is nodig om te vermijden dat ureum plaatselijk te warm wordt (door lokaal te hoge warmteontwikkeling aan het oppervlak van de verwarmingsdraad) en te veel ammoniak zal ontwikkelen, hierdoor zou de druk in tank toenemen en de levensduur van het element dalen door meer diffusie doorheen coating. Hoe dikker de coating, hoe lager de warmteontwikkeling aan het oppervlak van de draad zal zijn in contact met ureum. Koper bijvoorbeeld geleidt beter maar zal een dikkere coating vereisen om te voldoen aan de beperking van warmteontwikkeling per eenheid van manteloppervlakte van de verwarmingsdraad. Een te lage vermogensontwikkeling zal een te trage opwarming geven in zones van hoge densiteit in de tank (zoals onder de pompmodule).

De bevestiging van de weerstandsverwarmingsdraad (of weerstandsverwarmingsdraden) op het textieldoek kan bijvoorbeeld door opstikken met behulp van een stikdraad, of via lassen gebeuren (b.v. ultrasoon lassen aan een textieldoek dat thermoplastische polymeren bevat). De bevestiging gebeurt via een bepaald patroon. Dit patroon is onder meer gekozen in functie van de vorm van de tank.

Na het bevestigen van de weerstandsverwarmingsdraad (of de weerstandsverwarmingsdraden) wordt de vorm uit het textieldoek gesneden of gestanst.

In een specifieke uitvoeringsvorm worden de één of meerdere verwarmingsdraden op het textieldoek gestikt. Hiervoor wordt gebruik gemaakt van b.v. een borduurproces. Eén of meerdere stikdraden worden gebruikt om verwarmingdraden op het textieldoek te stikken. Voorbeelden van stikdraden die gebruikt kunnen worden zijn polymide 6.6, polyamide 6, PTFE en PEEK. Een voordeel van het gebruik van stikdraden in PTFE of PEEK is dat nog hogere gebruikstemperaturen in de tank mogelijk en toelaatbaar zijn, wegens de hogere temperatuursweerstand van PTFE en PEEK.

Een ander aspect van de uitvinding is het gebruik van een tank zoals beschreven in de uitvinding in selectieve catalytische reductie. Bijvoorbeeld bevat de tank hierbij een ureum of ammoniak precursor.

Beknopte beschrijving van de figuren

Figuur 1 toont een voorbeeld van een weerstandsverwarmingselement dat gebruikt kan worden in de uitvinding.

Voorbeelden van uitvoeringsvormen

Als voorbeeld wordt een tank beschreven uit polyethyleen die een waterige oplossing van 32.5% ureum bevat en een een elektrisch weerstandsverwarmingselement dat ondergedompeld is in de oplossing.

Figuur 1 toont een voorbeeld van een weerstahdsverwarmingselement 10 dat gebruikt kan worden in de uitvinding. Een textieldoek 12 is uitgesneden of gestanst volgens een bepaald patroon, zoals bepaald door de tank en de toebehoren (b.v. pomp) in de tank. Zorie 14 bijvoorbeeld zal rond het centrale pomphuis in de tank komen. Een weerstandsverwarmingsdraad 16 is op het textieldoek gestikt met behulp van een stikdraad 18. Via contactpunten 19 kan het weerstandsverwarmingselement aan een stroombron gekoppeld worden. Bij voorkeur gebeurt het opbrengen van de verwarmingsdraad voor het uitsnijden of stansen van het patroon uit het textieldoek.

Het elektrisch weerstandverwarmingselement bevat bijvoorbeeld een geweven doek (weefsel) uit polyamide 6.6 monofilament. Het polyamide 6.6 monofilament heeft een diameter van 350 pm en een ronde dwarsdoorsnede. Het geweven doek heeft een 2/1 keperbinding. De maasopening in het weefsel is 590 pm. Het weefsel heeft een bedekkingsgraad van 0.605. Het weefsel heeft een gewicht van 300 g/m2 en de dikte van het weefsel is 750 pm. Na weven is het weefsel thermisch gestabiliseerd.

Op het weefsel wordt bijvoorbeeld door middel van een PTFE (polytetrafluorethyleen) stikdraad een verwarmingsdraad in een baan op het weefsel gestikt. De positionering van de baan van de één of meerdere verwarmingsdraden op het weefselopperviak wordt onder andere bepaald door de nood aan warmteontwikkeling in de verschillende posities in de tank en door de vorm van de tank. Na opbrengen en opstikken, wordt de vorm uit het weefsel gesneden of gestanst. De vorm is bepaald in functie van de vormgeving van de tank en de positie in de tank waar verwarming nodig is

Er kan bijvoorbeeld een verwarmingsdraad gebruikt worden gemaakt uit metalen filamenten die een koperen kern hebben en een mantel uit roestvast staal. Het volumeaandeel koper in deze metalen filamenten is 34%. De metalen filamenten worden getrokken tot een diameter van 0.058 mm; deze filamenten hebben een elektrische weerstand van 18.3 Ohm/meter lengte (bij.20°C). Zeven filamenten worden samen getwijnd om een streng te vormen. Dan worden twaalf van deze strengen samengetwijnd om een verwarmingsdraad te vormen. Dit resulteert in een verwarmingskoord met een elektrische weerstand van 0.22 Ohm/meter lengte (bij 20°C). Deze draad wordt vervolgens gecoat met een PFA (perfluoroalcoxy)-coating (met dikte 0.40 mm). Deze verwarmingsdraad heeft, na coaten, een diameter van 1.45 mm.

Bijvoorbeeld worden twee dergelijke draden van 7 meter elk in een parallel elektrisch circuit op het weefsel gestikt met een PTFE (polytetrafluorethyleen) stikgaren.

In een ander voorbeeld wordt in de tank een weerstandsdraad gebruikt bestaande uit metaalfilamenten met een stalen laag, met errond een laag in koper en hierrond een omhulsel in nikkel, zink of tin. Er wordt bijvoorbeeld gebruik gemaakt van CCS30 met nog een laag nikkel er rond (bijvoorbeeld 4 gewichtsprocent nikkel ten opzichte van het totale gewicht van het metaalfilament). Negentien dergelijke filamenten met elk een diameter van 0.135 millimeter worden samen getwijnd tot een koord met equivalente diameter 0.76 millimeter. Vervolgens wordt rond dit koord een PFA coating met dikte 0.35 mm gelegd. Deze weerstandsdraad heeft een weerstand van 0.219 Ohm/meter lengte (bij 20°C).

Claims (15)

1. Een tank die een water of solvent gebaseerde oplossing, dispersie of emulsie bevat, de tank bevat een elektrisch weerstandsverwarmingselement dat ondergedompeld is in de oplossing, dispersie of emulsie, het elektrisch weerstandsverwarmingselement wordt in de tank van stroom voorzien, waarbij het elektrische weerstandsverwarmingselement een textieldoek bevat en tenminste één weerstandsverwarmingsdraad, en waarbij de weerstandsverwarmingsdraad op het textieldoek bevestigd is, en waarbij de weerstandsverwarmingsdraad metaalfilamenten of metaalvezels bevat.

2. Een tank als in conclusie 1, waarbij het textieldoek een open textieldoek is.

3. Een tank als in conclusie 2, waarbij het open textieldoek een bedekkingsfactor heeft lager dan 0.7.

4. Een tank als in de voorgaande conclusies, waarbij de weerstandsverwarmingsdraad een polymere coating laag bevat.

5. Een tank als in conclusie 4, waarbij de polymere coating van de weerstandsverwarmingsdraad een siliconen polymeer bevat.

6. Een tank als in conclusie 4, waarbij de polymere coating van de weerstandsverwarmingsdraad een fluor bevattend polymeer bevat.

7. Een tank zoals in om het even welke van de voorgaande conclusies, waarbij ten minste een deel van de metaalfilamenten of metaalvezels een laag in koper of in een koperlegering en een omhulsel in staal hebben; ofwel een laag uit staal hebben, met er rond een laag in koper of een koperlegering; en hierrond een omhulsel in nikkel, zink of tin; ofwel hebben deze metaalfilamenten een laag in laagkoolstof staal of in hoogkoolstof staal, met er rond een omhulsel in nikkel, zink of tin.

8. Een tank als in om het even welke voorgaande conclusie, waarbij de weerstandsverwarmingsdraad een kleinste buigingsradius heeft die kleiner is dan 1.5 maal de diameter van de weersfandsverwarmingsdraad.

9. Een tank als in om het even welke van de voorgaande conclusies, waarbij het textieldoek gecoat is met een polymere coating.

10. Een tank als in om het even welke van de voorgaande conclusies, waarbij het textieldoek geweven is.

11. Een tank als in conclusies 1 tot 9, waarbij het textieldoek een kettingbreisel is.

12. Een tank als in om het even welke van de vorige conclusies, waarbij het textieldoek monofilamenten als draden bevat.

13. Een tank als in om het even welke van de vorige conclusies, waarbij de verwarmingsdraad op het textieldoek gestikt wordt.

14. Gebruik van een tank zoals in om het even welke van de vorige conclusies, waarbij de tank een selectieve catalytische reductie tank is.

15. Gebruik van de tank zoals in om het even welke van de vorige conclusies, waarbij de tank een ureum of ammoniak precursor bevat.