CN101300412B - 包括加热管道、通过选择性催化还原净化车辆尾气的装置 - Google Patents

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Abstract

一种通过选择性催化还原净化车辆尾气的装置(1)包括加热管道(9)。该加热管道包括：流体输送管(22)，其包括热塑弹性体(thermoplasticelastomer)；发热元件(21)，其布置在输送管道内部；以及耐磨层(23)。优选地，该输送管(22)由聚烯烃基体类(polyolefinic matrix based)热塑弹性体制成，该热塑弹性体内部紧密地分布着动态硫化三元乙丙基(EPDMbased)弹性相。

Description

包括加热管道、通过选择性催化还原净化车辆尾气的装置
技术领域
本发明涉及一种包括加热管道、通过选择性催化还原净化车辆尾气的装置。
背景技术
为了符合相对于现有标准施加了更多限制性废气排放限制的新防污染(anti-pollution)标准，公知的是使用所谓的通过选择性催化还原的净化系统，在车辆尾气的SCR(选择性催化还原，缩写为SCR)下使用该净化系统也是公知的。所述系统尤其用于降低氮氧化物到大气的排放量。
优选地，在轻型和重型车辆中使用SCR系统。
SCR系统包括通过压缩空气在催化器入口注入能够与氮氧化物反应的尿素水溶液(aqueous solution of urea)或者等同产品。一般，优选尿素含量为32.5％的水溶液，例如通常由Basf销售的AdBlue品牌的溶液。催化器布置在排气消音器(muffler)处，导入的尿素与氮氧化物(通常也称为NOX)在该催化器内反应，从而从大气排放物中去除氮氧化物。
尿素水溶液通常容纳在储液箱内。根据确定各种参数如温度、湿度、发动机运行和转数的电子控制单元所限定的时间和模式，从储液箱内吸取该溶液，与压缩空气混合后，注入催化器。
SCR系统的一个公知的问题在于，在车辆停车期间，尿素水溶液在低于-12℃的温度下凝固。因此，当停车后发动机点火时，容纳尿素溶液的管道立即被经过的电流加热。
例如，当SCR系统最初放置在-35℃的环境温度时，在发动机点火至少十分钟后，尿素水溶液的温度需要达到至少+5℃
此外，输送尿素水溶液的管道必须使流体在工作温度范围内(即从-40℃到80℃内)流通，必须是弹性的，并且必须确保在-40℃的情况下，在所有的流速条件(即从0到5.5l/h)下，尿素水溶液在任何部分中都不凝固。
为了加热尿素水溶液，通常使用电加热管道和管配件(pipe fittings)。例如，使用包括Teflon流体输送管道的加热管路是公知的，该流体输送管具有卷绕在聚乙烯热缩套(polyethylene heat-shrink sheath)外表面上的电阻，该聚乙烯热缩壳还具有电绝缘功能，并由聚酰胺(polyamide)波纹管包裹。
然而，由于Teflon
Figure GSB00000019057200022
不提供足够的热传导来暖热管的内部，所以所述方案并不能足够快地融化水溶液以满足前述需求。Teflon
Figure GSB00000019057200023
管还在用于联接件的联接中出现问题，而且还非常昂贵。
所述管还存在电热器(electrical resistor)产生的热量严重浪费的缺陷。因为一部分热量在加热器和-35℃的外部环境之间扩散掉了，所以产生的热量实际上仅仅部分地供应到待加热的固体溶液块上。
而且，上述的公知方案不是非常令人满意的，因为这些方案不能总是消除形成在加热管道连接处内部的固体溶液的“堵塞”。
实际上，螺旋卷绕在管道上的电热器所产生的热量不能总是充分地暖热管连接处内部溶液的固化部分。
发明内容
本发明的目的在于制作一种包括加热管道、通过选择性催化还原净化车辆尾气的装置，该装置能够简单有效地解决上述问题。
根据本发明，制作了一种包括加热管道、通过选择性催化还原净化车辆尾气的装置。
具体地，本发明提供一种净化装置，用于净化机动车尾气，包括：储液箱，其容纳尿素水溶液；泵模块；催化器；以及至少一个管道，其用于输送上述尿素水溶液；其中管道包括加热元件，该加热元件安装在流体输送管内部；并且该流体输送管由包括聚丙烯的聚烯烃基体类热塑弹性体制成，在该热塑弹性体中紧密地分布有弹性相。
附图说明
现在将参照示出了非限制性实施例的附图来描述本发明，其中：
图1从横截面上示意性地示出了根据本发明的SCR系统的可加热管道的优选实施例。
图2是SCR系统的图；以及
图3是示出了与根据公知技术制作的管道相比，在根据本发明制成的管道中容纳的水溶液中尿素为32.5％时的实时温度值图案的图。
具体实施方式
在图2中，附图标记1表示机动车辆的净化装置或SCR系统(示意性示出)，该净化装置或SCR系统包括：储液箱2，其容纳35％尿素的水溶液；泵模块3；测量模块4，其将尿素与压缩空气混合，以将混合后的尿素和压缩空气传送到机动车辆本身的催化器5(示意性示出)中。
泵模块3经由输送管6连接到测量模块4，并经由吸入管7和回输管8连接到储液箱2。管路6-8包括各自的管道9，管道9可通过电流加热并经由管配件连接到系统1中的其它部件上。
根据本发明，管道1包括加热元件21，加热元件21由布置在输送管22内的电热器构成，输送管22包括热塑弹性体。
输送管22由耐磨层23包裹。
所述构造具有以最短时间使前述范围内的尿素水溶液解冻的优点。根据本发明的管构造利用本身就是绝缘体的固体尿素溶液的绝缘能力减少了向管道外部的热扩散，真正确保了电力浪费少。
另外，因为电阻器与管道连接件直接接触或距离很近，所以所述管道还可以融化结冰部分。
特别地，输送管22包括热塑弹性体，也缩写为TPE。对于热塑弹性体，指的是行为类似弹性体的聚合物材料，但是加热后，该聚合物材料能够像热塑材料一样工作。
优选地，使用具有聚烯烃基体(polyolefinic matrix base)的热塑弹性体，在该热塑弹性体中紧密地分布着动态硫化弹性相。
更优选地，所述聚烯烃基体是聚丙烯，而弹性相是三元乙丙橡胶(FPDM)。
更为优选地，热塑弹性体是Forprene
Figure GSB00000019057200031
。
优选地，输送管22包括通过与适当的填料混合而制作为导热的热塑弹性体。
优选地，填料是金属填料。
有利地，依照美国材料实验协会(ASTM)E1461号测试标准，热塑弹性体的导热系数是1.2-40W/mk。更有利地，导热系数约为20W/mk。
优选地，管内径大于5mm。
优选地，输送管2的壁厚是2-4mm。
优选地，加热元件21是卷绕在输送管22上的电阻丝。
更优选地，使用发热的金属丝，例如上海焱鑫合金材料有限公司(Shanghai Anhing Alloy Material Co.Ltd)生产的型号为NiCr8020的金属丝。所述电阻器可为双极的或者单极的。优选为双极的。
所述电阻元件的形状和尺寸取决于应用场合的具体需求，此外，还取决于整个管道系统中部件的尺寸。
优选地，耐磨层23由波纹管23制作。优选地，波纹管23由聚酰胺12制成。替代地，耐磨层23是适当的尺寸的螺旋套状物或者螺旋带状物，以保持所设计的弯曲半径。优选地，螺旋套状物由聚酰胺6或12制成。更优选地，因为聚酰胺12的耐化学性更好，螺旋套状物由聚酰胺12制成。
可选的，可以在输送管21和耐磨层23之间使用绝缘层。
优选地，绝缘层由聚亚安酯(polyurethane)制成。更优选地，绝缘层由开环或闭环泡沫聚亚安酯制作。再优选地，绝缘层由闭环泡沫聚亚安酯制成。
优选地，绝缘层的厚度大于5mm，且其内径取决于输送管2的直径。
相对于公知的管道，依照前述的结构制造的管道9能够达到在短时间内融化尿素水溶液的目标。
最后，显然可以对这里所述和所示的管道进行多种改变，尤其是可以对形成多种管道层的化学部件的百分比进行多种改变；以及对管道层的相对厚度进行多种改变；还可以对管道层自身的层数进行多种改变，例如，在不脱离本发明的保护范围的情况下，可以不选用热缩套。
在上面的描述中，依照本发明所制成的管路的优点是显然的，具体地，相对于公知的管路，通过所述的管路可以在短时间内加热液体，并且所述管道可以具有足够的弹性且价格低廉。
下文将通过示例描述本发明，但本发明并不局限于这些示例。
例1
表1示出依照本发明制作的管道9的示例，而表2示出对照管道的示例。
表1
Figure GSB00000019057200051
表2
Figure GSB00000019057200052
图1示出根据本发明的管道中容纳的32％尿素水溶液的实时温度值图案。该管道的组成见表1。与之对照的管道的组成见表2。
通过将容纳尿素水溶液的管道置于温度稳定在在-35℃的恒温密闭空间内来测量所述温度。以此方式，容纳在管道内部的水溶液就会凝固，并且温度为-35℃。
在温度恒定之后，将卷绕在输送管周围的电阻器的电连接件连接到24V电源，从而流通3.8A的电流。
安装在管道内部的热电偶组用于测定水溶液的温度。
显然，使用根据本发明制作的管道比使用Teflon制成的管道可以更快和更有效地提高尿素水溶液的温度。

Claims (9)

1.一种净化装置(1)，用于净化机动车尾气，包括：储液箱(2)，其容纳尿素水溶液；泵模块(3)；催化器(5)；以及至少一个管道(9)，其用于输送所述的尿素水溶液；该装置的特征在于，所述管道包括加热元件(21)，所述加热元件安装在流体输送管(22)内部；并且所述流体输送管由包括聚丙烯的聚烯烃基体类热塑弹性体制成，在该热塑弹性体中紧密地分布有弹性相。
2.根据权利要求1所述的净化装置，其特征在于，所述弹性相是EPDM。
3.根据权利要求1或2所述的净化装置，其特征在于，所述热塑弹性体与填料混合而被制作为导热的。
4.根据权利要求3所述的净化装置，其特征在于，所述填料是金属填料。
5.根据权利要求3所述的净化装置，其特征在于，所述热塑弹性体的导热系数大于1.2W/mk。
6.根据权利要求1所述的净化装置，其特征在于，所述加热元件(21)包括金属线电阻器。
7.根据权利要求1所述的净化装置，其特征在于，该装置包括所述输送管(21)上的耐磨层(23)。
8.根据权利要求7所述的净化装置，其特征在于，所述耐磨层(23)是波纹管。
9.根据权利要求8所述的净化装置，其特征在于，所述耐磨层(23)由聚酰胺12制成。
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