CN102678234B - 包括半透膜的氨前体存储系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及包括半透膜的氨前体存储系统。一种用于储存氨前体的系统包括：一个被配置成用于容纳氨前体的储箱；由一个帽关闭的加注口，所述帽是可取下的以使用于重新加注该储箱；以及位于所述帽内的一个半透膜；其中当这个帽关闭该加注口时，该半透膜被配置成阻挡来自氨前体的液体、并被配置成允许空气和来自氨前体的蒸气从中穿过，并且其中当这个帽关闭该加注口时提供了允许实质性量值的蒸气从该储箱逃逸到大气中的一个通路，这样使得该储箱的总的内部体积(l)除以在10mbar下穿过该膜的流速(l/h)是低于20h。该系统允许在使用中进行通风、同时仍具有减小的重量、便宜并且容易使用的。

Description

包括半透膜的氨前体存储系统

技术领域

本发明涉及一种包括半透膜的用于氨前体的存储系统。

背景技术

管理客运车辆和多功能车辆排放的法律要求部分减少释放到大气中的氮氧化物(NO_x)。通过SCR(选择性催化还原)方法可以达到这一目标，该方法用于通过将一种还原剂(一般是氨)注入该排气管线中来还原这些氮氧化物。可以通过一种氨前体(其浓缩物可能是低共熔的)的溶液的热分解来生产这些氨。这样的一种氨前体可以是例如尿素溶液。

使用SCR法，燃烧期间在发动机中产生的高NO_x排放在发动机出口处在一种催化剂中以优化的效率得到处理。这种处理要求以精确的浓度并且以极端的品质使用该还原剂。因此准确计量该溶液并将其注入排气流中，在其中它被水解，然后将氮氧化物(NO_x)转化为氮气(N₂)和水(H₂O)。

为了这个目的，车辆可以配备有一个包含水性尿素溶液的储箱以及一个用于计量并将希望量值的添加剂注入排气管线中的装置。

除了能够被加注，尿素储箱在它们达到某个阈值压力和/或真空时必须总体上进行通风。因此，尿素储箱可以配备有压力控制阀，例如一个双阀系统(即，结合2个阀元件的系统：一个能够负责过压情况并且一个能够负责负压(真空)情况)，用于促进通风。利用双阀系统限制了温度升高、尿素溶液的结冰、或大气压的减小可能造成的储箱中的超压。利用双阀系统还限制 了由温度的降低、尿素溶液的融化、大气压的增加、或尿素溶液的消耗所造成的储箱中的过度降低。

本申请人发现，当该阀的密封区由于该尿素溶液而变湿之后，该尿素溶液的结晶可以阻塞包括一个移动部件在内的通风阀。因此，该阀门可能难以打开或关闭，从而导致差的压力控制。

因此，本申请人有这样的想法：用一个半透膜替换这样一个阀门，该半透膜被配置成阻挡来自氨前体的液体、并且被配置成允许空气和来自氨前体的蒸气从中穿过。优选地，选择一种特定的膜，该膜在其性能方面不受尿素结晶的影响。

然而，当使用这样的膜作为通风装置时，有利地将其与一个OFP(防加注过满)装置相结合(因为一般，压力积聚将是非常有限的，典型地仅为约10mbar，这样使得在重新加注结束时，加注喷嘴不自动关闭)，这增加了该系统的成本和技术复杂性(抗结晶性、工艺、包装)的。

为了避免使用这样的装置，本申请人有这样的想法：将所述膜包括在加注管的帽内部，这样使得在加注过程中该储箱不被通风并且压力可以积聚。除此以外，通过这样做，通风功能变得可用(在损坏时易于更换)，这受到汽车制造商的高度赞赏，因为在通风部件故障的情况下，不必更换整个储箱。

已知了对于燃料箱使用这样一种通风膜(参见例如US 2006/0096258和US 2007/0175514)，但是直到现在，它从未被用于(或建议用于)SCR储箱上，即，与尿素应用兼容的膜在市场上并不常见。

值得注意的是，后者(US 2007/0175514)提出将该膜结合在加注管帽中，但是因为所述帽配备有一个具有小尺寸通风孔的盖，该通风孔仅在该储箱内部和外部之间提供有限的连通，因此在使用中出现了实质性量值的压力积聚，从而要求机械的强化手段(过大的壁厚尺寸、特定的形状&强化物等)，再次给系统增加了成本(和重量)。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于储存氨前体的系统，该系统允许在使用中进行通风、同时仍具有减小的重量、是鲁棒的、便宜并且容易使用的。

因此，本发明涉及一种用于储存氨前体的系统，该前体包括：

一个被配置成用于容纳氨前体的储箱，

由一个帽关闭的一个加注口，所述帽是可取下的以便重新加注该储箱；以及

一个位于所述帽内的半透膜，其中在该帽关闭该加注口时，该半透膜被配置成阻挡来自氨前体的液体、并且被配置成允许空气和来自氨前体的蒸气从中穿过，并且其中在该帽关闭该加注口时，提供了允许实质性量值的蒸气从该储箱逃逸到大气中的一个通路，这样使得储箱的总的内部体积1除以在10mbar下穿过该膜的流速(l/h)是低于20h。

本发明的系统包括一个储箱(由一个壁界定的储存体积)，优选是由塑料材料(例如聚乙烯)制成的，并且它包括配备有帽的一个加注口，该帽集成了一个半透膜。

该加注口可以仅仅是储箱壁中的一个开口，即仅仅是一个通路，或者它可以是一个加注管的上部(实际中一般是这种情况)。一般，能够关闭所述 开口的帽包括一个允许它被固定到所述开口上的装置。一个凹凸状的(in relief)部分与该加注管上的一个对应的凹凸状部分共同作用给出了良好的结果。实际上，帽上和加注管上的对应的螺纹部分是适宜的，因为一般加注管和帽是用塑料材料模制的。

因此，根据本发明的一个优选实施方案，该储箱是由塑料材料制成并且包括一个包括该加注口的加注管，该加注管和该帽是由塑料材料模制的并且包括相对应的螺纹部分。

根据本发明，该半透膜被配置成阻挡液体但是允许氨蒸气从中穿过而没有任何实质性的压力积聚。这是指，优选地，该半透膜被配置成允许不大于100mbar的过压、更优选不大于50mbar，或甚至更优选地在运行中出现不大于10mbar的过压。

为此，一般必须提供允许实质性量值的蒸气从该储箱逃逸到大气中的一个通路。实际上，根据以下规则确定所述通路的大小：储箱的总的内部体积1除以在10mbar下穿过该膜的流速(l/h)是低于20h、优选低于15h并且甚至更优选地低于10h。

该半透膜可以包括一种适当的纺织品或其他已知的多孔材料。例如，该半透膜可以由一种基于聚四氟乙烯(PTFE)的材料(或可以包括烧结的PTFE)或另一种全氟化的聚合物构成。然而，疏水的或斥水的替代材料可能是适合的，例如像膜或在商品名GORE-TEX下可得的织物。

该半透膜优选包括大小范围从0.05μm至10μm的多个开孔。此外，该半透膜的厚度优选是从50μm至250μm。尤其是来自戈尔公司(GORE)的 商业类型AM1XX的膜(具有约0.07μm的开口直径以及约200μm的厚度)在实际中给出了良好的结果。

在一个优选的实施方案中，该半透膜不含任何不疏水的材料。在一个优选的实施方案中，该膜不含任何被水或极性液体润湿的材料、金属网、聚酰胺膜、玻璃纤维、或玻璃基的膜。

一般地，根据本发明，该帽是包括一个本体的部件，该本体优选是通过塑料材料的注塑模制而制成、并且优选地包括一个螺纹部分(参见以上内容)。这个本体一般是包括一个孔洞的空心部件，该孔洞限定了一个总体上圆柱形的通道，该通道被该膜“阻塞”(即其中该膜以总体上基本垂直于其轴线的方式被固定，从而占据它的一个完整的截面)。

该半透膜可以通过焊接、例如通过热焊接或(超)声波焊接而固定到该帽上。焊接宽度应当足够大，以确保该膜被恰当地锚定在该帽中，以便甚至在车辆上老化以后仍能防止漏泄。高度推荐使用一个十字形区段(cross section)(即，用来支撑该膜的一种网格)以避免膜随时间的伸展，尤其是对于具有大于15mm的直径的膜而言。对于非常大的膜，优选将其每隔15mm支撑并固定到该支撑件上(例如通过焊接)。

在本发明的一个优选实施方案中，该帽包括最终通过肋材或辐条强化的一个膜支架或一种空心环(该膜一般是圆形的，虽然可以使用其他形状)，在其外围上焊接了该膜，所述膜支架进而被固定在该帽的本体中，优选也是通过焊接。优选地，在需要时，所述膜支架结合了上述膜支架用于大膜。

优选地，该帽结合了一个密封件以获得该帽在该加注口上的密封固定。虽然这个密封件可以具有O型环或类似的(经典)形状，但是根据本发明的 一个优选的实施方案，这个密封件是包括多个小孔口的扁平的、圆形密封件。这个实施方案防止使用者接近该膜、并且因此防止该膜被损坏。

为了在该帽被安装在该加注口上时使该密封件能够如此发挥作用并且被压紧，该帽优选包括一个凹切，所述密封件可以被压紧在该凹切上。尤其在该帽的本体是被注塑模制的情况下，这个凹切可以包括一个水平表面、并且因此可以提供在该膜下面的一个液体滞留区。为了避免那样，可以使用一个内部锥形表面，从而在该膜和该凹切之间提供一个倾斜的锥形表面，这样使得避免了所述滞留区。这个内部锥形表面可以位于一个作为单独部件被固定于该帽内部的环上。可替代地，该帽可以被模制为具有这样一个内部锥形表面的单件。这个方案在工业规模上是普遍优选的。

最后，为了在其装运过程中以及将其安装在该加注口(其中扭矩会使该帽变形并且将其损坏)上的过程中保护该帽(的膜)，可以有利地使用一个盖，这个盖被机械地固定在该帽的顶部、但是是以一种非密封的方式，这样可以获得所要求的蒸气通路。为此，该盖优选包括至少一个开口，并且甚至更优选地，所述开口是切缝形状的。有利地，所述开口是在该盖的侧壁之中，这样使得没有灰尘或污物可以弄脏该膜。

实际上，如果穿过该通路在该膜下游处的压降至少是比跨过该膜的压降小20倍(优选15倍并且甚至更优选10倍)，则利用本发明获得了良好的结果。

关于用于根据本发明的系统的部件的材料，它们优选是：

用于储箱壁的聚乙烯(并且优选地是高密度聚乙烯HDPE)

用于帽(和盖，情况是如此)的聚酰胺(PA，例如像PA 6)或聚缩醛，并且优选是POM(或聚甲醛)，前者从经济上说更有兴趣，而后者由于 其化学耐受性(不但直接针对尿素/氨腐蚀、而且还针对由于该系统的其他部件(例如可以释放HCl的PVC部件)的腐蚀而导致的物质的腐蚀)而可能是更好的。

该氨前体有利地在水溶液中。使用尿素的水溶液、并且特别是尿素和水的低共熔溶液(例如AdBlue溶液，其尿素含量是在按重量计31.8％与33.2％之间、并且含有18％左右的氨)，本发明给出了良好的结果。本发明还可以应用于水溶液中的尿素/甲酸铵混合物，是在商标Denoxium下销售的并且含有13％左右的氨。后者相对于尿素具有的优点是仅从-35℃开始(与-11℃不同)才结冰、但是具有的缺点是与甲酸的释放相关的腐蚀问题。

附图说明

将易于获得对本发明更全面的理解以及它的很多附带优点，因为通过参考以下详细说明、在结合附图进行考虑时这些内容将变得更好理解，在附图中：

图1示出了穿过了根据本发明的系统的帽、沿着包括所述帽的轴线的一个竖直平面获得的一个切口的示意图；并且

图2示出了所述帽(被切成一半)的一个三维(或CAD)视图。

具体实施方式

在附图中，相同的数字参考号指代相同的或对应的部分，即：

1.一个具有螺纹部分的帽，该螺纹部分旨在被拧到储箱的加注管的一个对应的螺纹部分上(未示出)。

2.一个盖，该盖被机械地固定(以任何已知的方式，像快速连接或类似方式)到所述帽的顶部上并且赋予它足够的机械强度以在将其拧到该加注管上的过程中经受住扭矩。

3.一个膜支架，该膜支架具有一个十字形状的框架，该框架充当了用于膜的内部(非焊接的)部件的支撑件。

4.具有足够的透气性和氨耐受性的一个膜。

5.具有圆形开口的一个圆形的扁平密封件。

6.一个凹切，当将该帽安装在该加注管上时，所述述密封件可以被压紧在该凹切上。

7.一个环，在该帽的内部在该膜和该凹切之间提供了一个内部锥形表面。

很明显，鉴于以上传授内容，本发明的众多变更和变体是有可能的。因此应理解在所附权利要求书的范围内，可以按照除具体说明的之外的其他方式来实践本发明。

Claims (17)

1.一种用于储存氨前体的系统，包括：

被配置成用于容纳该氨前体的一个储箱，

由一个帽关闭的一个加注口，所述帽是可取下的以便用于重新加注该储箱；以及

位于所述帽内的一个半透膜，

其中在该帽关闭该加注口时，该半透膜被配置成阻挡来自该氨前体的液体、并被配置成允许空气和来自氨前体的蒸气从中穿过，并且其中在该帽关闭该加注口时提供了允许实质性量值的蒸气从该储箱逃逸到大气中的一个蒸气通路，这样使得该储箱的总的内部体积1除以在10mbar下穿过该半透膜的流速l/h是低于20h。

2.根据前一权利要求所述的系统，其中该储箱是由塑料材料制成的并且包括一个加注管，该加注管包括该加注口，该加注管和该帽是由塑料材料模制的并且包括对应的螺纹部分。

3.根据权利要求1所述的系统，其中该半透膜被配置成允许不大于100mbar的过压力。

4.根据权利要求1所述的系统，其中该半透膜包括在商品名下可获得的一种织物。

5.根据权利要求1所述的系统，其中该半透膜包括大小范围从0.05μm至10μm的多个开孔、并且具有从50μm至250μm的厚度。

6.根据权利要求1所述的系统，其中该半透膜是通过焊接而固定到该帽上。

7.根据权利要求1所述的系统，其中该帽包括一个本体，该本体是具有一个孔洞的一个空心部件，该孔洞限定了一个总体上圆柱形的通道，其中该半透膜是以基本上垂直于其轴线的方式进行固定的，以此占据其一个完整的截面。

8.根据权利要求7所述的系统，其中该帽包括一个膜支架，在其外围上焊接了该半透膜，所述膜支架进而被固定在该帽的本体中。

9.根据权利要求1所述的系统，其中该帽结合了一个扁平的圆形密封件，该密封件包括多个小孔口。

10.根据权利要求9所述的系统，其中该帽包括一个凹切以及一个内部锥形表面，该密封件可以被压紧在该凹切上并且该内部锥形表面在该半透膜和该凹切之间提供了一个倾斜的锥形表面。

11.根据权利要求1所述的系统，包括机械地固定到该帽的顶部上的一个盖。

12.根据权利要求11所述的系统，其中该盖包括至少一个切缝形状的开口。

13.根据权利要求12所述的系统，其中所述开口是在该盖的侧壁之中。

14.根据权利要求1所述的系统，其中穿过该蒸气通路在该半透膜下游处的压降至少是比跨过该半透膜的压降小20倍。

15.根据权利要求1到14中任一项所述的系统，其中该储箱具有由聚乙烯制成的一个壁，并且其中该帽是由聚酰胺或聚缩醛制成的。

16.根据权利要求1到14中任一项所述的系统，其中该储箱具有由高密度聚乙烯制成的一个壁，并且其中该帽是由聚甲醛制成的。

17.根据权利要求11到13中任一项所述的系统，其中该储箱具有由高密度聚乙烯制成的一个壁，并且其中该帽以及该盖是由聚甲醛制成的。