CN103470348B - 用于产生氨的设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于处理内燃机的排气、尤其是机动车内燃机排气的氨发生设备，氨发生设备包括：储存器（8），该储存器（8）容纳能够通过解吸附来释放氨的本体；加热装置，该加热装置定位在储存器内部以加热容纳在储存器（8）中的本体（6），该加热装置包括呈长形的热发生元件（16）。根据本发明，加热装置还包括至少一个热传递装置（18），该热传递装置（18）沿着热发生元件（16）的轴向方向布置并且在热发生元件的径向方向上延伸。

Description

用于产生氨的设备
技术领域
本发明涉及一种产生用于内燃机排气、尤其是对机动车内燃机排气处理的氨的设备，并涉及将该设备再生的方法和这种设备的用途。
更具体地，本发明涉及一种发生设备，该发生设备包括：
-储存器，该储存器包括通过解吸附能够释放氨的本体；
-加热装置，该加热装置定位在储存器内部以加热包括在储存器中的本体，该加热装置包括呈长形的热发生元件；
-排出装置，该排出装置用于排出由所述本体解吸附的气体。
背景技术
文件DE102009047338描述了一种用于产生氨的设备，该设备包括储存器，该储存器被分成两个部分：通过释放氨的控制装置连接至排气管路而构成的第一中央储存器和计量阀以及第二储存器。第一中央储存器具有比第二储存器小得多的尺寸。每个储存器均包括不同的氨储存元件，每个元件均能在解吸附反应之后释放还原剂。第一中央储存器完全定位在第二储存器内部，并且经由诸如止回阀之类的开关阀连接至第二储存器。
此外，热发生元件定位在第一中央储存器内部。
第一中央储存器与第二储存器彼此热连接，使得当热发生元件启动时，热量传递至第二储存器。
不管车辆的运行状态如何，该氨发生设备在满足重新供应足够还原剂目标的同时，限制了用于释放容纳在储存元件中还原剂所需要的能量，储存元件分别存在于第一中央储存器与第二储存器中。
然而，这种氨发生设备应用复杂，并且可能具有操作不确定性，尤其当热发生元件所产生的热量不足以使第二储存器中产生解吸附反应时，例如在车辆低速时以及在热发生元件的通电持续时间不足时。
发明内容
根据本发明的氨发生设备具有如下的目的：通过提出一种对容纳在储存器中的本体进行有效加热的装置而找出这些缺点的解决方案，甚至解决当在热发生元件生热时间过短时的问题。
根据本发明的氨发生设备还具有对所需能源要求低及应用简便等优点。
为此，本发明的对象是一种前述类型的氨发生设备，其特征在于，加热装置还包括至少一个热传递装置，该热传递装置沿着热发生元件的轴向方向布置、在热发生元件的径向方向上延伸，并且排放装置包括延伸至每个热传递装置内部的管道，用于收集在伴随解吸附反应所释放出的气体。
根据其他实施方式，氨发生设备可以包括以下特征中的一个或数个特征，这些特征可单独采用或根据所有的技术上可能性而组合采用：
-每个热传递装置可以呈平板形并且可沿平行于热发生元件纵向轴线延伸；
-每个热传递装置均可在热发生元件的整个长度上延伸；
-该设备可以包括至少两个热传递装置，并且热发生元件可以大致定位在加热装置的中央；
-排出装置可以包括多个孔口，所述多个孔口将管道连接至储存器的环绕热传递装置的空间；
-能够释放氨的本体可以是固体元件，例如盐；
-能够释放氨的本体可以呈圆片的形状，对于圆片而言，其外径形状与储存器的内壁相匹配；
-储存器可以是气密的，并且可以包括用于释放氨的控制装置；
-储存器可以大致呈圆筒形，每个热传递装置可以呈平板形，每个热传递装置的宽度均大致等于储存器直径的四分之一；
-该设备可包括附接装置，该附接装置确保热发生元件的每个端部位置均保持在储存器的壁上；
-附接装置可以构成将电力供应至热发生元件的电连接器。
本发明还涉及一种用于将本发明的设备进行再生的方法，其特征在于，该方法包括氨注入步骤，以用氨使定位在储存器内部的本体再饱和，所注入的氨在排出装置中或在储存器壁中制成的循环通道中进行循环。
此外，再生方法可以包括以下一个或多个特征，这些特征可单独采用或根据所有技术上可能而组合采用：
-注入的氨可以呈液态形式；
-设备再生期间，氨可在将氨从储存器排出的装置与将氨注入至储存器中的装置之间的闭合回路中循环。
-再生所使用的氨可包括在–17°C与+10°C之间的温度范围。
本发明还涉及根据本发明的设备的用途，用于制造对内燃机的排气、尤其是机动车内燃机的排气进行处理的排气通路。
附图说明
通过参照附图，阅读作为示例给出的以下描述之后，本发明将得到更进一步的理解，在附图中：
-图1为根据第一实施方式的氨发生设备的截面图；
-图2为意图定位在图1中所示出氨发生设备内部的加热装置的立体图；
-图3为处于氨发生设备充氨步骤期间的、根据第二实施方式的氨发生设备的截面图；
-图4为根据第三实施方式的氨发生设备的局部立体图；以及
-图5为根据第四实施方式的氨发生设备的截面图。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的氨发生设备2，该氨发生设备2能够容纳可以通过解吸附来释放氨的元件，在该设备的内部设置有加热装置4。
如随后进行的详细描述，加热装置4用于加热例如氨饱和盐6，以便其伴随解吸附反应释放氨气。所释放的氨可以用作还原剂处理内燃机排气、尤其是机动车内燃机排气中所含的氮氧化物。
在解吸附反应中释放氨的储存材料可以对应于专利申请WO2008/077652中所描述的材料中的一种。该材料从诸如已知作为金属胺复合物、并且具有分子式Ma（NH3）nXz的材料组中选择，其中，M是从诸如锂（Li）、钠（Na）、钾（K）或铯（Cs）之类的碱金属，诸如镁（Mg）、钙（Ca）、锶（Sr）之类的碱土金属和/或诸如钒（V）、铬（Cr）、锰（Mn）、铁（Fe）、钴（Co）、镍（Ni）、铜（Cu）或锌（Zn）之类的过渡金属或诸如NaAl、KAl、K2Zn、CsCu或K2Fe之类的这些金属组合物中所选的一个或数个阳离子，X是从包括氟化物、氯化物、溴化物、碘化物、硝酸盐、硫氰酸酯、硫酸盐、钼酸盐、磷酸盐离子中所选的一个或数个阴离子，a是每个盐分子中阳离子的数量，z是每个盐分子中阴离子的数量，n是包括2与12区间的配位指数。例如，构成筒的材料是Mg（NH3）6Cl2、Sr（NH3）8Cl2或另外的Ca（NH3）8Cl2或这些元素的混合物。
氨发生设备2包括气密储存器8，该气密储存器8能够储存氨饱和盐，作为例子，氨饱和盐可以呈圆片形。如在图1中所示出的，气密储存器8大致呈圆筒形，并且可以优选地由塑料材料制成以保证良好的隔热性。优选地，每个圆片的外径形状均与储存器的内壁相匹配。
优选地，氨发生设备2还包括外部壳体10，其内部设有气密储存器8。该外部壳体10优选由金属制成。
储存器8和外部壳体10各自包括保持装置（图中未示出），从而将储存器8保持在外部壳体10内部的合适位置，以避免储存器8在外部壳体10内部发生任何相对运动。
加热装置4包括热发生器12和用于将伴随解吸附反应所释放氨气排出的装置14。
热发生器12由热发生元件16和至少一个热传递装置18构成。
热发生元件16连接至电力供应装置（图中未示出），诸如一对导线，从而使热发生元件16加热容纳在储存器8中的氨饱和盐6。此外，热发生元件16也可连接至一个电子控制单元（ECU）（图中未示出），从而提供所述元件的通电控制，并且由此控制氨气释放。
如图所示，热发生元件16呈长形、优选为大致圆柱形，并且延伸至储存器8中，使其轴线沿平行于储存器8的纵向轴线方向延伸。优选地，热发生元件16的轴线与储存器8的纵向轴线重合。
在所示示例中，热传递装置18的数量为4个。每个热传递装置均呈平板形，并在沿热发生元件的径向方向上延伸。
优选地，每个热传递装置18沿在热发生元件16的整个长度延伸。
每个热传递装置18沿平行于热发生元件16纵向轴线方向延伸。
优选地，每个热传递装置18和热发生元件16的长度大致与储存器8的长度相同。
每个热传递装置均由高导热性材料构成。然而，所选材料应当在氨中不氧化。构成每个热传递装置的材料可以是例如铝材，尤其是挤出型铝。
在此例中数量为4的热传递装置18全部围绕热发生元件16规则地分布。因此，它们彼此相隔90°的角度。
在图1和图2中的典型实施方式中，当热传递装置18的数量是4时，每个热传递装置18的宽度大致等于储存器直径的四分之一。
当然，根据所选实施方式，热传递装置18的数量可以不同，典型的可以包括在2个与6个之间。该数量的选择特别取决于储存器8的直径。
优选地，每个热传递装置18具有大致相同的尺寸。因此，当热传递装置18的数量大于2时，热发生元件16优选定位在热发生器12的中央。
构成热传递装置18的每个板包括内部管道20和孔口22，该内部管道20用于伴随解吸附反应所释放氨气的循环，孔口22将内部管道20连接至储存器8环绕所述板的空间。这些孔口22沿着板规则地分布，形成使氨循环的装置，尤其是形成将氨气引入内部管道20的装置，并构成用于向容纳在储存器8中的盐供应氨的装置，随后将对此进行详细描述。
管道20可由热传递装置在挤压成型时获得或通过模制获得。也可是，，由机械加工制成，管道20是全空的。
由此，管道20和孔口22构成用于将所释放氨排出的装置14。
此外，储存器设置有用于释放氨的控制装置24，该控制装置24由连接至管道20的通道26构成，朝向用于将氨扩散至车辆的排气管的装置，所述释放装置穿过外部壳体10。
优选地，通道26内部设有止回阀28。
在一优选实施方式中，阀28包括由磁性材料制成的球体30。因此，当操作者希望再次使盐达到重新氨饱和时，可以从氨发生设备2的外侧以与阀成直角的方向抵着外部壳体10的壁用磁体来移动磁性球体，以保持通道打开，下面还将对此进行更具体地描述。
从这开始，将对氨发生设备的操作过程进行描述。
当ECU检测到内燃机的排气处理需要加氨时，，ECU就会对热发生元件16发出通电指令。
由热发生元件16产生的热量通过构成该元件材料的良好热传导性扩散至热传递装置，然后扩散至环绕所述热发生器12的饱和盐6。这时，解吸附反应被触发，从而包含在盐6中的氨开始被释放出来，这样把包含在盐6中的氨从盐中解吸附出来。
然后，被释放的氨经由孔口22在内部管道20中自由循环，然后进入通道26，由此使氨气从储存器8经由止回阀朝排气管方向释放。
当车辆的排气处理不再需要将氨注入至车辆排气管时，ECU发出停止对热发生元件16供电的指令，结果是氨的产生被快速停止，因为解吸附反应仅在热量的作用下发生。
有利地，氨发生设备2具有能够一次或数次重新充氨的优点，只要保留于储存器8中的盐的氨含量不足时就可以再充。
为此，当要再次使位于储存器8中的盐重新饱和时，用一块磁体以与阀28成直角的方向置靠于外部壳体10的壁上，以移动由磁性材料制成的球体30，从而将氨引入通道26中，通道26在球体30移动之后打开。通过注入装置（图中未示）引入至通道26中的氨优选的呈低温液态形式，低温优选地包括–17°C与+10°C之间的温度。然后，通过经由每个热传递装置18的内部管道20和孔口22进行的循环注入的氨，从而使位于储存器8中的盐重新达到饱和。
通过盐进行的氨吸附反应是放热反应，只要盐的温度达到一个阀值该吸附反应就会被阻止。
再生期间低温注入液态氨的方法具有能对必须吸附氨的盐进行永久冷却的优点。通过这种冷却，可以限制在吸附期间所产生的热量，因此增加盐中捕获的氨量。
液态氨的过量部分可以通过为此专门设置的排出装置排出。这样就可以在排出装置与将氨注入至储存器中装置之间形成一个进行氨循环的闭合回路，这种循环还可用以对装置冷却的改善，如上所述，这对于氨的吸附是有利的。
根据如图3中所示出的替代实施方式，氨的排出可以通过用于释放氨的控制装置24来实现，在此方式下，用于为储存器进行充氨的装置要由不同的供应通道32完成。
根据如图4中所示的替代实施方式，储存器8的壁也可以被配置用来将液态氨引入盐内。此方式下，壁可以包括与液态氨入口连通的、带有小孔的循环通道34——本例中其数量为4，以使氨在盐中循环并且使其重新饱和。液态氨的过量部分通过排出装置14排出。
此外，如图5中所示出，氨发生设备可设置附接装置36，该附接装置36用于确保热发生元件16的每个端部均保持在气密储存器8的位于其侧端部的每个闭合杯状部38上。这些附接装置36通常包括意在与热发生元件16配合的凸耳螺栓/螺母组件。这些附接装置36具有使位于储存器中的盐片形成紧凑组件的优点。在该典型实施方式中，储存器由金属制成，而外部壳体由绝缘材料制成，优选地由塑料材料制成。此外，这些附接装置36构成为对热发生元件16供电的电连接器。在该典型实施方式中，闭合的杯状部38与储存器的侧壁之间的密封用垫圈式密封装置实现。
这种发生设备应用简便且成本有限。
根据本发明的发生设备具有能使容纳在储存器中的全部盐快速加热、并由此使氨气充分释放、而同时能够限制所需能量的优点。加热的速度取决于加热装置中热传递装置的数量以及尺寸。
此外，根据本发明的发生设备提供了有效排出被释放氨的可能性以及将氨有效地引入至车辆排气管中氨扩散装置的可能性。
此外，如先前描述，根据本发明的氨发生设备具有在能从车辆的外侧接触到该设备的情况下不需拆卸即可容易地进行再生的优点。这使得经销商处的备用部件处理得到简化。

Claims (21)

1.一种用于处理内燃机排气的氨发生设备，所述氨发生设备包括：
-储存器(8)，所述储存器(8)容纳能够通过解吸附来释放氨的本体；
-加热装置，所述加热装置定位于所述储存器内部，用以加热容纳在所述储存器(8)中的所述本体(6)，所述加热装置包括呈长形的热发生元件(16)；
-排出装置(14)，所述排出装置(14)用以排出由所述本体解吸附的氨；
其特征在于，所述加热装置还包括至少一个热传递装置(18)，所述至少一个热传递装置(18)沿着所述热发生元件(16)的轴向方向布置，并且在所述热发生元件的径向方向上延伸，所述排出装置(14)包括管道(20)，所述管道(20)在每个热传递装置(18)内部延伸，用于收集伴随解吸附反应之后所释放的气体，
其中，所述储存器设置有用于释放氨的控制释放装置(24)，该控制释放装置(24)包括流体连接至所述管道(20)的通道(26)，所述控制释放装置(24)的放置使得其穿过所述储存器(8)的外部壳体(10)。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述内燃机排气是机动车内燃机排气。
3.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，每个热传递装置(18)均呈平板形，并且沿平行于所述热发生元件(16)的纵向轴线方向延伸。
4.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，每个热传递装置(18)均在所述热发生元件(16)的整个长度上延伸。
5.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，每个热传递装置(18)均在所述热发生元件(16)的整个长度上延伸。
6.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述设备包括至少两个热传递装置(18)，并且所述热发生元件(16)大致定位在所述加热装置的中央。
7.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述排出装置(14)包括多个孔口(22)，所述多个孔口(22)将所述管道(20)连接至所述储存器环绕所述热传递装置的空间。
8.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，能够释放氨的所述本体是固体元件。
9.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，所述固体元件是盐。
10.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，能够释放氨的所述本体呈圆片形，所述圆片的外径形状与所述储存器的内壁相匹配。
11.根据权利要求9所述的设备，其特征在于，能够释放氨的所述本体呈圆片形，所述圆片的外径形状与所述储存器的内壁相匹配。
12.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述储存器(8)是气密的。
13.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述储存器呈大致圆筒形，并且每个热传递装置(18)均呈平板形，每个热传递装置(18)的宽度大致等于所述储存器直径的四分之一。
14.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述设备包括附接装置(36)，所述附接装置(36)用于确保所述热发生元件(16)的每个端部均保持在所述储存器壁上的合适位置。
15.根据权利要求14所述的设备，其特征在于，所述附接装置(36)构成对所述热发生元件(16)供电的电连接器。
16.一种用于将根据权利要求1至15中任一项所述设备再生的方法，其特征在于，所述方法包括注入氨以使定位在所述储存器中的所述本体重新氨饱和的步骤，所注入的氨在所述排出装置中或在设置于所述储存器壁中的循环通道中循环。
17.根据权利要求16所述的再生的方法，其特征在于，所注入的氨呈液态形式。
18.根据权利要求16或17所述的再生的方法，其特征在于，在所述设备再生期间，所述氨在将所述氨从所述储存器排出的装置与将所述氨注入所述储存器中的装置之间的闭合回路中循环。
19.根据权利要求16所述的再生的方法，其特征在于，再生中使用的所述氨的温度包括范围在–17℃与+10℃之间的温度。
20.根据权利要求1至15中任一项所述的设备的用途，用于制造处理内燃机的排气的排气管路。
21.根据权利要求20所述的设备的用途，其中，所述内燃机为机动车辆的内燃机。
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