CN103672397A - 氨储存装置和装配有该装置的排气管线 - Google Patents

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Abstract

本发明提供氨储存装置和装配有该装置的排气管线。根据本发明的氨储存装置(1)包括：外壳(11)；用以吸收和解吸所述氨的固体材料(13)；和用于加热所述固体材料(13)的加热元件(15)。所述装置(1)包括置于所述外壳(11)中并且具有开孔(27)的金属泡沫(25)，所述固体材料(13)基本上包含将容纳于所述孔(27)中的具有合适尺寸的颗粒(36)。

Description

氨储存装置和装配有该装置的排气管线
技术领域
本发明一般地涉及氨储存装置，特别是用于将氨注入机动车辆排气管线的氨储存装置。
更具体地，根据第一方面，本发明涉及氨储存装置，所述装置包括：
-外壳；
-用以吸收和解吸氨的固体材料；
-用于加热所述固体材料的加热元件。
背景技术
这样的装置例如由EP2,316,558获知。该文献描述，用以吸收或解吸氨的固体材料是金属盐，例如MgCl2或SrCl2。
对于该装置，有必要有效地加热固体材料的整个质量(entire mass)，以使氨尽可能多地解吸。例如，当加热元件是由通过该装置外壳的传导来加热的电阻元件时，这不易于实现。
发明内容
在上下文中，本发明的目的在于提出允许更均匀地加热固体材料的整个质量的氨储存装置。
为此，本发明涉及前述类型的装置，其特征在于该装置包括置于所述外壳中并且具有开孔的金属泡沫(metal foam)，所述固体材料基本上包含将容纳(housed)在所述孔中的具有合适尺寸的颗粒。
金属泡沫使得可以非常有效地将热传导至置于孔中的颗粒。
当颗粒小时，加热甚至更为有效。
通常来说，金属泡沫填充外壳内部体积的大部分，优选大于75％，更优选大于90％的内部体积。
有利地，固体材料质量的至少50％容纳于金属泡沫的孔中，优选固体材料总质量的至少75％，还更优选固体材料总质量的至少90％。
金属泡沫通常呈现块的形式，所述块的形状与外壳的内部体积大体相配(conjungate)。因此，就圆柱形外壳而言，金属泡沫块的形状同样为圆柱形。金属泡沫优选地以单件构成单个块。或者，金属泡沫由若干个块构成。
所述外壳限定闭合的内部体积，具有用于排出解吸的氨的孔口(orifice)。该解吸由固体材料的加热引起。
所述孔是开放的，因为它们彼此连通，并且允许从固体材料解吸的氨逃逸到金属泡沫外侧，直至布置在外壳中的出口孔(outlet orifice)。
所述固体材料是EP2,316,558中描述的有利材料。例如，该固体材料是金属盐，例如MgCl2或SrCl2。
所述外壳通常是金属材料。例如钢或铝。或者，所述外壳由复合材料制成。
单独考虑或者根据所有技术上可能的组合考虑，所述装置还可具有以下特征中的一个或更多个。
有利地，所述泡沫是铝或铝合金泡沫。这样的材料轻质、经济效益好并且传热良好。
或者，所述泡沫并非由铝制成，而是由另一种传热良好的轻材料(例如镁)制成。
通常来说，泡沫开孔的平均直径为0.1mm至10mm。优选地，这些孔的直径为0.5mm至5mm，还更优选为1mm和2mm。
本申请中的平均直径指就金属泡沫的所有孔而言的直径统计学平均值。例如，孔的直径对应于其最大尺寸与其最小尺寸之和除以二。
如上所述，固体材料呈现固体颗粒的形式。当它们未充氨时，这些颗粒的平均直径有利地为50μm至5mm，优选60μm至500μm，通常等于100μm至200μm。当它们充满氨时，这些颗粒的直径通常为300μm至400μm。
本申请中的平均直径指整个颗粒群体的直径统计学平均值。例如，颗粒的直径对应于颗粒的最小尺寸与其最大尺寸之和除以二。
在金属泡沫的每个孔中，基于孔的尺寸和颗粒的尺寸，存在固体材料的一个或更多个颗粒。
在一个示例性实施方案中，加热元件位于筒(cartridge)的外侧。例如，加热元件是压靠外壳的电阻元件。加热元件通过经外壳的壁的传导来加热。例如，加热元件包括布置在外壳周围的一个或更多个电阻，例如电阻丝。或者，加热元件是传热流体在其中循环的双壳体。
根据另一个示例性实施方案，所述加热元件通过感应或另一种波型经外壳的壁来加热。
或者，加热元件是位于外壳内侧的电热塞(glow plug)。例如，所述电热塞沿外壳的中轴延伸，并且通过传导加热其周围的材料。所述加热元件通常包括任选地容纳在待保护体的内侧的电阻。在这种情况下，金属泡沫包含旨在接收电热塞的套(housing)。优选地，电热塞的外表面与套的内表面相接触。
或者，加热元件包括设置在外壳内侧的两个电极和电连接至这两个电极的发电机，以使电流在金属泡沫中循环。
例如，两个电极设置在外壳的两个相对的端，金属泡沫容纳在两个电极之间，并且与两个电极电接触。由此，金属泡沫构成电阻元件，将电流转化成热。在这种情况下，通常在金属泡沫与外壳之间提供绝缘层。
有利地，外部的外壳例如通过焊接刚性地固定于金属泡沫。
这可以使外部的外壳变硬，并且提高其机械耐压性。因此，例如可以降低外壳的壁厚度。
通常通过多个焊接点或线来将外部的外壳固定于金属泡沫。
这些焊接从外壳的外侧经该外壳完成。焊接线或点大体均匀地分布于外壳的整个壁。
根据一个替选实施方案，外壳是与金属泡沫成一体的皮壳(skin)。
因此，该装置的结构大大简化。换言之，外壳由金属泡沫块的外部区域(不包含孔)构成。该区域的厚度足以确保该装置的耐压性。所述皮壳在金属泡沫块的制造期间获得，或者在后续步骤期间获得，所述后续步骤由在金属泡沫块外表面的至少一部分处闭合金属泡沫块的孔组成。
根据一个替选实施方案，所述外壳限定具有多个未被金属泡沫占据的区的内部体积，所述未被金属泡沫占据的区由于被金属泡沫占据的区而彼此分离。这些区通常被固体材料填充。因此，可储存在外壳中的固体材料的量增加，可得的氨的量也增加。
或者，这些区是空的，并且充当气态氨的缓冲储存区(bufferreservoir)。
例如，所述区占内部体积的5％至50％，优选10％至30％，并且例如10％至20％。
根据第二方面，本发明涉及包括具有上述特征的氨储存装置的车辆排气管线。例如，所述车辆是汽车、多用途车辆或卡车。
排气管线通常包括SCR(选择性催化还原)催化器。氨在紧邻SCR催化器的上游以气态形式注入。在SCR催化器中，氨与NOx反应，并将其转化为N2。
附图说明
本发明的其他特征和优点将由下文中提供的其详述而明显，以下详述结合附图限制性地提供信息。在附图中：
-图1示出根据本发明的装配有氨储存装置的排气管线；
-图2示出图1的储存装置的更详细视图(横截面)，其中加热元件设置在外壳的外侧；
-图3和图4是类似于图2的视图，示出加热元件的替选实施方案；
-图5是金属泡沫块的部分的放大视图，示出金属泡沫块具有形成所述装置外壳的外部皮壳；以及
-图6是类似于图3的视图，就一个替选实施方案而言，其中金属泡沫不完全占据所述外壳的内部体积。
具体实施方式
图1示出氨储存装置1，其用以将气态氨流供应至机动车辆排气管线3。排气管线3用以捕获来自车辆的热力发动机5燃烧室的排气。所述排气管线包括SCR(选择性催化生产)催化器7。装置1在SCR催化器的上游将气态氨注入排气管线的管道9。在SCR催化器中，氨NH3与包含在排气中的NOx反应。NOx被转化为气态N2和水H2O。
装置1包括外壳11、用以吸收和解吸氨的固体材料13(示于图2至图4)中、和用于加热所述固体材料的加热元件15。外壳11限定闭合的内部体积，具有氨的出口17。元件17通过管道19与用于将氨注入排气管线的注入元件21流体连接。该装置还包括插入管道19中的计量单元23。计量单元23用以监测注入排气管线3中的氨的量。例如，该计量单元为WO2011／113454或WO2001／121196中所述的类型。
如图2所示，储存装置1包括置于外壳11中并且具有开孔27的金属泡沫25。在这些图中，孔的尺寸为了清楚起见而被放大。在所阐述的实施例中，金属泡沫呈现块的形式，其形状与外壳的内部体积大体相配。所述泡沫填充外壳中除与出口17相连的内部体积区外的整个内部体积。特别地，它在所述外壳的大部分接触外壳11。
例如，外壳11具有总体圆柱形的形状，具有管状壁29、封闭管状壁的一个下端的下底31和具有出口17并且封闭壁29的上端的上底33。金属泡沫25与下底31和壁29二者相接触。
内部体积中位于紧邻上底33之下方的区35是空的，因为其不包含任何金属泡沫。
所述金属泡沫是铝泡沫，每个延米通常包含197至1969个孔。孔的直径通常为5mm至0.5mm。
所述固体材料是金属盐，例如SrCl2。该材料是精细分离的，并且呈现许多颗粒36的形式，其尺寸适于容纳于金属泡沫的孔中。更特别地，固体材料由颗粒36构成，当颗粒36未充氨时，其平均直径为约100微米。当这些颗粒充满氨时，其平均直径为300微米至400微米。为了清楚起见，在图中，颗粒的尺寸被放大。
大部分颗粒36容纳在金属泡沫的孔27中。所述颗粒36的一小部分容纳在区35中，区35位于紧邻上底33的下方。
在图2的示例性实施方案中，加热元件15是电阻，设置在外壳11的外侧。电阻15压靠外壳11。加热元件15包括多个电阻丝，所述电阻丝分布于外壳的整个管状壁29上。
在图3的替选实施方案中，加热元件是塞37，位于外壳11的内侧。于是，金属泡沫具有套39，套39中接收塞37。例如，塞37沿外壳11的中轴延伸。它由内部的底31支持。例如，塞37包括气密体和加热电阻，加热电阻位于体的内侧。所述体传热并压靠套39的壁。
在图4的替选实施方案中，加热元件包括两个电极41、43和电连接至两个电极41、43的发电机45。两个电极41、43设置在外壳11的内侧，位于其两个相对的端。例如，电极41紧靠下底31设置，电极43紧靠上底33设置。金属泡沫25置于两个电极41、43之间，并且与两个电极41、43中的每一个电接触。当发电机45运行时，电流通过金属泡沫25由电极41循环至电极43。金属泡沫25充当电阻加热元件，并且将电流转化为热。
外壳11通过多个焊接线46(示于图3)刚性地固定于所述金属泡沫。这些线46位于壁29上。
在图5的示例性实施方案中，外壳11部分地由与金属泡沫成一体的皮壳形成。在一个示例性实施方案中，金属泡沫的皮壳构成外壳的管状壁29和下底31。皮壳由形成在金属泡沫外表面上的连续的层构成，其中金属泡沫的孔被除去。该层具有足以耐受氨的压力的厚度，而没有在层中产生任何氨可通过其逃逸的缝隙。
在这种情况下，外壳的上底33通过密封连接直接附在金属泡沫上。金属泡沫的朝向上底33的外表面区包含开孔，以使氨从金属泡沫逃逸并流入出口17。
现将参照附图6描述本发明的另一替选实施方案。在下文中将只描述该替选实施方案与图3的替选实施方案的不同之处。将使用相同的标记来指代执行相同功能的相同元件。
在图6的示例性实施方案中，由外壳限定的内部体积包括多个被金属泡沫占据的区47，和多个未被金属泡沫占据的区49。区47将区49彼此分离。它们占内部体积的约50％。区49填充有固体材料的颗粒。用于接收塞37的套39形成于一个区47中。
区49分布在内部体积的不同位置处以促进通过金属泡沫向这些区传热。
在图6的实施例中，该装置包括两个区49。更特别地，该装置包括第一环形区49，第一环形区49围绕其中容纳有电热塞37的圆柱形区47。第一区49朝向下底31布置。第二区49具有圆柱形形状并且在外壳的中央朝向上底33延伸。其被环形区47所围绕。圆柱形区47通过圆形泡沫块区连接至环形区47，从而将两个区49彼此分离。

Claims (11)

1.一种氨储存装置，所述装置(1)包括：
-外壳(11)；
-用以吸收和解吸所述氨的固体材料(13)；
-用于加热所述固体材料(13)的加热元件(15)；
其特征在于，所述装置(1)包括置于所述外壳(11)中并且具有开孔(27)的金属泡沫(25)，所述固体材料(13)基本上包含将容纳在所述孔(27)中的具有合适尺寸的颗粒(36)。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述泡沫(25)是铝或铝合金泡沫。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述孔(27)的平均直径为0.1mm至10mm。
4.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，未充氨的所述颗粒(36)的平均直径为50μm至5mm。
5.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述加热元件(15)位于所述筒(11)的外侧。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其特征在于，所述加热元件(15)包括位于所述外壳(11)内侧的电热塞(37)。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其特征在于，所述加热元件(15)包括设置在所述外壳(11)内侧的两个电极(41、43)和连接至所述两个电极(41、43)的发电机(45)，以在所述金属泡沫(25)中循环电流。
8.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述外部的外壳(11)例如通过焊接刚性地固定于所述金属泡沫(25)。
9.根据权利要求1至7中任一项所述的装置，其特征在于，所述外壳(11)的至少一部分是与所述金属泡沫(25)成一体的皮壳。
10.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述外壳(11)限定内部体积，所述内部体积具有多个未被所述金属泡沫(25)占据的区(49)，并且所述区(49)由被所述金属泡沫(25)占据的区(47)彼此分离。
11.一种车辆排气管线(3)，其包括根据前述权利要求中任一项所述的氨储存装置(1)。
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