CN106573199A - 在车辆上使用和用催化剂分解氨母体的模块 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种用于在车辆上使用的模块(100)。该模块包括加热器(50)和至少一个第一存储隔室和至少一个第二存储隔室(10；20；30；40；20’；40’)。第一隔室至少部分地围绕加热器(50)，并且第二隔室至少部分地围绕第一隔室。第一隔室被配置为用于在第一温度范围中实现第一功能，并且第二隔室被配置为用于在第二温度范围中实现第二功能，所述第二温度范围低于所述第一温度范围。第一隔室与第二隔室流体连通。第一和第二功能中的一个功能是接收氨母体溶液，并用催化剂分解该氨母体以生成氨溶液。

Description

在车辆上使用和用催化剂分解氨母体的模块
技术领域
本发明涉及一种在车辆上使用和用催化剂分解氨母体溶液的模块、包括这种模块的储箱、包括这种模块的SCR系统，以及包括这种模块的燃料电池系统。
背景技术
存在用于给车辆的排放线提供氨以减少NOx排放的现有技术系统。SCR(SelectiveCatalytic Reduction，选择性催化还原)工艺被用于将来自于车辆发动机的排放气体的氮氧化物转换成双原子氮和水。SCR工艺允许通过将还原剂，一般为氨，注入排放线来减少氮氧化物。该氨可以通过使用不同的技术来获得。
一种已知技术基于对氨母体例如尿素水溶液的使用。这样的尿素溶液一般存储在安装在车辆上的容器中。用催化剂来从氨母体溶液生成氨。在本申请人名下的专利申请WO2015032811和WO 2014095894中披露了这样的系统，这些专利申请的内容通过引用被包含在本说明书中。
发明内容
本发明的实施方式的目的在于提供一种降低用催化剂分解氨母体溶液所需的热消耗的多功能模块。
根据本发明的第一方面，提供了一种用于在车辆上使用的模块。该模块包括加热器和至少一个第一存储隔室和至少一个第二存储隔室。第一隔室至少部分地围绕加热器，并且第二隔室至少部分地围绕第一隔室。第一隔室被配置为用于在第一温度范围中实现第一功能，并且第二隔室被配置为用于在第二温度范围中实现第二功能，所述第二温度范围低于所述第一温度范围。第一隔室与第二隔室流体连通通。所述第一和第二功能中的一个功能是接收氨母体，并用催化剂分解该氨母体以生成氨溶液。
通过具有至少两个围绕加热器布置的隔室，这些隔室的设计和体积能够被优化以在隔室中获得对于分解氨母体和对于输入和/或输出缓冲或对于在先前或在后处理合适的温度，同时与使用相邻隔室的现有技术实施方式相比减小了所需的热量。如果另一隔室仅是缓冲隔室，那么该隔室优选地是第二隔室。如果另一隔室是分离器隔室，那么该另一隔室优选地是第一隔室，这是因为分离通常要求比分解更高的温度。
在附属权利要求中披露了优选实施方式。
在一个优选实施方式中，所述第一和第二功能中的另一功能是在氨母体溶液进入实现所述一个功能的隔室之前模块氨母体溶液，和/或模块离开实现所述一个功能的所述隔室的所生成的氨溶液。换句话说，该另一功能可以是在先或在后处理功能例如分离功能的在先或在后缓冲功能。
在一个优选实施方式中，加热器在第一隔室中延伸，优选地在第一隔室中央延伸。由此，能够在第一隔室中获得良好的热量分布，其中，热量进一步从第一隔室散布到第二隔室。
在一个优选实施方式中，第一隔室具有外周边壁，例如圆柱形外壁，并且第二隔室围绕第一隔室的该外周边壁。第一隔室的外周边壁可以对应于第二隔室的内周边壁。
根据一个示例性实施方式，所生成的氨溶液包括氨、二氧化碳和水，所述一个分解功能是第二功能，并且第一功能是分离所生成的氨溶液。优选地，所生成的氨溶液被分离成第一富含氨的部份和富含二氧化碳的部份；所述第一富含氨的部份包含比所述溶液更小的二氧化碳重量百分比，所述富含二氧化碳的部份包含比所述溶液更小的氨重量百分比。这样的分离过程通常要求比分解过程更高的温度。因此，有利之处在于在第一隔室中实现分离，并在第二隔室中实现分解。在本申请人名下的欧洲专利申请EP 14163101.0中披露了一种可行的分离过程，该专利申请的内容通过引用被包含在本说明书中。
在本发明的一个进一步细化的实施方式中，所述模块还包括至少部分地围绕第二隔室的输出缓冲隔室，所述输出缓冲隔室与第一隔室流体连通并被配置为用于模块离开所述第一隔室的富含氨的部份。替代地或附加地，该模块可以还包括至少部分地围绕第二隔室的输入缓冲隔室，所述输入缓冲隔室与第二隔室流体连通并被配置为用于在氨母体溶液进入第二隔室之前模块氨母体溶液。输入缓冲器可以围绕输出缓冲器，或者输出缓冲器可以围绕输入缓冲器。替代地，一个围绕隔室可以包括输入缓冲室和输出缓冲室，例如参见图1D。
在一个替代性实施方式中，所述一个分解功能是在第一隔室中实现的第一功能，并且在第二隔室中实现的所述第二功能是缓冲功能。这可以是用于氨母体溶液的输入缓冲功能，或氨溶液的输出缓冲功能。
在一个优选实施方式中，所述模块还包括被配置为连接至少所述第一和第二隔室的阀门单元。而且，该模块可以包括控制模块，该控制模块被配置为用于这样地控制该阀门单元和加热器，以使得所述一个功能包括在时间上重复的时刻在输出所生成的氨溶液的同时接收新鲜的氨母体溶液；并且使得所述另一功能包括在氨母体溶液进入所述一个隔室之前接收氨母体溶液和/或接收离开所述一个隔室的所生成的氨溶液。
在一个具有分离功能的优选实施方式，该控制模块被配置为用于这样地控制阀门单元和加热器，以使得所述第一隔室中的氨溶液被加热到第一温度(T3)；并且，所述第二隔室中的氨母体溶液被加热到低于所述第一温度的第二温度(T1)。所述第二温度可以处于从40到60摄氏度的范围中，并且所述第一温度可以处于从70到95摄氏度、优选地从80到90摄氏度的范围中。
在一个具有输出缓冲隔室的优选实施方式中，阀门单元被配置为用于使输出缓冲隔室与第一隔室连接；和/或用于使输入缓冲隔室与第二隔室连接。更具一般性地，阀门单元可以被配置为用于根据需要来连接各个隔室，其中可以添加一个或更多个泵或其它转移装置，以将流体从一个隔室转移到另一隔室或者从氨母体储箱转移出或转移到氨母体储箱。
控制模块可以被配置为用于控制所述阀门单元和/或所述一个或更多个泵或其它转移装置。在一个具体实施方式中，控制模块被配置为用于这样地控制阀门单元以使得在分离和分解步骤之后，富含氨的部份从第一隔室被转移到输出缓冲隔室，氨溶液从第二隔室被转移到第一隔室，并且氨母体溶液被转移到第二隔室。控制模块可以还被配置为用于这样地控制所述阀门单元以使得在分离和分解步骤之后，氨母体溶液被转移到输入缓冲隔室，并且氨母体溶液从所述输入缓冲隔室被转移到所述第二隔室。
在一个优选实施方式中，每个隔室都具有圆柱形内壁和外壁。优选地，第一和第二隔室是围绕加热器同心的。
本发明的实施方式的一个典型应用在于用于用酶作为催化剂将氨母体转换成氨。所生成的氨被用于排放气体的选择性催化还原(Selective Catalytic Reduction，SCR)(Nox还原)、用作燃料电池的燃料、或用于车辆上的其它应用。
在一个优选实施方式中，氨母体溶液是并且催化剂适于分解该氨母体溶液以生成氨。在一个优选实施方式中，催化剂是生物催化剂。该生物催化剂优选地是处于固态形式的催化剂组合物，例如处于固态形式的酶。优选地，酶被固定在载体上。酶可以被固定在各种载体上，包括合成聚合物、生物聚合物、水凝胶和无机载体。生物聚合物的例子例如是明胶，多糖诸如纤维素、淀粉、琼脂糖、壳聚糖和藻酸盐。无机载体的例子有氧化铝、二氧化硅、沸石和中孔性二氧化硅。一种合适的方法是通过二氧化硅成粒来固定。这可以会导致逐渐地从载体移除酶。替代地，固定是通过包埋在溶胶-凝胶基质中来实现的，溶胶-凝胶基质例如通过四乙氧基硅烷和其它硅烷的水解聚合来制备的二氧化硅溶胶-凝胶。改性溶胶-凝胶也已知为干凝胶、环境干燥的气凝胶、气凝胶。溶胶-凝胶可以被设计为具有大的表面面积和多孔的体积，并具有空心的球状形态以及亲水性表面。胶囊和/或其它固体形式优选地具有在10微米到10厘米、优选地1毫米到1厘米的范围中的直径。胶囊可以是基于微胶囊化的，包括多个珠体，酶在载体上固定在基质中。该基质在此可以被优化以能够根据反应媒质的pH值而缓慢地溶解，从而获得改性释放胶囊。在一个优选实施方式中，使用不分解或至少不显著地分解的胶囊。载体优选地是多孔体，并且酶合适地位于所述多孔体内部的表面处。在一个示例性实施方式中，催化剂是尿素酶。该催化剂适于转换氨母体，例如尿素。合适地，尿素酶被固定在生物聚合物载体上。对这样的载体的使用导致改善的稳定性。合适的固体载体的一个例子例如是合成聚合物，例如聚苯乙烯、EVOH、尼龙-6等等。载体的其它例子有碳氢化合物，例如壳聚糖、葡聚糖和琼脂糖；多孔纳米颗粒，例如二氧化硅；明胶；以及，藻酸盐。对壳聚糖的使用被认为是非常合适的，这是因为壳聚糖倾向于将尿素酶的最优pH值提高到更高的pH值，导致氨母体组成(例如溶液)中的最优活性。在一个示例性实施方式中，催化剂是以固体形式来提供的。该固体形式可以是粉末或压缩成一个或更多个弹丸、粒料或珠体的粉末。替代地，催化剂可以是以胶囊、丸或筒的形式来提供的。在其它示例性实施方式中，催化剂可以是以液体形式来提供的。在一个具体实施方式中，催化剂可以是作为处于固体外壳诸如筒、胶囊等内的液体组合物来提供的。在一个示例性实施方式中，催化剂(固体或液体)可以被封装。在第一示例性实施方式中，催化剂可以设有覆层以维持完整性，避免催化剂和/或其成分被污染。在另一示例性实施方式中，催化剂可以设有封装该催化剂的水凝胶。在一个示例性实施方式中，使用固体基质，催化剂被固定在该固体基质上。合适的固体基质的例子有：合成聚合物，例如聚苯乙烯、EVOH、尼龙-6及相似材料；碳氢化合物，例如壳聚糖、葡萄糖和琼脂糖；多孔纳米颗粒，例如二氧化硅。
根据另一方面，提供了一种储箱，该储箱包括上述实施方式中任一个的模块，所述模块被集成到该储箱中或该储箱的壁中或壁上。这可以例如是底壁或顶壁。模块可以被配置为用于允许存储在储箱中的氨母体溶液被转移到所述第一和第二隔室中的一个隔室，该转移任选地是经由所述第一和第二隔室中的另一个实现的。在一个优选实施方式中，该模块包括接近模块底部的入口，并且该模块被布置在储箱中。
根据另一方面，提供了一种车辆用SCR系统，该系统包括根据上述实施方式中任一个的模块。
根据另一方面，提供了一种燃料电池系统，该系统包括根据上述实施方式中任一个的模块。
根据另一方面，本发明涉及将根据上述实施方式中任一个的模块用于车辆中，并涉及一种包括这样的模块的车辆。
附图说明
附图是用于示出本发明目前优选的非限制性示例性设备实施方式的。由以下详细说明，当结合附图阅读时，本发明的特征和主题的以上和其它优点将变得更明显，并且将更好地理解本发明，在附图中：
图1A、图1B、图1C和图1D示出本发明的模块的四个示例性实施方式的透视图；
图2A、图2B和图2C示出具有集成的根据本发明的模块的储箱的三个示例性实施方式的示意性横截面；
图3是本发明的模块的一个具有四个隔室的示例性实施方式的示意性横截面；
图4是本发明的模块的一个具有三个隔室的示例性实施方式的示意性横截面；
图5是本发明的模块的一个具有放大了的输出缓冲器的示例性实施方式的示意性横截面；
图6是一个具有本发明的模块和额外的存储容量的储箱的示例性实施方式的示意性横截面；
图7是本发明的模块的一个具有额外的酶存储的示例性实施方式的示意性横截面。
具体实施方式
图1A示出了一个用于在车辆上使用的模块100的示例性实施方式，用于用催化剂分解氨母体AP。模块100包括加热器50、第一存储隔室10和第二存储隔室20。第一隔室10被布置为围绕加热器50，并且第二隔室20被布置为围绕第一隔室10，使得在所述加热器50被操作时，第一和第二隔室处于递减的温度T1、T2，T2<T1。第一隔室10被配置为用于接收氨母体溶液AP，并用于用催化剂和来自于加热器50的热量分解氨母体溶液AP以生成氨溶液A1。第二隔室20与第一隔室10流体连通，并被配置为用于模块离开第一隔室10的所生成的氨溶液A1。第二隔室20起到输出缓冲隔室的作用。当需要氨溶液时，例如用于供给燃料电池或SCR系统，氨溶液能够从输出缓冲隔室20被转移到燃料电池或SCR系统，见箭头A2。
图1B示出了另一用于在车辆上使用的用于用催化剂分解氨母体AP的模块100的示例性实施方式。模块100包括加热器50、第一存储隔室30和第二存储隔室10。第一隔室30被布置为围绕加热器50，并且第二隔室10被布置为围绕第一隔室30，使得当所述加热器50被操作时，第一和第二隔室处于递减的温度T3、T1，T1<T3。第二隔室10被配置为用于接收氨母体溶液AP，并用于用催化剂和来自于加热器50的热量分解氨母体溶液AP以生成氨溶液A。所生成的氨溶液包括氨、二氧化碳和水。第一隔室30被配置为用于将所生成的氨溶液A分离成第一富含氨的部份和富含二氧化碳的部份；所述第一富含氨的部份AR包含比所述溶液更小的二氧化碳重量百分比，所述富含二氧化碳的部份包含比所述溶液更小的氨重量百分比。当需要所述部份AR时，例如用于供给燃料电池或SCR系统，该部份能够从第一隔室30被转移到燃料电池或SCR系统。在所示出的实施方式中，第一隔室具有单一出口。然而，本领域的技术人员可以理解，两个出口也是一个可选的方案。出口的数量通常取决于所实施的分离过程。如果使用单一出口，例如可以首先去除CO2(气态的)，然后通过同一出口转移剩下的NH3。
图1C示出了一个用于在车辆上使用的模块100的示例性实施方式，用于用催化剂分解氨母体溶液AP。模块100包括加热器50、第一存储隔室10和第二存储隔室40。第一隔室10被布置为围绕加热器50，并且第二隔室40被布置为围绕第一隔室10，使得当所述加热器50被操作时，第一和第二隔室处于递减的温度T1、T2，T2<T1。第二隔室40被配置为用于模块氨母体溶液AP，并与第一隔室10流体连通，见箭头AP2。第二隔室40起到输入缓冲隔室的作用。第一隔室10被配置为用于接收氨母体溶液AP2，并用于用催化剂和来自于加热器50的热量分解氨母体溶液AP2以生成氨溶液A。当需要氨溶液A时，例如用于供给燃料电池或SCR系统，该氨溶液能够从第一隔室10被转移到燃料电池或SCR系统。
图1D示出了一个用于在车辆上使用的模块100的示例性实施方式，用于用催化剂分解氨母体AP。模块100包括加热器50、第一存储隔室10和具有两个次级隔室20’、40’的第二存储隔室。第一隔室10被布置为围绕加热器50，并且第二次级隔室20’、40’被布置为围绕第一隔室10，使得当所述加热器50被操作时，第一和第二隔室处于递减的温度T1、T2/T2’，T2、T2’<T1。第二次级隔室40’被配置为用于模块氨母体溶液AP1，并与第一隔室10流体连通，见箭头AP2。第二次级隔室40’起到输入缓冲隔室的作用。第一隔室10被配置为用于接收来自于输入缓冲隔室40’的氨母体溶液AP2，并用于用催化剂和来自于加热器50的热量分解氨母体溶液AP2以生成氨溶液A1。第二次级隔室20’与第一隔室10流体连通，并被配置为用于模块离开第一隔室10的所生成的氨溶液A1。第二次级隔室20’起到输出缓冲隔室的作用。当需要氨溶液时，例如用于供给燃料电池或SCR系统，氨溶液能够从输出缓冲隔室20’被转移到燃料电池或SCR系统，见箭头A2。
尽管没有在图1A至图1D中示出，本领域技术人员可以理解，模块100可以还包括被配置为用于连接第一和第二隔室的阀门单元，以及被配置为用于控制该阀门单元和加热器的控制模块。优选地，该控制是这样的以使得在时间上的重复时刻，隔室10在输出所生成的氨溶液的同时接收新鲜的氨母体溶液，并使得隔室20、20’、30在氨母体溶液进入隔室10之前接收氨母体溶液或使得隔室40、40’接收离开隔室10的所生成的氨溶液。
图2A、图2B和图2C示出了模块100可以被集成到储箱200中(图2A)或储箱200的壁中或壁上。这可以是储箱200的底壁、顶壁或侧壁。模块100被配置为用于允许存储在储箱200中的氨母体溶液被直接转移到隔室10(图1A和图1B的实施例)或被转移到输入缓冲隔室40、40’(图1C和图1D的实施方式)。
图3示出了本发明的模块100的一个具有四个围绕加热器50的隔室30、10、20、40的示例性实施方式。隔室30、10、20、40对应于四个圆形且同心的室3、2、4和1。模块100用于被安装在充装有氨母体溶液的储箱中或与充装有氨母体溶液的储箱相邻处(储箱未在图3中示出)，其中所述氨母体溶液通常是满足ISO 22241标准规格并包含32.5±0.7重量百分比尿素的流体。
外隔室40由圆柱形外壁41和圆柱形内壁42限定。圆柱形外壁41的直径比圆柱形内壁42的直径大。外隔室40对应于室1，该室构成接收来自于储箱的氨母体溶液的输入缓冲器。
室1中的氨母体溶液被运载到室2，该室对应于第二隔室10。第二隔室10具有圆柱形外壁11和圆柱形内壁12。圆柱形内壁11的直径比圆柱形内壁12的直径大。室2被用作用于用催化剂(例如诸如酶的生物催化剂)转换氨母体溶液以产生包括氨的流出产物的转换单元。在酶的例子中，酶可以以粒料的形式被固定，并可以通过例如在模块的顶部或底部的盖件(未示出)被放入室2。
来自于室2的流出产物被运载到室3中，该室对应于第一隔室30。第一隔室具有圆柱形外壁31。加热器50被中央地布置在第一隔室30中。室3作为分离单元地工作。分离可以包括将流出产物(在室2中产生的)转换成具有低碳酸盐浓度的氨水溶液。
该具有低碳酸盐浓度的氨水溶液被运载到室4中，该室对应于第三隔室20。第三隔室20具有圆柱形外壁21和圆柱形内壁22。圆柱形外壁21对应于外隔室40的内壁42。圆柱形内壁22对应于第二隔室10的外壁11。室4是用于在分离步骤之后存储流出产物的缓冲器。
加热器50可以是沿着各个室的轴线插入的管状加热器。
在所示出的实施例中，泵60和流分配多阀门70位于模块的顶部。泵60、加热器50和流分配多阀门70被连接到发动机控制单元(ECU，未在图中示出)。
作为一个优点，图3的模块具有优化了的热量传递，具有最小的热量损失。室1、2、3和4(即隔室10、20、30、40)和加热器50被这样地设计，以使得室2中的流体温度T1对应于催化剂活性所要求的温度，并且室3中的流体温度对应于对分离过程合适的温度T3(T3>T1)。在一个将酶用作催化剂的优选实施例中，加热器50和隔室10、20、30、40被这样地设计以导致对于酶活性合适(例如在40℃到60℃的温度范围中)的温度T1。室3中的温度T3可以例如从70℃到95℃。
当设备被激活时，位于模块100周边的室1和室4作为热缓冲器地工作，由此限制加热室3和2所需的功率。为了额外的隔热，模块100的外周边41可以被模制成双重壁，使得形成产生额外的隔热层的空气间隙。而且，可以使用PCM材料，以在加热阶段结束时进一步维持操作条件下的温度。
模块100还包括止回阀80，该止回阀阻止室1在储箱中的液位低于室1中的液位时清空。
图3的设计在模块被布置在储箱中时还提供了与氨溶液相关的风险方面的内在安全性。如果在室2、3或4中发生泄漏，那么这些室2、3或4的内容物就会被储箱内的氨母体溶液稀释，由此避免任何流到车辆外的废料。模块100的通气通道的出口也位于储箱内，这意味着可能在室3中在分离过程期间产生的氨气气氛被困在氨母体溶液中，没有被排入车辆的环境中。
模块100的隔室10、20、30、40可以被模制在例如PA、PA66、PPA、POM的塑料材料中。模块100和储箱之间的连接可以是梅森罐类型或凸轮锁类型的连接。如参照图2A至图2C所说明的，模块100可以合适地安装在储箱的顶部上或顶部中、完全安装在储箱内、安装在储箱的底部上或底部中。
模块工作
初始阶段，即模块100的第一次使用，经历以下步骤：
A–氨母体溶液从储箱通过入口1a被泵送到室1中。分配多阀门70的端口1b连接到端口2a，端口2b连接到端口3a，端口3b连接到泵入口6a，并且泵出口6b连接到阀门出口7a。泵60被操作以随后地充装室2和3。通气是通过出口7a来设置的。给加热器50供能以在室2和3中获得所需的温度。用氨母体溶液充装室3增强了从加热器50到室2的热量传递。
B–当室2中的酶转换完成时，室3中的氨母体溶液被排走。多阀门70提供了端口3a和泵入口6a之间、泵出口6b和阀门出口7a之间的流体连接。端口7b连接到端口3b。由此，室3中的氨母体溶液被送回到储箱，通气是经由端口7a和3b之间的路径设置的。
C–在室2中生成的氨溶液被转移到室3。为此，端口2a与泵入口6a流体连通，泵出口6b连接到端口3a。室2是通过入口7a到端口2b的连接来通气的。室3的通气通过将端口3b连接到阀门出口7b而发生。
D–室2再次充装氨母体溶液。为此，端口1a连接到泵入口6a，泵出口6b连接到端口2a，室2通过连接到阀门入口7a的端口2b来通气。当给加热器50供能时，分离过程在室3中发生，而氨母体转换则在室2中发生。
E–当在室3中实现分离并在室2中完成酶转换时，室3中的流出产物被转移到室4：端口3a连接到泵入口6a，泵出口6b连接到端口4a；室3通过将端口3b连接到端口7a来通气，并且室4通过端口4b和阀门出口7b之间的连通来通气。
当选择性催化还原(SCR)系统的去NOx功能被要求时，通过将端口4a连接到泵入口6a并将泵出口6b连接到阀门出口7c，室4中的还原剂溶液被运送到排放线。室4通过将阀门入口7a连接到端口4b来通气。
在初始阶段之后，所述模块如下地工作：根据步骤C，室2中的被转换的氨母体溶液被转移到室3。根据步骤D，室2再次充装氨母体溶液。通过将端口1b连接到泵入口6a并将泵出口6b连接到端口1d，室1也充装氨母体溶液。氨母体溶液通过入口1a被吸入，室1通过将端口1c连接到阀门出口7b来通气。当加热器50工作时，这在发生在室2中的转换步骤和发生在室3中的分离步骤期间提供了对室1中的氨母体溶液的预热。当分解反应和分离过程完成时，室3的内容物被转移到室4，室2的内容物被转移到室3，室2充装室1的内容物。室1再次充装来自于储箱的氨母体溶液。
模块100还包括被配置为用于控制阀门单元70、泵60和加热器50以使得实现上述工作模式的控制模块150。更具体地说，控制模块150被配置为用于控制阀门单元70、泵60和加热器50以使得所述第一隔室30中的氨溶液被加热到第一温度，并且第二隔室10中的氨母体溶液被加热到比所述第一温度更低的第二温度。控制模块150被配置为用于控制所述阀门单元70以使得在分离和分解步骤之后，富含氨的部份从第一隔室30被转移到输出缓冲隔室20，氨溶液从第二隔室10被转移到第一隔室30，氨母体溶液(从储箱)被转移到输入缓冲隔室40，并且氨母体溶液从所述输入缓冲隔室40被转移到所述第二隔室10。
在上述工作模式中，模块100以分批次的方式工作。在另一实施例中，该模块以连续流的方式工作。模块100可以是SCR系统的一部分。替代地或附加地，模块100也可以被用于供给燃料电池。
图4示出了被设计为用于无需在氨母体溶液例如的催化转换之后进一步分离流出产物的系统的模块100的另一示例性实施方式。模块100是类似的，不同之处在于省掉了隔室30。使用了相同附图标记来指示相同或相似的构件。模块100具有三个室1、2和4：室1作为输入缓冲器，室2用于氨母体转换，室4用于存储来自于室2的所生成的氨溶液。催化剂例如酶被放入室2，部分地填充其体积。氨母体溶液通过入口1a和多阀门70被泵60吸入，用加热器50热激活酶反应。在完全转换之后，流出产物被转移到室4。室2现在随时能够重新充装尿素溶液并进行下一转换。室4中的流出产物可以通过出口7c被送到排放线。该模块的工作是基于与在图3中所述的模块相同的基础的，除了从分离室3和到分离室3的转移。室1被用于将氨母体溶液预热到适于催化转换的温度。
图5示出了一个实施例，该实施例与图3的模块100类似，除了为存储分离的流出产物设置了更大的体积。输出缓冲器的设计在于两个通过管4g流体连通的室4和4’。在分离之后，流出产物通过经由泵60将端口3a连接到端口4b而从室3转移到室4，室4通过管4g、室4’和管4e通气，端口4a与阀门出口7b连接。当室4中的液位达到管4g的开孔4c时，室3中的溶液通过将端口3a连接到端口4a被转移到室4’。室4’的通气路径是通过管4g和端口4b到阀门出口7b的连接实现的。管4f被用于泵送室4中分离的流出产物。
图5的模块100的设计允许容易地将模块100插入储箱内部，尤其是插入储箱壁中的用于安装模块的开口高度和直径有限的储箱内部；第一侧4b通过储箱壁中的开口插入，然后模块100的剩余部分在组装期间操作枢转运动的同时被插入。
图6示出了储箱200的一个示例性实施方式，其中布置有与图3的模块类似的模块100。在该实施方式中，模块100的室4与插入氨母体储箱200中并位于模块100外部的存储容量250流体连通。存储容量250的体积可以例如直至储箱200的体积的20至40％。存储容量250可以具有可变体积，作为软储箱地工作。取决于催化剂的转换率和分离过程的效率，该存储容量250可以被集成到模块中。而且，室2和3的尺寸可以被减小以允许这样的集成。模块100以与图5的模块100相似的方式工作。当液位达到使室4与存储容量250连接的管线251的开口251a时，分离的流出产物流到存储容量250。存储容量250在端口4b连接到阀门出口7b时经由管线252通气。管线253上的止回阀254被实施以使得室4能够充装来自于室3的溶液，这对热量传递构成一个优点，这是因为室4因此不再是空气间隙。当需要在SCR系统中注射氨溶液时或当需要供给燃料电池时，存储容量中的分离的流出产物可以通过端口4a被泵60吸入室4。容量存储250中的流出产物是通过管线253被转移到室4中的。
图7示出了模块100的另一变型，该另一变型与图3的模块类似。图7的模块100提供了将固定的催化剂，尤其是固定的酶，添加到室2中的改进方式，在由于将SCR系统集成到车辆中而不能够容易地通达模块100的顶部时。在该实施方式中，酶被封装在粗滤器400中，该粗滤器被放入存储容量410。存储容量410可以适宜地位于车辆中，使得容易地插入并去除粗滤器400。粗滤器400通过出口420连接到流分配多阀门70。室2也配备有粗滤器450。酶通过用氨母体溶液冲洗而从粗滤器400转移到粗滤器450。氨母体溶液从通道460到管线430被泵送到室2中，并通过出口420将酶冲洗到管线440中。酶通过入口470被引入到粗滤器450中。酶从存储容量410到粗滤器450的转移可以是渐进的或逐步的，以部分地更新用于室2中的尿素分解的催化剂，这在酶可持续性方面是一个优点。在将所需的酶的量添加到粗滤器450之后，存储容量410可以被排空以进一步限制与氨母体的接触并增大酶存储极限。存储容量410可以通过实施热调节装置进行热保护，热调节装置例如加热器、冷却器、基于帕尔贴效应的设备或PCM材料。存储容量410也可以位于车辆中的被热保护的区域中。当必须从粗滤器450去除固定的酶的时候，由于酶已经失去了其大部分的活性，粗滤器450的内容物通过管线440被冲洗到粗滤器410。在捕获固定的酶之后，剩余的流体通过管线430返回室2。优选地，泵送时间被选择为是足够长的，以从粗滤器450清空固定的酶。粗滤器400可以是例如在本申请人名下的在2015年4月7日提交的EP 15162 678.5中披露的包含酶的模块单元或筒，该文档的全部通过引用被包含在本说明书中。
在本申请人名下的专利申请WO 2015032811和WO 2014095894中披露了一个尿素分解系统的例子，这些专利申请的内容通过引用被包含在本说明书中。在这些申请中，本申请人提出了两种新的用于基于生物催化在车辆(客车、卡车等)上生成氨的方法。生物催化包括所有形式的激活物(即生物催化剂)是生物实体或其组合的催化。其中包括酶、亚细胞器、完整的细胞和多细胞组织。更具体地说，根据第一方法，用蛋白质成分来催化氨母体溶液(例如尿素)水解(即分解)成包括至少氨、二氧化碳和水的混合物。在专利申请WO2015032811中更详细地描述了这样的第一方法。根据本申请人提出的第二方法，用蛋白质成分来催化氨母体溶液(例如尿素)水解(即分解)成氨气。例如，所生成的氨气可以被引导(即传输)到固体吸收基质，氨气通过吸附而被存储在该固体吸收基质上。在专利申请WO201495894中更详细地描述了这样的第二方法。
在本发明的实施例中，加热器50将分解区域加热到适于反应的温度，即适于氨母体分解为氨。在生物催化剂是尿素酶的情况下，合适的温度T1会是从大约40到60℃的。加热器50可以是现有技术已知的任何类型的。通常，阻抗式加热器是相当合适的。然而，也可以设置其中流通有发动机的冷却液体的管道作为加热器。
催化剂可以具有数种形状。在酶的情况下，酶可以是粉末、丸、粒料或珠体；酶可以是固定在基底或不固定在基底上的，并且基底可以是室2的一部分。
本发明的实施例也可以用于包括用于存储氨母体粒料的存储隔室、用于存储氨母体溶液并使氨母体粒料溶解在该氨母体溶液的溶解隔室、分解单元以及任选地一个或更多个缓冲器的氨母体增强系统中。溶解隔室、分解单元和该一个或更多个缓冲器可以被实施为具有多个同心隔室的模块。在本申请人名下的于2014年7月18日提交的欧洲专利申请EP14177713中披露了这样的增强系统的一个例子，该专利申请的内容通过引用被包含在本说明书中。
并且，本发明的模块的进一步细化的实施方式可以包括用于将氨转换成氢气的转换单元和氢气燃料电池。
尽管本发明的原理在上文中是结合特定实施例来说明的，要理解的是，该说明仅是示例性地做出的，而非作为对保护范围的限制，保护范围是由所附权利要求来确定的。

Claims (20)

1.一种用于在车辆上使用的模块(100)，所述模块包括加热器(50)和至少一个第一存储隔室和至少一个第二存储隔室(10；20；30；40；20’；40’)；
其中，所述第一隔室至少部分地围绕所述加热器(50)，并且所述第二隔室至少部分地围绕所述第一隔室；
所述第一隔室被配置为用于在第一温度范围中实现第一功能，并且所述第二隔室被配置为用于在第二温度范围中实现第二功能，所述第二温度范围低于所述第一温度范围；
其中，所述第一隔室与所述第二隔室流体连通；
其中，所述第一功能或所述第二功能中的一个功能是用催化剂分解氨母体以生成氨溶液。
2.如权利要求1所述的模块，其中，所述第一功能和所述第二功能中的另一功能是在所述氨母体溶液进入实现所述一个功能的隔室之前保留所述氨母体溶液和/或保留离开实现所述一个功能的所述隔室的所生成的氨溶液。
3.如上述权利要求中任一项所述的模块，其中，所述加热器在所述第一隔室中延伸。
4.如上述权利要求中任一项所述的模块，其中，所述第一隔室具有外圆周壁，并且其中，所述第二隔室围绕所述第一隔室的外圆周壁。
5.如上述权利要求中任一项所述的模块，其中，所述所生成的氨溶液包括氨、二氧化碳和水；
其中，所述一个功能是所述第二功能，并且
其中，所述第一功能是分离功能，优选地是将所述所生成的氨溶液分离成第一富含氨的部份和富含二氧化碳的部份；所述第一富含氨的部份包含比所述溶液小的二氧化碳重量百分比，所述富含二氧化碳的部份包含比所述溶液小的氨重量百分比。
6.如权利要求1至4中任一项所述的模块，其中，所述一个功能是所述第一功能，并且所述第二功能是缓冲功能。
7.如权利要求5所述的模块，该模块还包括至少部分地围绕所述第二隔室的输出缓冲隔室(20)，所述输出缓冲隔室与所述第一隔室流体连通并被配置为用于保留离开所述第一隔室的所述富含氨的部份。
8.如权利要求5或7所述的模块，该模块还包括至少部分地围绕所述第二隔室的输入缓冲隔室(40)，所述输入缓冲隔室与所述第二隔室流体连通并被配置为用于在所述氨母体溶液进入所述第二隔室之前保留所述氨母体溶液。
9.如上述权利要求中任一项所述的模块，该模块还包括被配置为连接至少所述第一隔室和所述第二隔室的阀门单元。
10.如权利要求9所述的模块，该模块还包括控制模块，该控制模块被配置为用于控制所述阀门单元和所述加热器以使得所述第一功能和所述第二功能中的所述一个功能包括在时间上重复的时刻在输出所生成的氨溶液的同时接收新鲜的氨母体溶液；并且使得所述另一功能包括在所述氨母体溶液进入所述一个隔室之前接收所述氨母体溶液和/或接收离开所述一个隔室的所述所生成的氨溶液。
11.如权利要求5和10所述的模块，其中，所述控制模块被配置为用于控制所述阀门单元和所述加热器以使得：所述第一隔室(30)中的氨溶液被在第一温度(T3)加热；并且，所述第二隔室(10)中的氨母体溶液被在低于所述第一温度的第二温度(T1)加热。
12.如权利要求7和9或10所述的模块，其中，所述阀门单元被配置为用于使所述输出缓冲隔室(20)与所述第一隔室(30)连接。
13.如权利要求8和9或10所述的模块，其中，所述阀门单元被配置为用于使所述输入缓冲隔室(40)与所述第二隔室(10)连接。
14.如权利要求12所述的模块，其中，所述控制模块被配置为用于控制所述阀门单元以使得：在分离和分解步骤之后，富含氨的部份被从所述第一隔室(30)转移到所述输出缓冲隔室(20)，氨溶液被从所述第二隔室(10)转移到所述第一隔室(30)，并且氨母体溶液被转移到所述第二隔室(10)。
15.如权利要求13和14所述的模块，其中，所述控制模块还被配置为用于控制所述阀门单元以使得：在分离和分解步骤之后，氨母体溶液被转移到所述输入缓冲隔室(40)，并且氨母体溶液被从所述输入缓冲隔室(40)转移到所述第二隔室(10)。
16.如上述权利要求中任一项所述的模块，该模块还包括被布置为在所述第一隔室和所述第二隔室之间泵送流体的泵。
17.如上述权利要求中任一项所述的模块，其中，每个隔室都具有圆柱形内壁和外壁；和/或其中，所述第一隔室和所述第二隔室是围绕所述加热器同心的。
18.一种氨母体储箱，该储箱包括如上述权利要求中任一项所述的模块，其中，所述模块被集成在该储箱中或该储箱的壁中或壁上，其中，所述模块被配置为用于允许存储在所述储箱中的氨母体溶液被转移到所述第一隔室和所述第二隔室中的一个隔室，该转移任选地经过所述第一隔室和所述第二隔室中的另一个隔室。
19.一种车辆用SCR系统，该系统包括如权利要求1至17中任一项所述的模块或如权利要求18所述的储箱。
20.一种燃料电池系统，该系统包括如权利要求1至17中任一项所述的模块或如权利要求18所述的储箱。
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