CN113006904B

CN113006904B - 一种车用固体尿素供氨装置

Info

Publication number: CN113006904B
Application number: CN202110209538.3A
Authority: CN
Inventors: 鲍宏; 杨靖; 刘天赐; 李红真; 幺永政; 张俊国
Original assignee: Hefei University of Technology
Current assignee: Hefei University of Technology
Priority date: 2021-02-24
Filing date: 2021-02-24
Publication date: 2022-01-28
Anticipated expiration: 2041-02-24
Also published as: US20220266681A1; CN113006904A; US11433762B1

Abstract

本发明属于环保设备技术领域，具体涉及一种车用固体尿素供氨装置。该供氨装置安装在车辆的油箱处，且与油箱一体化设计，供氨装置包括：尿素罐，储气罐，加热机构，搅拌机构，单向阀，第一温度传感器，第二温度传感器，第一气压传感器，以及控制器。尿素罐用于储存并加热尿素使其升华为气态；储气罐用于储存尿素升华后生成的气体；加热机构包括尾气加热管、电加热管、温控管和温控介质；搅拌机构包括绞龙和驱动电机；单向阀设置在尿素罐的气体出口位置，第一温度传感器设置温控管内部，第二温度传感器设置在尿素罐内，第一气压传感器设置储气罐内；该型设备采用固体尿素进行供氨，解决了传统液体尿素使用过程容易冻结和水蒸气含量过多的缺陷。

Description

一种车用固体尿素供氨装置

技术领域

本发明属于环保设备技术领域，具体涉及一种车用固体尿素供氨装置。

背景技术

环保清洁是汽车工业的一个重要目标和发展方向，汽车尾气是车辆运行过程中最大的污染源，汽车尾气中含有大量有毒有害的氮氧化物、氮氧化物、和碳氢化合物等；这些污染物如果直接排放到空气中，将对大气造成严重污染。因此，世界各国都强制要求车辆要对尾气进行净化处理。

选择性催化还原技术(SCR)是针对柴油车尾气排放中氮氧化物污染的一项处理工艺，这种技术是在催化剂的作用下，向排气管内喷入还原剂氨或尿素，把尾气中有毒有害的氮氧化物还原成无毒的N₂和H₂O。传统的SCR系统中，尾气从涡轮出来后进入排气混和管，在混和管上安装有尿素计量喷射装置，喷入尿素水溶液，尿素在高温下发生水解和热解反应后生成NH₃，在SCR系统催化剂表面利用NH₃还原氮氧化物，排出N₂，多余的NH₃也被氧化为N₂，防止泄漏。

但是，液体车用尿素本身存在许多问题，其较为致命的问题是不能够在低温下存储。此外，由于液体尿素中含有的液态水较多，所以在较冷的环境下，产生的氨气中也含有较多的水蒸汽，在低温环境下水蒸气和氨气通过输送管道时，可能发生冷凝吸附在输送管道上对车辆尾气的排放和净化造成影响。

因此，如何开发出一种新的尾气净化供氨设备，克服上述液体尿素供氨的缺陷；并且降低对车辆基础结构和性能影响，成为本领域技术人员亟需解决的技术难题。

发明内容

针对现有技术中的问题，本发明提供一种车用固体尿素供氨装置，该型设备采用固体尿素进行供氨，解决了传统液体尿素使用过程容易冻结和水蒸气含量过多的缺陷。

为了达到上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种车用固体尿素供氨装置，该供氨装置安装在车辆的油箱处，且与油箱一体化设计，供氨装置包括：尿素罐，储气罐，加热机构，搅拌机构，单向阀，第一温度传感器，第二温度传感器，第一气压传感器，以及控制器。

尿素罐用于储存固体车用尿素，并加热使其升华为气态作为车辆尾气处理的原料；尿素罐包括密封式罐体，尿素罐的罐体的外壁中设有保温夹层；尿素罐的侧壁上设置第一通孔和投料口，第一通孔用于供加热机构的管路贯穿；投料口用于向尿素罐内投放车用固体尿素；尿素罐的顶部设置气体出口。

储气罐与尿素罐顶部的气体出口通过导管连通，用于储存尿素升华后生成的气体；储气罐的外壁中设置绝热夹层；储气罐还与用于为车辆尾气净化供应尿素的喷射装置连通。

加热机构包括尾气加热管、温控管和温控介质；温控腔位于尿素罐的内腔中；温控管为密封管道，其由环形主套管和多根垂直管构成；主套管和垂直管内部相互连通；主套管水平设置，垂直管连接在主套管下端并向下延伸；垂直管沿主套管的周向均匀分布，垂直管之间留有间隙；温控管内部的温控腔中填充有温控介质，温控介质为沸点介于130℃-150℃的一种或任意多种物质组成的共沸物；尾气加热管为供汽车尾气通过的管道，其用于利用尾气的余热加热尿素罐内的物料；尾气加热管沿第一通孔进/出尿素罐；尾气加热管延伸至尿素罐内的部分位于温控管内；尾气加热管与汽车的尾气排放管道通过一进二出的三通阀连通，三通阀用于控制汽车尾气经过尾气加热管或直接排放；三通阀的进口与排放管道的前端连通；三通阀的两个出口分别连通排放管道和尾气加热管的入口端；尾气加热管的出口端延伸至排放管道的出口端处。

搅拌机构用于对尿素进行搅拌；搅拌机构安装在尿素罐内腔的顶部，搅拌机构包括绞龙和驱动电机；绞龙竖直向下延伸，穿过尿素罐中温控管的主套管的内侧；且驱动电机驱动绞龙转动时，绞龙将尿素罐内的物料向上提升。

单向阀设置在尿素罐的气体出口位置，用于控制尿素罐和储气罐间的连通状态，使得气体仅可沿尿素罐进入到储气罐内。

第一温度传感器设置温控管内部，用于测量温控管内温控介质的温度T1。

第二温度传感器设置在尿素罐内，用于测量尿素罐内的环境温度T2。

第一气压传感器设置储气罐内，用于测量储气罐内的气体压力P1。

控制器与三通阀、驱动电机、第一温度传感器、第二温度传感器、第一气压传感器电连接，控制器用于接收第一温度传感器、第二温度传感器和第一气压传感器的检测结果，并根据检测结果调节三通阀和驱动电机的运行状态；

控制器对车用固体尿素供氨装置运行状态的控制过程如下：

S1：获取储气罐内的实时气体压力P1，并根据P1的示值做出入如下判断与决策：

(1)当P1≥p1时，不执行尿素加热升华过程，并在等待固定时间周期后返回重新执行步骤S1中储气罐内的实时气体压力的检测过程；

(2)当P1＜p1时，执行下一步骤S2；

其中，p1为警戒低压值，该值为专家经验值，表示储气罐内的气体余量足够一定时间内车辆的运行和尾气处理使用的最低值，储气罐内的实时气压低于该值时则表示需要进行气体补充；

S2：将三通阀的状态切换至尾气沿尾气加热管流通的状态，搅拌机构中的驱动电机运行；

S3：尾气加热管导通时，实时获取第一温控管内的介质温度T1，和尿素罐内的环境温度T2，并作出如下判断决策：

(1)当T1或T2高于所述高温警戒温度t2时，将所述三通阀切换至尾气不经过所述尾气加热管的直排状态；所述t2≤150℃；

(2)当T1低于所述低温警戒温度t1时，重新将三通阀切换至尾气经过尾气加热管的运行状态；所述t1≥130℃，

S4：获取储气罐内的实时气体压力P1，判断储气罐内的实时气压是否达到警戒高压p2，并根据检测检测结果做出如下决策：

(1)当P1≥p2时，将三通阀切换至尾气不经过所述尾气加热管的直排状态，搅拌机构中的驱动电机关闭；

(2)当P1＜p2时，返回重新执行步骤S1所述的步骤。

进一步地，加热机构中还包括电加热管；电加热管内含有发热元件，其用于对尿素罐内的物料进行辅助加热；尾气加热管和电加热管均沿第一通孔进/出尿素罐；尾气加热管和电加热管延伸至尿素罐内的部分位于温控管内；电加热管与控制器电连接，控制器用于控制所述加热管的运行状态。

其中，控制器对车用固体尿素供氨装置运行状态的控制过程如下：

(2)当P1＜p1时，执行下一步骤S2；

S31：检测在一个规定的升温周期T内，介质温度T1是否达到温度区间，并根据检测结果作出如下决策：

(1)当介质温度T1达到温度区间(t1，t2)时，保持仅尾气加热管运行；

(2)当介质温度T2未达到温度区间(t1，t2)时，在保持尾气加热管运行的同时，保持电加热管运行；

其中，t1≥130℃，t2≤150℃；

S32：持续获取第一温控管内的介质温度T1，并在T1或T2高于高温警戒温度t2时，将三通阀切换至尾气不经过尾气加热管的直排状态；且/或关闭电加热管；

S33：继续获取第一温控管内的介质温度T1，并在T1低于低温警戒温度t1时，重新将三通阀切换至尾气经过尾气加热管的运行状态；并重新执行如步骤S31的步骤；否则执行步骤S4；

(1)当P1≥p2时，将三通阀切换至尾气不经过尾气加热管的直排状态，保持电加热管关闭，搅拌机构中的驱动电机关闭；

(2)当P1＜p2时，返回重新执行步骤S1的步骤。

进一步地，尾气加热管和电加热管位于温控管内的部分呈平行并列或相互缠绕的排列方式；尾气加热管和电加热管在温控管中沿主套管的外侧进入主套管内；并沿着主套管顺时针或逆时针的顺序延伸至最近的一个垂直管处，向下延伸并折返重新回到主套管内；再继续向下一个垂直管处延伸，直至达到进入主套管的位置，并沿此位置穿出到主套管外；尾气加热管和电加热管进\出温控管的位置设有密封结构。

进一步地，尿素罐外壁的保温夹层中填充有低导热性的保温发泡材料；储气罐的外壁为含有真空夹层的双层结构，储气罐外壁的外层还包覆有保温层，保温层为保温发泡材料。

进一步地，供氨装置还包括第二气压传感器和真空泵；第二气压传感器位于尿素罐内，用于检测尿素罐内的气压P2；真空泵的抽气嘴与尿素罐连通，真空泵的排气嘴与储气罐连通，真空泵用于将尿素罐内的尿素升华后生成的气体抽吸并转运到储气罐内；第二气压传感器和真空泵与控制器电连接，控制器用于接收第二气压传感器的检测结果，以及用于控制真空泵的运行状态。

进一步地，控制器的对真空泵运行状态的控制策略如下：

(1)获取第一气压传感器的第二气压传感器的检测结果P1和P2；

(2)计算ΔP＝P1-P2的值，根据的ΔP做出判断：

a：当ΔP≤p0时，保持真空泵处于运行状态；对气体进行抽吸和转运；

b：当ΔP＞p0时，保持真空泵处于运行状态；

其中，p0为专家经验值，该值为尿素罐和储气罐间可利用压差无动力实现气压平衡和气体转移的最小压力差值。

进一步地，供氨装置还包括位移传感器和警报装置，位移传感器用于检测尿素罐内的尿素余量；位移传感器安装在尿素罐内壁的顶部，其检测方向朝下；位移传感器用于检测尿素罐内部的顶端与物料的最高点之间的垂直距离d；位移传感器和警报装置与控制器电连接；控制器用于接收位移传感器的检测结果，并根据该结果判断尿素罐内的尿素余量；控制器还用于根据尿素余量的判断结果控制警报装置的运行状态，发出关于尿素余量不足的警报信号。

进一步地，控制器对警报装置的控制策略如下：

(1)获取位移传感器的检测结果d；

(2)计算尿素罐内的实时尿素高度h＝H-d，根据的h做出判断：

a：当h≥h0，警报装置保持静默；

b：当h＜h0，警报装置保持运行状态，发出关于尿素余量不足的警报信号。

进一步地，位移控制器的检测结果通过车辆的显示仪表进行显示；警报装置发出的警报信号通过车辆的蜂鸣器和显示仪表进行鸣响和频闪提示。

进一步地，密封罐的投料口处包括倾斜向上延伸的供料管道；供料管道延伸至车辆的加油口位置，供料管道的顶部开口处设置可开合的密封式盖体。

进一步地，尿素罐、储气罐的内壁、绞龙叶片和温控管的外壁上设置聚四氟乙烯涂层。

本发明提供的一种车用固体尿素供氨装置，具有如下的有益效果：

该型车用固体尿素供氨装置采用固体尿素作为SCR系统的原料，可以克服传统的尿素溶液在低温状态下容易冻结的弊端，同时降低了尿素中的含水率，可以避免水蒸气对SCR系统氧化还原效果的影响，同时降低管道被堵塞的风险。

该型车用固体尿素采用汽车尾气的余热作为尿素蒸发的主要热源，可以有效降低车辆的能耗，具有突出的节能环保效益，同时对车辆的动力和行驶性能基本不造成影响。同时该装置与车辆的现有的油箱结构进行了一体化的设计，对车辆的结构影响也相对较小，适合用于现有车辆的改造加装，实用性高，通用性强。

该型车用固体尿素供氨装置的尿素罐内设计了结构巧妙，布局合理的搅拌机构和加热机构，使得尿素加热升华过程中各部分受热均匀，避免出现局部过热导致尿素热解，同时加热机构中还设计了专门的温控管，用于控制加热管道的温度，进一步提升尿素罐加热过程中的温控效果。

该装置中还包括控制器和多个传感器，传感器可以检测装置中各部分的气压、温度和尿素余量等参数；控制器则可以根据这些数据对装置的运行状态进行自动控制，使得该装置具有高度的自动化性能，降低操作人员的工作负担。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明实施例1中车用固体尿素供氨装置的结构示意图；

图2为本发明实施例1中尿素罐的结构示意图；

图3为本发明实施例1中三通阀、尾气加热装置和排气管道的结构连接示意图；

图4为本发明实施例2中加热机构的结构拆解示意图；

图5为本发明实施例2中车用固体尿素供氨装置在控制器控制下运行过程的流程图；

图6为本发明实施例3中车用固体尿素供氨装置的结构示意图；

图7为本发明实施例4中车用固体尿素供氨装置的结构示意图；

图8为本发明实施例4的车用固体尿素供氨装置中控制部分的模块连接示意图

图中标记为：

1、尿素罐；2、储气罐；3、加热机构；4、搅拌机构；5、单向阀；6、第一温度传感器；7、第二温度传感器；8、第二气压传感器；9、第一气压传感器；10、真空泵；11、位移传感器；12、气体出口；13、第一通孔；14、供料管道；15、三通阀；16、排放管道；17、警报装置；41、驱动电机；42、绞龙；61、尾气加热管；62、电加热管；63、温控管；100、控制器。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

如图1所示，本实施例提供一种车用固体尿素供氨装置，该供氨装置安装在车辆的油箱处，且与油箱一体化设计，供氨装置包括：尿素罐1，储气罐2，加热机构3，搅拌结构4，单向阀5，第一温度传感器6，第二温度传感器7，第一气压传感器9，以及控制器100。

如图2所示，尿素罐1用于储存固体车用尿素，并加热使其升华为气态作为车辆尾气处理的原料；尿素罐1包括密封式罐体，尿素罐1的罐体的外壁中设有保温夹层；尿素罐1的侧壁上设置第一通孔13和投料口，第一通孔13用于供加热机构3的管路贯穿；投料口用于向尿素罐1内投放车用固体尿素；尿素罐1的顶部设置气体出口12；根据需要，气体出口处还可以设置过滤网。

储气罐2与尿素罐1顶部的气体出口12通过导管连通，用于储存尿素升华后生成的气体；储气罐2的外壁中设置绝热夹层；储气罐2还与用于为车辆尾气净化供应尿素的喷射装置连通。

加热机构3包括尾气加热管61、电加热管62、温控管63和温控介质；温控腔位于尿素罐1的内腔中；温控管63为密封管道，其由环形主套管和多根垂直管构成；主套管和垂直管内部相互连通；主套管水平设置，垂直管连接在主套管下端并向下延伸；垂直管沿主套管的周向均匀分布，垂直管之间留有间隙；温控管63内部的温控腔中填充有温控介质，温控介质为沸点介于130℃-150℃的一种或任意多种物质组成的共沸物；尾气加热管61为供汽车尾气通过的管道，其用于利用尾气的余热加热尿素罐1内的物料；尾气加热管61沿第一通孔13进/出尿素罐1；尾气加热管61延伸至尿素罐1内的部分位于温控管63内；如图3所示，尾气加热管61与汽车的尾气排放管道16通过一进二出的三通阀15连通，三通阀15用于控制汽车尾气经过尾气加热管61或直接排放；三通阀15的进口与排放管道16的前端连通；三通阀15的两个出口分别连通排放管道16和尾气加热管61的入口端；尾气加热管61的出口端延伸至排放管道16的出口端处。

如图2所示，搅拌结构4用于对尿素进行搅拌；搅拌结构4安装在尿素罐1内腔的顶部，搅拌结构4包括绞龙42和驱动电机41；绞龙42竖直向下延伸，且穿过尿素罐1中温控管63的主套管的内侧；且驱动电机41驱动绞龙42转动时，绞龙42将尿素罐1内的物料向上提升。

单向阀5设置在尿素罐1的气体出口12位置，用于控制尿素罐1和储气罐2间的连通状态，使得气体仅可沿尿素罐1进入到储气罐2内。

第一温度传感器6设置温控管63内部，用于测量温控管63内温控介质的温度T1。该温度检测结果作为是否需要持续进行加热的判据，当温控管63内的温度过高时，则停止加热，避免尿素罐1内的温度过高导致尿素热解，温度过低时则考虑继续加热，促进尿素升华。

第二温度传感器7设置在尿素罐1内，用于测量尿素罐1内的环境温度T2。该温度检测结果作为尿素罐1温度控制最直接的指标检测依据，该供氨装置中必须保证该检测结果处于130-150℃的区间内。

第一气压传感器9设置储气罐2内，用于测量储气罐2内的气体压力P1。该气压检测结果是判断是否需要通过加热促进尿素升华的依据；当储气罐2内的气压过低，则需要通过加热进行气体补充；当储气罐2内的气压过高时则停止加热，防止尿素罐1和储气罐2内的压力过大，造成容器损坏和气体泄漏。

控制器100与三通阀15、电加热管62、驱动电机41、第一温度传感器66、第二温度传感器7、第一气压传感器9电连接，控制器100用于接收第一温度传感器6、第二温度传感器7和第一气压传感器9的检测结果，并根据检测结果调节三通阀15、驱动电机41和电加热管62的运行状态。

本实施例中的固体尿素供氨装置的工作过程和原理如下：

车辆运行过程，驾驶操作人员将固体车用尿素填装到尿素罐1内，尿素罐1可以对其中的固体尿素进行加热处理，固体尿素受热后容易出现升华现象；转化为气态的尿素。气态尿素通过单向阀5进入到储气罐2内，作为SCR系统的原料备用。

在该过程中，为了加速尿素罐1内固态尿素的升华，本实施例在尿素罐1内增加了一组加热机构3，该加热机构3包括尾气加热管61和温控管63。其中尾气加热管61利用汽车尾气的余热作为加热的热源，具有非常优秀的节能和环保性能。

同时，由于汽车尾气的温度可能高达200-300℃，而固体尿素在遇到高温状态时可能会发生热分解，影响后续SCR系统的应用。因此本实施例还在加热结构中设置温控管63，温控管63将尾气加热管61和电加热管62位于尿素罐1内的部分完全包覆，并在温控管63内填充温控介质。温控介质选择沸点介于130-150℃的共沸物；这种物质在吸收热量后会迅速升温，当温度达到共沸点区段时，由于部分热量被用于使得共沸物中的部分组分汽化，此时的共沸物的升温速率显著放缓。因此，当尾气加热管61和电加热管62加热温控介质时，温控介质通常不会迅速升高至150℃以上，而可以保持在130-150℃的温度区间内。利用该效应，本实施例可以对尿素罐1内的升温过程进行准确控制；使得固态尿素尽可能出现升华现象而不发生热解反应。

为了使得尿素罐1内的固态尿素在加热过程受热更加均匀，本实施例还在尿素罐1内增加搅拌结构4，该机构在运行过程中，由驱动电机41带动绞龙42转动，不断将尿素罐1底部的尿素向上翻动，达到混匀搅拌的效果，从而保证尿素被均匀加热，加快升华现象的发生。其中为了使得搅拌结构4和加热机构3在尿素罐1中运行而不会相互之间产生干扰，本实施例也对二者的结构和布局进行了巧妙设计，使得加热过程和搅拌过程能同时完成。

其中，尾气加热管61在温控管63中沿主套管的外侧进入主套管内；并沿着主套管顺时针或逆时针的顺序延伸至最近的一个垂直管处，向下延伸并折返重新回到主套管内；再继续向下一个垂直管处延伸，直至达到进入主套管的位置，并沿此位置穿出到主套管外；尾气加热管61进\出温控管63的位置设有密封结构。

将尾气加热管61设计成该结构，可以使得该结构与温控管63的结构相适应，同时提高温控管63各部分的温度一致性，使得尿素罐1内的热量分布更均匀；提升加热机构3的温控效果。

本实例中，尿素罐1外壁的保温夹层中填充有低导热性的保温发泡材料；储气罐2的外壁为含有真空夹层的双层结构，储气罐2外壁的外层还包覆有保温层，保温层为保温发泡材料。

尿素罐1和储气罐2在使用过程中均需要进行保温，从而保证热量不会散失，因此尿素罐1外壁中设置了保温夹层。储气罐2对保温的要求更高，除了保温层之外，本实施例还使用了含有真空绝热夹层的双层结构储气罐2。

密封罐的投料口处包括倾斜向上延伸的供料管道14；供料管道14延伸至车辆的加油口位置，供料管道14的顶部开口处设置可开合的密封式盖体。

本实施例将尿素罐1的供料口与车辆的加油口设计在相同位置，可以便于操作人员进行尿素添加，同时对车辆基础结构的影响较小。

此外，尿素罐1、储气罐2的内壁、绞龙42的叶片表面和温控管63的外壁上设置聚四氟乙烯涂层。

尿素具有一定的腐蚀性，因此本实施例中为了提高尿素罐1、储气罐2的内壁、绞龙42叶片和温控管63的耐腐蚀性，延长其使用寿命；特别在这些结构的表面设置具有高耐腐蚀性能的聚四氟乙烯涂层。

本实施例，控制器100可以对装置的运行状态进行自动控制，控制器100对车用固体尿素供氨装置运行状态的控制过程如下：

S1：获取储气罐2内的实时气体压力P1，并根据P1的示值做出入如下判断与决策：

(1)当P1≥p1时，不执行尿素加热升华过程，并在等待固定时间周期后返回重新执行步骤S1中储气罐2内的实时气体压力的检测过程；

(2)当P1＜p1时，执行下一步骤S2；

其中，p1为警戒低压值，该值为专家经验值，表示储气罐2内的气体余量足够一定时间内车辆的运行和尾气处理使用的最低值，储气罐2内的实时气压低于该值时则表示需要进行气体补充；

S2：将三通阀15的状态切换至尾气沿尾气加热管61流通的状态，搅拌结构4中的驱动电机41运行；

S3：尾气加热管61导通时，实时获取第一温控管63内的介质温度T1，和尿素罐1内的环境温度T2，并作出如下判断决策：

(1)当T1或T2高于所述高温警戒温度t2时，将所述三通阀15切换至尾气不经过所述尾气加热管61的直排状态；所述t2≤150℃；

(2)当T1低于所述低温警戒温度t1时，重新将三通阀15切换至尾气经过尾气加热管61的运行状态；所述t1≥130℃，

S4：获取储气罐2内的实时气体压力P1，判断储气罐2内的实时气压是否达到警戒高压p2，并根据检测检测结果做出如下决策：

(1)当P1≥p2时，将三通阀15切换至尾气不经过所述尾气加热管61的直排状态，搅拌结构4中的驱动电机41关闭；

(2)当P1＜p2时，返回重新执行步骤S1所述的步骤。

实施例2

本实施例与实施例1的区别在于：

本实施例中，如图4所示，加热机构3中还包括电加热管62；电加热管62内含有发热元件，其用于对尿素罐1内的物料进行辅助加热；尾气加热管61和电加热管62均沿第一通孔13进/出尿素罐1；尾气加热管61和电加热管62延伸至尿素罐1内的部分位于温控管63内；电加热管62与控制器100电连接，控制器100用于控制所述加热管的运行状态。

为了改进尿素罐1内固态尿素升华的控制效果，本实施例在加热机构3中增加了电加热管62。其中，尾气加热管61利用汽车尾气的余热作为加热的热源，具有非常优秀的节能和环保性能。同时，当车辆处于刚启动或者是怠速的情况下，车辆尾气的排放量或温度可能并不能达到所需的加热功率或加热温度，即车辆尾气中可供给的余热量不足。这时，本实施例中的电加热管62可以运行，从而保证可以提供所需的加热功率。尾气加热管61和电加热管62二者互为补充。

本实施例中，尾气加热管61和电加热管62位于温控管63内的部分呈平行并列的排列方式；尾气加热管61和电加热管62在温控管63中沿主套管的外侧进入主套管内；并沿着主套管顺时针或逆时针的顺序延伸至最近的一个垂直管处，向下延伸并折返重新回到主套管内；再继续向下一个垂直管处延伸，直至达到进入主套管的位置，并沿此位置穿出到主套管外；尾气加热管61和电加热管62进\出温控管63的位置设有密封结构。

将尾气加热管61和电加热管62设计成该结构，可以使得该结构与温控管63的结构相适应，同时提高温控管63各部分的温度一致性，使得尿素罐1内的热量分布更均匀；提升加热机构3的温控效果。

本实施例中，控制器100用于对装置的运行状态进行自动控制，如图5所示，控制器100对车用固体尿素供氨装置运行状态的控制过程如下：

(2)当P1＜p1时，执行下一步骤S2；

(1)当介质温度T1达到温度区间(t1，t2)时，保持仅尾气加热管61运行；

(2)当介质温度T2未达到温度区间(t1，t2)时，在保持尾气加热管61运行的同时，保持电加热管62运行；

其中，t1≥130℃，t2≤150℃；

S32：持续获取第一温控管63内的介质温度T1，并在T1或T2高于高温警戒温度t2时，将三通阀15切换至尾气不经过尾气加热管61的直排状态；且/或关闭电

加热管62；

S33：继续获取第一温控管63内的介质温度T1，并在T1低于低温警戒温度t1时，重新将三通阀15切换至尾气经过尾气加热管61的运行状态；并重新执行如步骤S31的步骤；否则执行步骤S4；

(1)当P1≥p2时，将三通阀15切换至尾气不经过尾气加热管61的直排状态，保持电加热管62关闭，搅拌结构4中的驱动电机41关闭；

(2)当P1＜p2时，返回重新执行步骤S1的步骤。

实施例3

本实施例与实施例2的区别在于：

如图6所示，本实施例中的供氨装置还包括第二气压传感器8和真空泵10；第二气压传感器8位于尿素罐1内，用于检测尿素罐1内的气压P2；真空泵10的抽气嘴与尿素罐1连通，真空泵10的排气嘴与储气罐2连通，真空泵10用于将尿素罐1内的尿素升华后生成的气体抽吸并转运到储气罐2内；第二气压传感器8和真空泵10与控制器100电连接，控制器100用于接收第二气压传感器8的检测结果，以及用于控制真空泵10的运行状态。

本实施例中，控制器100的对真空泵10运行状态的控制策略如下：

(1)获取第一气压传感器9的第二气压传感器8的检测结果P1和P2；

(2)计算ΔP＝P1-P2的值，根据的ΔP做出判断：

a：当ΔP≤p0时，保持真空泵10处于运行状态；对气体进行抽吸和转运；

b：当ΔP＞p0时，保持真空泵10处于运行状态；

其中，p0为专家经验值，该值为尿素罐1和储气罐2间可利用压差无动力实现气压平衡和气体转移的最小压力差值。

在本实施例，增加了真空泵10用于实现尿素罐1和储气罐2内的气体转运，该设备可以将尿素罐1内的气体抽吸到储气罐2中，可以使得气压的转移效率更高；即使咋二者压差较小的状态下，也可以将尿素罐1内的气体转运到储气罐2中。

此外，真空泵10还可以在尿素罐1内产生低压或接近真空的状态，使得尿素受热升华的速率明显加快；同时，真空泵10还可以增大储气罐2内的压力，使得储气罐2内的压力可以明显高于尿素罐1，从而提高储气罐2内的气体储量。

实施例4

本实施例与实施例3的区别在于：

如图7和图8所示，本实施例中，供氨装置还包括位移传感器11和警报装置17，位移传感器11用于检测尿素罐1内的尿素余量；位移传感器11安装在尿素罐1内壁的顶部，其检测方向朝下；位移传感器11用于检测尿素罐1内部的顶端与物料的最高点之间的垂直距离d；位移传感器11和警报装置17与控制器100电连接；控制器100用于接收位移传感器11的检测结果，并根据该结果判断尿素罐1内的尿素余量；控制器100还用于根据尿素余量的判断结果控制警报装置17的运行状态，发出关于尿素余量不足的警报信号。

控制器100对警报装置17的控制策略如下：

(1)获取位移传感器11的检测结果d；

(2)计算尿素罐1内的实时尿素高度h＝H-d，根据的h做出判断：

a：当h≥h0，警报装置17保持静默；

b：当h＜h0，警报装置17保持运行状态，发出关于尿素余量不足的警报信号。

其中，位移控制器100的检测结果通过车辆的显示仪表进行显示；警报装置17发出的警报信号通过车辆的蜂鸣器和显示仪表进行鸣响和频闪提示。

本实施例增加了对尿素罐1内尿素的余量检测功能，以及低余量状态下的报警功能，因此驾驶操作人员无需人工检查尿素罐1内的尿素余量，可以利用相关的传感器实现监控，并在车辆的显示仪表上进行直观的展示；提醒操作人员注意。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种车用固体尿素供氨装置，其特征在于，所述供氨装置安装在车辆的油箱处，且与所述油箱一体化设计，所述供氨装置包括：

尿素罐，其用于储存固体车用尿素，并加热使其升华为气态作为车辆尾气处理的原料；所述尿素罐包括密封式罐体，所述尿素罐的罐体的外壁中设有保温夹层；所述尿素罐的侧壁上设置第一通孔和投料口，所述第一通孔用于供加热机构的管路贯穿；所述投料口用于向尿素罐内投放车用固体尿素；所述尿素罐的顶部设置气体出口；

储气罐，其与所述尿素罐顶部的气体出口通过导管连通，用于储存所述尿素升华后生成的气体；所述储气罐的外壁中设置绝热夹层；所述储气罐还与用于为车辆尾气净化供应尿素的喷射装置连通；

加热机构，其包括尾气加热管、温控管和温控介质；温控腔位于所述尿素罐的内腔中；所述温控管为密封管道，其由环形主套管和多根垂直管构成；所述主套管和垂直管内部相互连通；所述主套管水平设置，所述垂直管连接在所述主套管下端并向下延伸；所述垂直管沿主套管的周向均匀分布，垂直管之间留有间隙；所述温控管内部的温控腔中填充有温控介质，所述温控介质为沸点介于130℃-150℃的一种或任意多种物质组成的共沸物；所述尾气加热管为供汽车尾气通过的管道，其用于利用尾气的余热加热所述尿素罐内的物料；所述尾气加热管沿第一通孔进/出所述尿素罐；所述尾气加热管延伸至尿素罐内的部分位于所述温控管内；所述尾气加热管与汽车的尾气排放管道通过一进二出的三通阀连通，所述三通阀用于控制汽车尾气经过所述尾气加热管或直接排放；所述三通阀的进口与所述排放管道的前端连通；所述三通阀的两个出口分别连通所述排放管道和尾气加热管的入口端；所述尾气加热管的出口端延伸至所述排放管道的出口端处；

搅拌机构，其用于对尿素进行搅拌；所述搅拌机构安装在尿素罐内腔的顶部，所述搅拌机构包括绞龙和驱动电机；所述绞龙竖直向下延伸，穿过所述尿素罐中温控管的主套管的内侧；且所述驱动电机驱动所述绞龙转动时，所述绞龙将所述尿素罐内的物料向上提升；

单向阀，其设置在尿素罐的气体出口位置，用于控制尿素罐和储气罐间的连通状态，使得气体仅可沿尿素罐进入到储气罐内；

第一温度传感器，其设置所述温控管内部，用于测量所述温控管内温控介质的温度T1；

第二温度传感器，其设置在所述尿素罐内，用于测量所述尿素罐内的环境温度T2；

第一气压传感器，其设置所述储气罐内，用于测量所述储气罐内的气体压力P1；以及

控制器，其与所述三通阀、驱动电机、第一温度传感器、第二温度传感器、第一气压传感器电连接，所述控制器用于接收所述第一温度传感器、第二温度传感器和气压传感器的检测结果，并根据检测结果调节所述三通阀和驱动电机的运行状态；

所述控制器对车用固体尿素供氨装置运行状态的控制过程如下：

所述加热机构中还包括电加热管；所述电加热管内含有发热元件，其用于对所述尿素罐内的物料进行辅助加热；所述尾气加热管和电加热管均沿第一通孔进/出所述尿素罐；所述尾气加热管和电加热管延伸至尿素罐内的部分位于所述温控管内；

所述电加热管与所述控制器电连接，所述控制器用于控制所述电加热管的运行状态；

(2)当P1＜p1时，执行下一步骤S2；

(2)当介质温度T1未达到温度区间(t1，t2)时，在保持尾气加热管运行的同时，保持电加热管运行；

其中，t1为低温警戒温度，t1＝130℃；t2为高温警戒温度，t2＝150℃；

S32：持续获取第一温控管内的介质温度T1，并在T1或T2高于高温警戒温度t2时，将所述三通阀切换至尾气不经过所述尾气加热管的直排状态；且/或关闭所述电加热管；

S4：获取储气罐内的实时气体压力P1，判断储气罐内的实时气压是否达到警戒高压p2，并根据检测结果做出如下决策：

(1)当P1≥p2时，将三通阀切换至尾气不经过所述尾气加热管的直排状态，保持所述电加热管关闭，搅拌机构中的驱动电机关闭；

(2)当P1＜p2时，返回重新执行步骤S1所述的步骤。

2.如权利要求1所述的车用固体尿素供氨装置，其特征在于：所述尾气加热管和电加热管位于温控管内的部分呈平行并列或相互缠绕的排列方式；所述尾气加热管和电加热管在温控管中沿主套管的外侧进入主套管内；并沿着主套管顺时针或逆时针的顺序延伸至最近的一个垂直管处，向下延伸并折返重新回到主套管内；再继续向下一个垂直管处延伸，直至达到进入主套管的位置，并沿此位置穿出到所述主套管外；所述尾气加热管和电加热管进\出所述温控管的位置设有密封结构。

3.如权利要求1所述的车用固体尿素供氨装置，其特征在于：所述尿素罐外壁的保温夹层中填充有低导热性的保温发泡材料；所述储气罐的外壁为含有真空夹层的双层结构，所述储气罐外壁的外层还包覆有保温层，所述保温层为保温发泡材料。

4.如权利要求1所述的车用固体尿素供氨装置，其特征在于：所述供氨装置还包括第二气压传感器和真空泵；所述第二气压传感器位于所述尿素罐内，用于检测所述尿素罐内的气压P2；所述真空泵的抽气嘴与所述尿素罐连通，所述真空泵的排气嘴与所述储气罐连通，所述真空泵用于将所述尿素罐内的尿素升华后生成的气体抽吸并转运到所述储气罐内；所述第二气压传感器和真空泵与所述控制器电连接，所述控制器用于接收所述第二气压传感器的检测结果，以及用于控制所述真空泵的运行状态。

5.如权利要求1所述的车用固体尿素供氨装置，其特征在于：所述供氨装置还包括位移传感器和警报装置，所述位移传感器用于检测尿素罐内的尿素余量；所述位移传感器安装在所述尿素罐内壁的顶部，其检测方向朝下；所述位移传感器用于检测所述尿素罐内部的顶端与物料的最高点之间的垂直距离d；所述位移传感器和警报装置与控制器电连接；所述控制器用于接收位移传感器的检测结果，并根据该结果判断所述尿素罐内的尿素余量；所述控制器还用于根据所述尿素余量的判断结果控制警报装置的运行状态，发出关于尿素余量不足的警报信号。

6.如权利要求5所述的车用固体尿素供氨装置，其特征在于：所述控制器对警报装置的控制策略如下：

(1)获取位移传感器的检测结果d；

(2)计算尿素罐内的实时尿素高度h＝H-d，根据h做出判断：

a：当h≥h0，警报装置保持静默；

7.如权利要求5所述的车用固体尿素供氨装置，其特征在于：所述控制器的检测结果通过所述车辆的显示仪表进行显示；所述警报装置发出的警报信号通过车辆的蜂鸣器和显示仪表进行鸣响和频闪提示。

8.如权利要求1所述的车用固体尿素供氨装置，其特征在于：所述尿素罐的投料口处包括倾斜向上延伸的供料管道；所述供料管道延伸至所述车辆的加油口位置，所述供料管道的顶部开口处设置可开合的密封式盖体；所述尿素罐、储气罐的内壁、绞龙叶片和温控管的外壁上设置聚四氟乙烯涂层。