CN215927522U

CN215927522U - 储热式尿素预热系统及车辆

Info

Publication number: CN215927522U
Application number: CN202121429786.0U
Authority: CN
Inventors: 王培伦; 李敏; 隋博; 张继刚
Original assignee: Weichai Power Co Ltd
Current assignee: Weichai Power Co Ltd
Priority date: 2021-06-25
Filing date: 2021-06-25
Publication date: 2022-03-01
Anticipated expiration: 2031-06-25

Abstract

本实用新型提供一种储热式尿素预热系统及车辆，储热式尿素预热系统，包括中转尿素容器，为导热件，设有入口和出口，入口与尿素箱连通；尿素管路，连通出口与尿素喷嘴；蓄热式换热器，内设蓄热式介质；对外换热件，连通热源并伸入蓄热式换热器；加热组件，设有吸热件和放热件，吸热件伸入蓄热式换热器内与蓄热式介质接触，吸热件的吸热出口连通放热件，放热件包括环绕设置于中转尿素容器和尿素管路的外周的加热套。本实用新型预先对蓄热式换热器蓄热，利用加热组件与蓄热式换热器换热，以对尿素管路和中转尿素容器预热，能够及时融化加热系统管道内结晶的尿素介质。

Description

储热式尿素预热系统及车辆

技术领域

本实用新型涉及汽车尾气处理技术领域，尤其涉及一种储热式尿素预热系统及车辆。

背景技术

SCR(Selective Catalytic Reduction，选择性催化还原技术)系统是针对柴油车排放尾气中NO_x的一项处理系统。SCR系统主要由尿素箱、尿素喷射系统和催化反应装置组成，其处理过程是将尿素溶液喷射到柴油机排气管道中，在催化剂和废气温度作用下，尿素溶液释放NH₃与废气中的NO_x进行还原反应，生成N₂，降低NO_x的排放。

一般地，尿素箱中的尿素在-11℃左右开始结晶，会导致SCR系统管路堵塞，尿素喷射系统不能正常工作，进而影响柴油机的尾气排放。因此，需要对SCR系统进行加热，以保证尿素喷射系统的正常使用。目前，SCR系统的加热装置有两种，一种是在尿素箱内布置发动机冷却液管道，利用冷却液的温度加热尿素箱，另一种是对尿素喷射系统中的尿素泵设置加热装置。

然而，上述加热装置不能加热系统管道，不能及时融化加热系统管道内结晶的尿素介质。

实用新型内容

为了解决背景技术中提到的至少一个问题，本实用新型提供一种储热式尿素预热系统，能够及时融化加热系统管道内结晶的尿素介质。

为了实现上述目的，第一方面，本实用新型提供一种储热式尿素预热系统，设置于车辆的尿素箱和尿素喷嘴之间，包括：中转尿素容器，设有入口和出口，所述中转尿素容器为导热件，所述入口与所述尿素箱连通；尿素管路，连通所述出口与所述尿素喷嘴；蓄热式换热器，内设蓄热式介质；对外换热件，伸入所述蓄热式换热器并与所述蓄热式介质互相接触，所述对外换热件与热源连通；加热组件，包括吸热件和放热件，所述吸热件包括主体部分、设于主体部分两端的吸热入口和吸热出口，所述主体部分伸入所述蓄热式换热器内并与所述蓄热式介质接触，所述吸热出口连通所述放热件，所述放热件包括环绕设置于所述中转尿素容器和所述尿素管路的外周的加热套，所述吸热件和所述放热件内填充有加热介质。

作为本实用新型第一方面的进一步方案，所述加热套与所述吸热入口连通。

作为本实用新型第一方面的进一步方案，所述加热套相邻于所述尿素喷嘴处的部分与所述吸热出口连通，所述加热套对应于所述中转尿素容器处的部分与所述吸热入口连通。

作为本实用新型第一方面的进一步方案，所述中转尿素容器为金属件。

作为本实用新型第一方面的进一步方案，所述加热组件上安装有驱动加热介质循环的动力装置；所述加热组件设置有用于填充加热介质的补充口，所述补充口安装有阀门。

作为本实用新型第一方面的进一步方案，所述对外换热件包括对外换热盘管，所述吸热件包括吸热盘管。

作为本实用新型第一方面的进一步方案，还包括控制器，所述尿素箱与所述中转尿素容器之间的管路上安装有第一控制阀，所述加热组件上安装有第二控制阀，所述中转尿素容器安装有温度检测件，所述第一控制阀、所述第二控制阀和所述温度检测件均与控制器电连接。

作为本实用新型第一方面的进一步方案，所述蓄热式换热器的外部包裹有保温层。

第二方面，本实用新型还提供一种车辆，所述车辆安装有SCR系统，所述SCR系统包含上述的储热式尿素预热系统。

作为本实用新型第二方面的进一步方案，对外换热件连通所述车辆的排气管。

本实用新型提供一种储热式尿素预热系统及车辆。该储热式尿素预热系统设置蓄热式换热器，可以预先吸收热源的热量，并进行蓄热储热；利用加热组件从蓄热式换热器的储热吸热，以对尿素管路和中转尿素容器预热，从而使结晶的尿素介质解冻为尿素溶液。该储热式尿素预热系统结构合理且便于实现，不占用太多空间，还能兼顾中转尿素容器和尿素管路的预热，能够及时融化加热系统管道内结晶的尿素介质。该储热式尿素预热系统适用于安装SCR系统的车辆，在车辆启动时，通过加热组件吸收蓄热式换热器的储热，对尿素管路和中转尿素容器预热，使结晶的尿素介质解冻为尿素溶液；该安装SCR系统的车辆结构改进合理，不占用太多空间，还能兼顾中转尿素容器和尿素管路的预热，能够及时融化加热系统管道内结晶的尿素介质。

本实用新型的构造以及它的其他实用新型目的及有益效果将会通过结合附图而对优选实施例的描述而更加明显易懂。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例一提供的储热式尿素预热系统的结构示意图；

图2为本实用新型实施例一提供的蓄热式换热器的结构示意图。

附图标记说明：

1-尿素箱；11-第一控制阀；

2-中转尿素容器；A-入口；B-出口；21-温度检测件；

3-尿素管路；

4-蓄热式换热器；41-保温层；

5-吸热件；C-吸热入口；D-吸热出口；51-放热件；511-连通管；512-加热套；52-第二控制阀；53-动力装置；54-补充口；

6-排气管；61-对外换热件；E-热量入口，F-热量出口；

7-尿素喷嘴。

具体实施方式

SCR系统中尿素箱的尿素溶液在-11℃左右开始结晶，会导致SCR系统管路堵塞，尿素喷射系统不能正常工作，进而影响柴油机的尾气排放。目前，SCR系统的加热装置有两种，一种是在尿素箱内布置发动机冷却液管道，利用冷却液的温度加热尿素箱，这种加热装置只能加热尿箱，不能加热系统管道，若发动机启动瞬间的热量不够，则不能及时融化加热系统管道内结晶的尿素介质。另一种是对尿素喷射系统中的尿素泵设置加热装置，这种加热装置也不能针对加热系统管道，不能及时融化加热系统管道内结晶的尿素介质；且结构较为复杂，成本较高，在温度高于-11℃时，该加热装置便处于停止工作状态，浪费空间。

基于以上问题，本实用新型提供一种储热式尿素预热系统及车辆。该储热式尿素预热系统设置蓄热式换热器，可以预先吸收热源的热量，并进行蓄热储热；利用加热组件从蓄热式换热器的储热吸热，以对尿素管路和中转尿素容器预热，从而使结晶的尿素介质解冻为尿素溶液；该储热式尿素预热系统结构合理且便于实现，不占用太多空间，还能兼顾中转尿素容器和尿素管路的预热，能够及时融化加热系统管道内结晶的尿素介质。该储热式尿素预热系统适用于安装SCR系统的车辆，在车辆启动时，通过加热组件吸收蓄热式换热器的储热，对尿素管路和中转尿素容器预热，使结晶的尿素介质解冻为尿素溶液；该安装SCR系统的车辆结构改进合理，不占用太多空间，还能兼顾中转尿素容器和尿素管路的预热，能够及时融化加热系统管道内结晶的尿素介质。

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型的优选实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的部件或具有相同或类似功能的部件。所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。下面结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明。

实施例一

图1为本实用新型实施例一提供的储热式尿素预热系统的结构示意图；图2为本实用新型实施例一提供的蓄热式换热器的结构示意图。

参照图1和图2所示，本实用新型实施例一提供一种储热式尿素预热系统，设置于车辆的尿素箱1和尿素喷嘴7之间，包括：中转尿素容器2，设有入口A和出口B，中转尿素容器2为导热件，入口A与尿素箱1连通；尿素管路3，连通出口B与尿素喷嘴7；蓄热式换热器4，内设蓄热式介质；对外换热件61，伸入蓄热式换热器4并与蓄热式介质互相接触，对外换热件61与热源连通；加热组件，包括吸热件5和放热件51，吸热件5包括主体部分、设于主体部分两端的吸热入口C和吸热出口D，主体部分伸入蓄热式换热器4并与蓄热式介质接触，吸热出口D连通放热件51，放热件51包括环绕设置于中转尿素容器和尿素管路的外周的加热套512，吸热件和放热件内填充有加热介质。

本实施例储热式尿素预热系统适用于安装SCR系统的车辆。SCR系统主要包括尿素箱、尿素喷嘴和催化反应装置。储热式尿素预热系统主要涉及对尿素箱和尿素喷嘴之间的改进，包括增设或改进中转尿素容器2、尿素管路3、蓄热式换热器4、对外换热件61和加热组件。

中转尿素容器2作为盛装尿素的中转容器，可以制作为箱体、盒状、罐状等。中转尿素容器2由导热材质制作为导热件，便于从放热件51的加热套512吸收热量，将内部已经结晶的尿素介质融化为尿素溶液。中转尿素容器2的入口A开设于顶部，并通过管道与车辆原有的尿素箱1连通，便于及时补充尿素溶液。中转尿素容器2的出口B开设于底部，并通过尿素管路3与车辆原有的尿素喷嘴7，保证尿素溶液能顺畅流动至尿素喷嘴7。

蓄热式换热器4包括壳体，壳体内填充有蓄热式介质。蓄热式介质选用现有技术中的材料，如选用熔融盐和金属等无机类相变蓄热材料，或选用石蜡类有机相变蓄热材料。

蓄热式换热器4的壳体内填充颗粒状分散状态的蓄热式介质，对外换热件61伸入分散状态的蓄热式介质，对外换热件61的表面与蓄热式介质直接接触。对外换热件61的热量入口E和热量出口F伸出蓄热式换热器的壳体，热量入口E连通热源，将热源的热量引入对外换热件61，借助对外换热件61的热传导作用，与对外换热件61接触的蓄热式介质吸收热源的热量升温，为后续预热中转尿素容器2和尿素管路3储备热量，换热后的热源从热量出口F排出。

加热组件包括吸热件5和放热件51。吸热件5和放热件51内通入有加热介质。吸热件5包括主体部分，主体部分的两端分别设为吸热入口C和吸热出口D。吸热件5的主体部分伸入蓄热式换热器4的壳体内部，主体部分的表面与蓄热式介质接触。加热介质由吸热件5的吸热入口C进入主体部分，加热介质通过主体部分与蓄热式介质间隔接触，借助主体部分的热传导作用，加热介质吸收蓄热式介质储存的热量升温。放热件51与吸热件5的吸热出口D连通。放热件51包括加热套512，加热套512设置为环绕中转尿素容器2和尿素管路3外周的环套，环套与中转尿素容器2和尿素管路3的外壁留有供加热介质流动的空间，且环套与吸热件5的吸热出口D连通。升温后的加热介质经由吸热出口D流动至环套，对中转尿素容器2和尿素管路3内结晶的尿素介质加热，使结晶的尿素介质融化为尿素溶液。

本实施例储热式尿素预热系统，设置蓄热式换热器4，可以预先吸收热源的热量，并进行蓄热储热；利用加热组件从蓄热式换热器4的储热吸热，以对尿素管路3和中转尿素容器2预热，从而使结晶的尿素介质解冻为尿素溶液；该储热式尿素预热系统结构合理且便于实现，不占用太多空间，还能兼顾中转尿素容器2和尿素管路3的预热，能够及时融化加热系统管道内结晶的尿素介质。

进一步地，加热套512与吸热入口C连通。

加热套512通过连通管511分别连通吸热件5的吸热出口D和吸热入口C，使吸热件5和放热件51形成循环回路。循环回路中的加热介质通过吸热件5吸收蓄热式介质的热量升温，从蓄热式换热器4出来的加热介质经由吸热出口D和连通管511进入加热套512，升温的加热介质在加热套512内加热结晶的尿素介质放热降温，放热降温后的加热介质经由连通管511和吸热入口C再次进入吸热件5，吸热件5内的加热介质再次吸收蓄热式介质的热量，如此循环形成闭合回路，加热介质循环利用，能够整体提高热量的利用率。

进一步地，加热套512相邻于尿素喷嘴7处的部分与吸热件5的吸热出口D连通，加热套512对应于中转尿素容器2处的部分与吸热件5的吸热入口C连通。

将加热套512相邻于尿素喷嘴7处的部分连通吸热出口D，加热套512对应于中转尿素容器2处的部分连通吸热入口C，使加热介质的流动与尿素溶液的流动方向相反，增大加热介质与尿素溶液的接触时间，提高换热效率。

进一步地，中转尿素容器2为金属件。

中转尿素容器2选用金属材质制作为金属件，能够提供较高的导热率，便于快速将加热套512内的热量传递给结晶的尿素介质，提高换热效率。

进一步地，加热组件上安装有驱动加热介质循环的动力装置53；加热组件设置有用于填充加热介质的补充口54，补充口54安装有阀门。

加热组件上安装动力装置53，驱动加热介质的循环速度，提高换热速度，缩短结晶的尿素介质融化为尿素溶液的时间，为尾气排放提供时间保障。当加热组件内的加热介质为液体或可呈现流动性质的固体颗粒，动力装置可选泵。当加热组件内的加热介质为气体，动力装置可选风扇。图1中加热介质为空气，动力装置为风扇。加热组件上还设置补充口54，用于补充加热介质，弥补循环回路中加热介质的损耗，提高循环换热效率。

进一步地，对外换热件61包括对外换热盘管，吸热件5包括吸热盘管。

将对外换热件61和吸热件5设置为盘管形式，盘管的管径变小，且以盘绕方式穿插在蓄热式介质之间，增大了与蓄热式介质接触的面积，提高了换热效率。

进一步地，还包括控制器，尿素箱1与中转尿素容器2之间的管路上安装有第一控制阀11，加热组件上安装有第二控制阀52，中转尿素容器2安装有温度检测件21，第一控制阀11、第二控制阀52和温度检测件21均与控制器电连接。

根据预设程序，车辆启动时，控制器控制打开第二控制阀52实现加热介质在吸热件5吸热、放热件51放热的循环回路，快速将结晶的尿素介质融化为尿素溶液。控制器还可以控制打开第一控制阀11，实现尿素箱1对中转尿素容器2的尿素溶液补充，保证正常工作。

温度检测件21检测中转尿素容器2内的温度值，将温度值传递给控制器，控制器根据预设程序判断结晶的尿素介质是否已经完全融化为尿素溶。

当车辆启动预设时间，或者控制器根据温度检测件21检测的温度值判断，或者由于其他因素，确认结晶的尿素介质均已融化为尿素溶液或不需要开启储热式尿素预热系统时，控制器获取关闭储热式尿素预热系统的控制信号，关闭第二控制阀52，结束加热介质的循环，通过控制器与第二控制阀52、第一控制阀11和温度检测件21的连接，实现自动化操作，综合利用能源。

进一步地，蓄热式换热器4的外部包裹有保温层41。

蓄热式换热器4的外部包裹有保温层41，保温层41可选保温棉等，避免蓄热式介质对外散热，防止热量损失，提高热效率。

实施例二

在上述实施例一的基础上，本实用新型实施例二提供一种车辆，车辆安装有SCR系统，SCR系统包含上述的储热式尿素预热系统。

进一步地，对外换热件61连通车辆的排气管6。

一种可选的结构是如图2所示，将对外换热件61串联在排气管6上作为排气管6的一部分；另一种图中未示出的可选的结构是，对外换热件61作为支路连通在排气管6上，在连通处安装三通阀控制尾气的排放路径。对外换热件利用尾气作为热源，尾气进入蓄热式换热器4换热后再排出，充分利用了尾气的热量，不需要外界热源，节约能源，且不需要大的结构改动。其中，蓄热式换热器仅为一种示例性图示，只要满足蓄热功能的装置均适用，且尾气与加热介质的流向可以如图2同向流动，也可以反向流动。同理，加热介质与加热套内尿素溶液的流向也可以相同或相反。

本实施例车辆，适用于安装有SCR系统的车辆，于SCR系统中安装上述的储热式尿素预热系统，在车辆启动时，通过加热组件吸收蓄热式换热器4的储热，对尿素管路3和中转尿素容器2预热，使结晶的尿素介质解冻为尿素溶液；该安装有SCR系统的车辆结构改进合理，不占用太多空间，还能兼顾中转尿素容器2和尿素管路3的预热，能够及时融化加热系统管道内结晶的尿素介质。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应作广义理解，例如，可以使固定连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或者两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。术语“上”、“下”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或者位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或者暗示所指的装置或者元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非是另有精确具体地规定。

本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims

1.一种储热式尿素预热系统，其特征在于，设置于车辆的尿素箱和尿素喷嘴之间，包括：

中转尿素容器，设有入口和出口，所述中转尿素容器为导热件，所述入口与所述尿素箱连通；

尿素管路，连通所述出口与所述尿素喷嘴；

蓄热式换热器，内设蓄热式介质；

对外换热件，伸入所述蓄热式换热器并与所述蓄热式介质互相接触，所述对外换热件与热源连通；

加热组件，包括吸热件和放热件，所述吸热件包括主体部分、设于主体部分两端的吸热入口和吸热出口，所述主体部分伸入所述蓄热式换热器内并与所述蓄热式介质接触，所述吸热出口连通所述放热件，所述放热件包括环绕设置于所述中转尿素容器和所述尿素管路的外周的加热套，所述吸热件和所述放热件内填充有加热介质。

2.根据权利要求1所述的储热式尿素预热系统，其特征在于，所述加热套与所述吸热入口连通。

3.根据权利要求2所述的储热式尿素预热系统，其特征在于，所述加热套相邻于所述尿素喷嘴处的部分与所述吸热出口连通，所述加热套对应于所述中转尿素容器处的部分与所述吸热入口连通。

4.根据权利要求1-3任一项所述的储热式尿素预热系统，其特征在于，所述中转尿素容器为金属件。

5.根据权利要求1-3任一项所述的储热式尿素预热系统，其特征在于，所述加热组件上安装有驱动加热介质循环的动力装置；所述加热组件设置有用于填充加热介质的补充口，所述补充口安装有阀门。

6.根据权利要求1-3任一项所述的储热式尿素预热系统，其特征在于，所述对外换热件包括对外换热盘管，所述吸热件包括吸热盘管。

7.根据权利要求1-3任一项所述的储热式尿素预热系统，其特征在于，还包括控制器，所述尿素箱与所述中转尿素容器之间的管路上安装有第一控制阀，所述加热组件上安装有第二控制阀，所述中转尿素容器安装有温度检测件，所述第一控制阀、所述第二控制阀和所述温度检测件均与所述控制器电连接。

8.根据权利要求1-3任一项所述的储热式尿素预热系统，其特征在于，所述蓄热式换热器的外部包裹有保温层。

9.一种车辆，其特征在于，所述车辆安装有SCR系统，所述SCR系统包含权利要求1-8中任一项所述的储热式尿素预热系统。

10.根据权利要求9所述的车辆，其特征在于，对外换热件连通所述车辆的排气管。