DE102009000411A1 - Vorrichtung zum Speichern und Abgeben von Ammoniak, Antriebsvorrichtung - Google Patents

Vorrichtung zum Speichern und Abgeben von Ammoniak, Antriebsvorrichtung Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (3) zum Speichern und Abgeben von Ammoniak, insbesondere zur Nachbehandlung von Abgas einer Brennkraftmaschine, mit mindestens einem Behälter (9), in dem zumindest bereichsweise ein Ammoniakspeichermaterial (11) angeordnet ist, und mit Mitteln zur Erfassung des Ammoniakgehalts und/oder der Feuchtigkeit in dem Behälter (9), wobei die Mittel zumindest einen in dem Behälter (9) befindlichen Indikatorstoff umfassen, der zumindest eine seiner Stoffeigenschaften in Abhängigkeit vom Ammoniakgehalt und/oder von der Feuchtigkeit verändert. Ferner betrifft die Erfindung eine Antriebsvorrichtung.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Speichern und Abgeben von Ammoniak, insbesondere zur Nachbehandlung vom Abgas einer Brennkraftmaschine, mit mindestens einem Behälter, in dem zumindest bereichsweise ein Ammoniakspeichermaterial angeordnet ist, und mit Mitteln zur Erfassung des Ammoniakgehalts und/oder der Feuchtigkeit in dem Behälter.
  • Ferner betrifft die Erfindung eine Antriebsvorrichtung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einer Brennkraftmaschine und einer einem Abgastrakt der Brennkraftmaschine zugeordneten Vorrichtung zum Speichern und Abgeben von Ammoniak zur Nachbehandlung von Abgas der Brennkraftmaschine.
  • Vorrichtungen und Antriebsvorrichtungen der eingangs genannten Art sind aus dem Stand der Technik bekannt. Häufig werden sie zum Einbringen von gasförmigen Ammoniak in den Abgastrakt einer Brennkraftmaschine beziehungsweise eines Kraftfahrzeugs als Ammoniak-Bereitstellungssystem verwendet, um die in dem Abgas enthaltenen Stickoxide (NOx) mit dem zudosierten Ammoniak an einen speziellen Katalysator in einer selektiven katalytischen Reaktion (SCR) reagieren zu lassen, sodass harmlose Verbindungen wie Stickstoff und Wasser entstehen.
  • Aus der EP 0 932 440 B1 ist beispielsweise ein Verfahren und eine Vorrichtung zur selektiven katalytischen NOx-Reduktion beschrieben, wobei gasförmiges Ammoniak durch Aufheizen eines in einem Behälter eingebrachten Ammoniakspeichermaterials zur Verfügung gestellt wird. Das Ammoniakspeichermaterial ist dabei ein regenerierbares festes Speichermedium, sodass der „entleerte” Behälter wieder mit Ammoniak befüllt werden kann, das dann in dem Ammoniakspeichermaterial gespeichert wird. Im Vergleich zu alternativen Verfahren, bei wel chen beispielsweise das Ammoniak in Form einer flüssigen Lösung einer Ammoniak freisetzenden Vorläufersubstanz bereitgestellt wird, hat dies den Vorteil, dass zum Einen das Ammoniak präzise dosierbar ist, und zum Anderen keine zusätzlichen Gefrierschutzmaßnahmen, beispielsweise im Winterbetrieb, erforderlich werden. Als besonders geeignet haben sich dabei als Ammoniakspeichermaterial Amminkomplexe bildende Metalle beziehungsweise deren Salze, insbesondere Dichloride oder Sulfate der Erdalkalimetalle Magnesium, Kalzium und Strontium herausgestellt.
  • Im Betrieb der Vorrichtung beziehungsweise der Antriebsvorrichtung führt ein abnehmender Ammoniakgehalt beziehungsweise Ammoniak-Beladungsgrad des Ammoniakspeichermaterials zu einer erhöhten Energiemenge, die zum Austrag einer definierten Ammoniakmenge aufgebracht werden muss. Das liegt daran, dass zum Einen nun chemisch fester gebundenes Ammoniak mobilisiert werden muss, und zum Anderen, dass der Anteil an un- oder teilbeladenem Ammoniakspeichermaterial zunimmt, welcher ebenfalls stets mit erwärmt werden muss. Dies macht es wünschenswert, eine Information über den im Behälter verbliebenen Ammoniakgehalt zur Verfügung zu haben. Bekannte Vorrichtungen zur Erfasung des Ammoniakgehalts setzen jedoch den Betrieb der Brennkraftmaschine beziehungsweise einen Ammoniakdosiermengenstrom voraus.
  • Es gibt jedoch Fälle, bei denen der Ammoniakgehalt des Ammoniakspeichermaterials beziehungsweise des Behälters unabhängig vom Fahrzeugbetrieb oder in Abwesenheit eines Ammoniakdosiermengenstroms bekannt sein sollte. Dies ist zum Beispiel der Fall bei sehr strengen Diagnoseanforderungen (OBD), die die Erkennung der Reduktion-Bevorratung unmittelbar ab Dosierbereitschaft fordern. Im Falle der Metallsalzspeicher ist diese jedoch abhängig von der Auslegung und Betriebsstrategie des Ammoniak-Bereitstellungssystems und nicht per se gegeben. Oder auch bei Wartungsarbeiten am Fahrzeug, wie zum Beispiel dem Austausch oder Wiederbefüllen von beispielsweise Ammoniak-Speicherkartuschen, bei denen eine Restbeladung oder der Wiederbefüllungsgrad des Ammoniakspeichermaterials in dem Behälter zu quantifizieren ist.
  • Weiterhin ist es häufig wünschenswert, die Feuchtigkeit in dem Behälter beziehungsweise in dem Ammoniakspeichermaterial infolge von zum Beispiel unge wollter Wassereinschleppung in das Ammoniakbereitstellungssystem beziehungsweise in die Vorrichtung zu quantifizieren.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Mittel zumindest einen in dem Behälter befindlichen Indikatorstoff umfassen, der zumindest eine seiner Stoffeigenschaften in Abhängigkeit vom Ammoniakgehalt und/oder von der Feuchtigkeit verändert. Es ist also ein Indikatorstoff beziehungsweise Indikatormaterial vorgesehen, das in dem Behälter angeordnet ist und dessen zumindest eine Stoffeigenschaft sich in Abhängigkeit vom Füllstand des Ammoniaks und/oder von der Feuchtigkeit verändert. Durch Erfassen beziehungsweise Überwachen der sich verändernden Stoffeigenschaft des Indikatorstoffes kann auf einfache Art und Weise ein Rückschluss auf den Ammoniakgehalt beziehungsweise auf die Feuchtigkeit in dem Behälter gezogen werden. Unter dem Begriff Indikatorstoff ist im Zuge dieser Anmeldung natürlich nicht nur ein einzelnes Indikatorstoff-Molekül, sondern eine gewisse Menge des Indikatorstoffs zu verstehen, die vorteilhafterweise ausreicht, einen wesentlichen Bereich des Behälters beziehungsweise des Ammoniakspeichermaterials abzudecken, sodass eine ausreichend genaue Aussage über den Gesamtzustand der Vorrichtung in Bezug auf den Ammoniakgehalt und/oder die Feuchtigkeit getroffen werden kann.
  • Vorteilhafterweise bindet der Indikatorstoff Ammoniak und/oder Wasser in Form von Komplexen. Wobei zweckmäßigerweise die Affinität solcher Komplexindikatoren hinsichtlich Ammoniak- und/oder Wasserbindung an diejenigen des Ammoniakspeichermaterials angepasst ist, sodass kein Ungleichgewicht bei der Bindung von Ammoniak und/oder Wasser entsteht, welches zu einem verfälschten Ergebnis bei der Bestimmung des Ammoniakgehalts beziehungsweise der Feuchtigkeit führen würde.
  • Zweckmäßigerweise verändert der Indikatorstoff seine Stoffeigenschaft dabei in Abhängigkeit von der Menge an gebundenem Ammoniak und/oder Wasser. Dadurch kann besonders einfach und direkt auf die Menge an in dem Ammoniakspeichermaterial und/oder in dem Behälter befindlichen Ammoniak und/oder auf die Feuchtigkeit geschlossen werden.
  • Weiterhin ist vorgesehen, dass die Mittel eine Einrichtung zum Erfassen der sich verändernden Stoffeigenschaft aufweist. Zweckmäßigerweise sind hierzu einer oder mehrere Sensoren vorgesehen, die geeignet sind, die entsprechende Stoffeigenschaft oder eine Veränderung der entsprechenden Stoffeigenschaft zu erfassen.
  • Vorteilhafterweise handelt es sich bei der sich verändernden Stoffeigenschaft des Indikators um seine Farbe. Somit ist ein Indikatorstoff vorgesehen, der bei abnehmendem Ammoniakgehalt und/oder bei steigender Feuchtigkeit seine Farbe kontinuierlich oder auch schrittweise verändert. Wobei die Farbveränderung sowohl in einem für das menschliche Auge sichtbaren Bereich als auch in einem für das menschliche Auge nichtsichtbaren Bereich stattfinden kann.
  • Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist die Vorrichtung weiterhin mindestens einen Sensor zur Messung des Verhaltens des Indikators im UV/VIS- und/oder NIR/IR-Bereich auf. Durch Messen des Verhaltens des Indikatorstoffs gegenüber elektromagnetischer Strahlung im UV/VIS- (Farbverhalten) und/oder NIR/IR-Bereich (Verhalten gegenüber Schwingungsanregung der gebundenen Wasser- und/oder Ammoniakmoleküle) mithilfe des zumindest einen Sensors kann direkt auf den Ammoniakgehalt und/oder auf die Feuchtigkeit beziehungsweise auf den Ammoniak- und/oder Wasserbeladungszustand geschlossen werden.
  • Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Ammoniakspeichermaterial ein Metallsalz ist. Metallsalze haben sich als besonders geeignet zum Speichern von Ammoniak aufweisendem Gas erwiesen. Verwendbar sind beispielsweise Amminkomplexe bildende Metalle beziehungsweise deren Salze, insbesondere Dichloride oder Sulfate der Erdalkalimetalle Magnesium, Kalzium und Strontium. Weiterhin sind auch Salze der 3d-Nebengruppenelemente Mangan, Eisen, Kobalt, Nickel, Kupfer und Zink und/oder Salze des 4d-Elements Silber zur Speicherung des Ammoniaks beziehungsweise des Ammoniak aufweisenden Gases verwendbar. Besonders bevorzugt ist als Ammoniakspeichermaterial Magnesiumchlorid (MgCl2) vorgesehen. Hierbei sind die folgenden drei Stufen des Ammoniakgehalts beziehungsweise der Ammoniakbeladung beziehungsweise -abgabe bei den Temperaturen T1 bis T3 bekannt, wobei die Temperatur T1 kleiner als die Temperatur T2, und die Temperatur T2 kleiner als die Temperatur T3 ist: Stufe I bei T = T1: [Mg(NH3)6]Cl2 ↔ [Mg(NH3)6-x]Cl2 + xNH3; mit x = 1–4 (1) Stufe II bei T = T2: [Mg(NH3)2]Cl2 ↔ [Mg(NH3)]Cl2 + NH3 (2) Stufe III bei T = T3: [Mg(NH3)]Cl2 ↔ MgCl2 + NH3 (3)
  • Weiterhin ist vorgesehen, dass als Indikatorstoff wasserfeies Kupfer(II)-Chlorid (CuCl2) und/oder wasserfreies Kupfersulfat (CuSO4) verwendet wird. Bevorzugt wird das Kupfersulfat verwendet, da dieses wesentlich stabiler gegenüber einer ungewollten Reduktion des Kupfers von Cu(II) zu Cu(I) ist und daher bei Wärmeeintrag keine Freisetzung von Ammoniumchlorid (NH4Cl) oder Oxidation des Ammoniaks zu befürchten ist. Für Kupfersulfat lassen sich folgende drei Komplexbildungsstufen bei Temperaturen T4 bis T6 angeben, wobei die Temperatur T4 kleiner als T5 und T5 kleiner als T6 ist: Stufe I bei T = T4: [Cu(NH3)6]SO4 ↔ [Cu(NH3)6-x]SO4 + xHN3; mit x = 1–4 (4) Stufe II bei T = T5: [Cu(NH3)2]SO4 ↔ [Cu(NH3)]SO4 + NH3 (5) Stufe III bei T = T6 (irreversible Zersetzung): [Cu(NH3)]SO4 → diverse Cu-Spezies, SO2 NH3 etc. (6)
  • Die Amminkomplexe des Kupfersulfats, gemäß den Gleichungen (4) und (5), besitzen unterschiedliche Farben oder Farbintensitäten, sodass aus der Farb- beziehungsweise Intensitätsänderung direkt auf den Ammoniakgehalt beziehungsweise Beladungsgrad geschlossen werden kann. Die Temperatur T5 für die letzte reversible Komplexbildungsstufe des Kupfersulfats gemäß der Gleichung (5) liegt im Temperaturbereich T2 bis T3 der Magnesium-Amminkomplexe gemäß den Gleichungen (2) und (3), sodass das Kupfersulfat einen besonders geeigneten und sehr stabilen Farbindikator für den Ammoniakfüllstand beziehungsweise Ammoniakgehalt des Magnesiumchlorid-Ammoniakspeichers darstellt.
  • Ferner ist vorgesehen, dass als Indikatorstoff zusätzlich oder alternativ Kobalt(II)-Chlorid (CoCl2) verwendet wird. Mittels des Kobalt(II)-Chlorids kann auf einfache Art und Weise der Wassergehalt beziehungsweise die Feuchtigkeit des Ammoniakspeichermaterials anhand einer Farbänderung erfasst beziehungsweise quan tifiziert werden. Im Wasserfreien Zustand weist das Kobalt(II)-Chlorid eine blaue Farbe auf und wird bei Wasseraufnahme unter Bildung von [Co(H2O)6]Cl2 rosafarben. Natürlich ist die Erfindung nicht nur auf die hier exemplarisch genannen Indikatoren beziehungsweise Indikatorstoffe beschränkt. Vielmehr sind alle Indikatoren, die in Abhängigkeit ihres Ammoniak- und/oder Wassergehalts ihre (Farb-)Eigenschaften ändern und deren Affinität zu Ammoniak mit der des Ammoniakspeichermaterials vergleichbar ist, im Sinne der Erfindung nutzbar.
  • Im Falle einer Farbänderung des Indikatorstoffes im für das menschliche Auge sichtbaren Bereich, ist die Kontrolle des Füllstandes beziehungsweise des Ammoniakgehalts in dem Behälter mit dem bloßen Auge möglich. Hierzu weisen vorteilhafterweise die Mittel zum Erfassen der sich verändernden Stoffeigenschaft (der Farbe) ein Sichtfenster in dem Behälter auf.
  • Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist der Indikatorstoff in wenigstens einem Ammoniakspeichermaterial aufweisenden Bereich und/oder in wenigstens einem ammoniakspeichermaterialfreien Bereich des Behälters angeordnet. Somit ist vorgesehen, dass beispielsweise das Ammoniakspeichermaterial den gesamten Behälter oder nur eine oder mehrere Bereiche des Behälters ausfüllt, wobei der Indikatorstoff in einem der Ammoniakspeichermaterial aufweisenden Bereiche des Behälters und/oder in einem ammoniakspeichermaterialfreien Bereich des Behälters vorgesehen sein kann.
  • Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist in zumindest einem Bereich des Behälters ein wasserabsorbierendes Trockenmittel angeordnet. Wobei das Trockenmittel bevorzugt in zumindest einem ammoniakspeichermaterialfreien Bereich angeordnet beziehungsweise vorgesehen ist. Vorteilhafterweise ist dann in dem das Trockenmittel aufweisenden Bereich der Indikatorstoff zur Erfassung der Feuchtigkeit, bevorzugt das Kobalt(II)-Chlorid (CoCl2) angeordnet.
  • Schließlich ist vorgesehen, dass zumindest einer der Bereiche des Behälters eine Heizvorrichtung aufweist. Sind unterschiedliche Bereiche in dem Behälter vorgesehen, so ist es zweckmäßig, wenn in jedem der Bereiche eine Heizvorrichtung angeordnet ist. Die Heizvorrichtungen dienen zum Wärmeeintrag in das Ammoniakspeichermaterial, sodass Ammoniak freigesetzt und zur Nachbehandlung des Abgases verwendet werden kann.
  • Die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung zeichnet sich aus durch eine Vorrichtung, wie sie oben beschrieben wurde.
  • Im Folgenden soll die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Dazu zeigen:
  • 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer vorteilhaften Antriebsvorrichtung in einer schematischen Darstellung,
  • 2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer vorteilhaften Antriebsvorrichtung in einer schematischen Darstellung und
  • 3 ein drittes Ausführungsbeispiel einer vorteilhaften Antriebsvorrichtung in einer schematischen Darstellung.
  • Die 1 zeigt in einer schematischen Darstellung ein erstes Ausführungsbeispiel einer Antriebsvorrichtung 1, die eine Brennkraftmaschine 2 sowie eine Vorrichtung 3 zum Speichern und Abgeben von Ammoniak, die einem Abgastrakt 4 der Brennkraftmaschine 2 zugeordnet ist, aufweist. Der Abgastrakt 4 umfasst neben einem Oxidationskatalysator 5 einen Dieselpartikelfilter 6, einen optionalen Mischer 7 sowie einen Katalysator 8 zur selektiven katalytischen NOx-Reduktion (SCR-Katalysator). Die Vorrichtung 3 weist einen Behälter 9 auf, in dem Ammoniak gespeichert werden kann. Dem Behälter 9 ist ein Dosierventil 10 zugeordnet, mittels welchem die dem Abgastrakt 4 hinzuzugebende Menge an (gasförmigem) Ammoniak einstellbar ist.
  • In dem Behälter 1 ist ein Ammoniakspeichermaterial 11 angeordnet, das z. B. aus MgCl2 besteht. Weiterhin ist dem Behälter 9 eine Heizvorrichtung 12 zugeordnet, die das Ammoniakspeichermaterail 11 erhitzt und dadurch (gasförmiges) Ammoniak freisetzt. Vorteilhafterweise befindet sich in dem Behälter 3 weiterhin ein Indikatorstoff, der in Abhängigkeit des Ammoniakgehalts und/oder der Feuchtigkeit in dem Behälter 9 seine Farbe verändert. Als Indikatorstoff kann z. B. Kupfersulfat (CuSO4) eingesetzt werden. Vorteilhafterweise bindet der Indikatorstoff Ammoniak und/oder Wasser in Form von Komplexen und verändert seine Farbe in Abhängigkeit der gebundenen Menge an Ammoniak und/oder Wasser, wobei die Affinität des Indikatorstoffs (Komplexindikator) hinsichtlich Ammoniak- und/oder Wasserbindung an diejenige des Ammoniakspeichermaterials 11 angepasst ist. Vorteilhafterweise wird als Ammoniakspeichermaterial 11 Magnesiumchlorid oder Kupfersulfat verwendet, als Indikator bevorzugt Kupfersulfat. Hier sind, wie oben bereits beschrieben, drei unterschiedliche Stufen der Ammoniakbeladung beziehungsweise des Ammoniakgehalts bei unterschiedlichen Temperaturen (T1 bis T3) bekannt. Ein geeigneter Indikatorstoff für Magnesiumchlorid als Ammoniakspeichermaterial ist wasserfreies Kupfer(II)-Chlorid oder wasserfreies Kupfersulfat, wobei letzteres wesentlich stabiler gegenüber einer ungewollten Reduktion des Kupfer(II)-Chlorids ist. Damit ist bei Wärmeeintrag durch die Heizvorrichtung 12 keine Freisetzung von Ammoniumchlorid oder eine Oxidation des Ammoniaks zu befürchten. Der Indikatorstoff ist vorteilhafterweise mit dem Ammoniakspeichermaterial 11 vermengt. Weiterhin ist dem Behälter 9 beziehungsweise der Vorrichtung 3 ein Sensor 13 zugeordnet, mittels dessen die Farbe und/oder die Farbänderungen des Indikatorstoffs erfasst wird. Wobei der Sensor 13 zweckmäßigerweise nicht – wie dargestellt – außerhalb sondern bevorzugt innerhalb des Behälters 9 angeordnet ist. Durch Messung des Verhaltens des Materials gegenüber elektromagnetischer Strahlung im UV/VIS- und/oder NIR/IR-Bereich kann damit direkt auf den Ammoniak- und/oder Wasserbeladungszustand, also auf den Ammoniakgehalt und/oder die Feuchtigkeit in dem Behälter 9, geschlossen werden. Natürlich können auch mehrere entsprechende Sensoren 13 vorgesehen sein.
  • Mittels des vorteilhaften Ammoniakbereitstellungssystems 14, bestehend aus der Vorrichtung 3 sowie dem Dosierventil 10 und den entsprechenden Verbindungsleitungen, ist es möglich, auf einfache Art und Weise sowohl im Betrieb der Brennkraftmaschine 2 als auch bei Wartungsarbeiten oder unter sehr strengen Diagnoseanforderungen den Füllgrad des Ammoniaks und/oder die Feuchtigkeit, also den Feuchtegrad, in dem Behälter 9 zu erfassen.
  • Die 2 zeigt in einer weiteren schematischen Darstellung ein zweites Ausführungsbeispiel der Antriebsvorrichtung 1, wobei aus der 1 bekannte Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind, sodass insofern auf die obenstehende Beschreibung verwiesen wird. Im Unterschied zu dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel weist der Behälter 9 nunmehr mehrere Zonen beziehungsweise Bereiche 15 und 16 auf, die abwechselnd in Serie hintereinander angerodnet sind. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind dabei in den Bereichen 15 das Ammoniakspeichermaterial 11 und in den dazwischen liegenden Bereichen 16 der oder die Indikatorstoffe angeordnet. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind jedem der Bereiche 15, 16 jeweils eine Heizvorrichtung 12 zugeordnet. Dadurch ist ein individuelles Beheizen der unterschiedlichen Bereiche 15, 16 möglich. In diesem Ausführungsbeispiel ist der oder sind die Indikatorstoffe also getrennt von dem Ammoniakspeichermaterial in dem Behälter 9 angeordnet.
  • In der 4 ist ein drittes Ausführungsbeispiel der Antriebsvorrichtung 1 schematisch dargestellt, wobei auch hier bereits bekannte Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind, sodass insofern wiederum auf die obenstehende Beschreibung verwiesen wird. Im Unterschied zu dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel der 2 zeigt die 3 eine Ausführungsform, in welcher in dem Behälter 9 ein Trockenmittel zur Absorption von Wasser vorgesehen ist. Hierdurch wird verhindert, dass sich aufgrund einer zu hohen Feuchtigkeit oder eines hohen Wassergehalts bei entsprechenden Temperaturen Chlorwasserstoff (HCl) in der Vorrichtung und/oder im Abgastrakt 4 der Antriebsvorrichtung 1 bildet und zu Korrosionsschäden führt. Zudem wird verhindert, dass der Chlorwasserstoff in Anwesenheit des Ammoniaks zu Ammoniumchlorid reagiert und dieser sich durch Dissoziation und Resublimation in den kälteren Bereichen der Antriebsvorrichtung niederschlägt. Dies könnte zu Querschnittsverengungen von Verbindungsleitungen oder ein Verschließen von Dosierventilen zur Folge haben.
  • Im Unterschied zu dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel ist nunmehr in den Bereichen 15 das Trockenmittel sowie der Indikatorstoff Kobaltchlorid zur Bestimmung der Feuchtigkeit, und in den Bereichen 16 das Ammoniakspeichermaterial 11 sowie der Indikatorstoff Kupfersulfat zur Erfassung des Ammoniakgehalts vorgesehen. Vorteilhafterweise sind auch hier die unterschiedlichen Bereiche 15, 16 individuell mittels einer jeweiligen Heizvorrichtung 12 beheizbar. Zweckmäßigerweise sind den unterschiedlichen Bereichen 15, 16 des Behälters 9 gemäß dem zweiten und dem dritten Ausführungsbeispiel jeweils mindestens ein Sensor 13 zugeordnet. Mindestens muss zwei unterschiedlichen Bereichen 15, 16 jeweils ein Sensor 13 zugeordnet sein, um sowohl den Ammoniakgehalt als auch die Feuchtigkeit in dem Behälter 9 erfassen zu können. Wobei zur Er fassung der unterschiedlichen Zustände (Ammoniakgehalt/Feuchtigkeit) auch zwei unterschiedliche Sensoren vorgesehen werden können.
  • Grundsätzlich sind alle geometrischen Anordnungen von Indikatorstoff und Ammoniakspeichermaterial denkbar, bei denen Indikatorstoff und Ammoniakspeichermaterial gleichzeitig und kinetisch ungehindert den Gleichgewichtsbedingungen der Ammoniakaufnahme beziehungsweise Ammoniakabgabe folgen können. Das heißt, beide Stoffe (Indikatorstoff und Ammoniakspeichermaterial) müssen mit Ammoniak beziehungsweise Feuchte gleichermaßen in Kontakt kommen können. Wird ein Trockenmittel wie oben beschrieben zur selektiven Wasseraufnahme in das Ammoniakbereitstellungssystem 14 beziehungsweise in die Vorrichtung 3 eingebracht, so werden zweckmäßigerweise die Indikatorstoffe zur Feuchtigkeitserfassung und zur Erfassung des Ammoniakgehalts getrennt voneinander in den jeweiligen Bereichen beziehungsweise Materialien vorgesehen.
  • Alternativ oder zusätzlich zu dem Sensor 13 ist es auch denkbar, in einer Wand des Behälters 9 ein Sichtfenster vorzusehen, mittels dessen die Farbe beziehungsweise die Farbänderung des Indikatorstoffs oder der Indikatorstoffe mit dem bloßen Auge erfasst werden können.
  • Insgesamt bietet die vorteilhafte Antriebsvorrichtung 1, beziehungsweise die Vorrichtung 3 eine einfache und kostengünstige Möglichkeit, den Ammoniakgehalt und/oder die Feuchtigkeit in dem Behälter 9 beziehungsweise in dem Ammoniakbereitstellungssystem 14 zu erfassen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • - EP 0932440 B1 [0004]

Claims (17)

  1. Vorrichtung (3) zum Speichern und Abgeben von Ammoniak, insbesondere zur Nachbehandlung von Abgas einer Brennkraftmaschine, mit mindestens einem Behälter (9), in dem zumindest bereichsweise ein Ammoniakspeichermaterial (11) angeordnet ist, und mit Mitteln zur Erfassung des Ammoniakgehalts und/oder der Feuchtigkeit in dem Behälter (9), wobei die Mittel zumindest einen in dem Behälter (9) befindlichen Indikatorstoff umfassen, der zumindest eine seiner Stoffeigenschaften in Abhängigkeit vom Ammoniakgehalt und/oder von der Feuchtigkeit verändert.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Indikatorstoff Ammoniak und/oder Wasser in Form von Komplexen bindet.
  3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Indikatorstoff in Abhängigkeit von der Menge an gebundem Ammoniak und/oder Wasser seine Stoffeigenschaft verändert.
  4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel eine Einrichtung zum Erfassen der sich verändernden Stoffeigenschaften aufweist.
  5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die sich verändernde Stoffeigenschaft des Indikatorstoffs seine Farbe ist.
  6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung mindestens einen Sensor (13) zur Messung des Verhaltens des Indikatorstoffs im UV/VIS- und/oder NIR/IR-Bereich umfasst.
  7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ammoniakspeichermaterial (11) ein Metallsalz ist.
  8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Metallsalz Magnesiumchlorid und/oder Kupfersulfat verwendet wird.
  9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Indikatorstoff wasserfreies Kupfer(II)-Chlorid und/oder wasserfreies Kupfersulfat verwendet wird.
  10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Indikatorstoff Kobalt(II)-Chlorid verwendet wird.
  11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zumindest ein an dem Behälter (9) angeordnetes Sichtfenster aufweisen.
  12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Indikatorstoff in wenigstens einem Ammoniakspeichermaterial aufweisenden Bereich (15, 16) und/oder in wenigstens einem ammoniakspeichermaterialfreien Bereich (15, 16) des Behälters (9) angeordnet ist.
  13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einem Bereich (15, 16) des Behälters (9) ein wasserabsorbierendes Trockenmittel angeordnet ist.
  14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trockenmittel in zumindest einem ammoniakspeichermaterialfreien Bereich (15) angeordnet ist.
  15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Indikatorstoff Kobalt(II)-Chlorid in dem das Trockenmittel aufweisenden Bereich (15) des Behälters (9) angeordnet ist.
  16. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einem der Bereiche (15, 16) eine Heizvorrichtung (12) zugeordnet ist.
  17. Antriebsvorrichtung (1), insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einer Brennkraftmaschine (2) und einer einem Abgastrakt (4) der Brennkraftmaschine (2) zugeordneten Vorrichtung (3) zum Speichern und Abgeben von Ammoniak, gekennzeichnet durch die Ausbildung der Vorrichtung (3) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche.
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