ITTO20100773A1 - Tubazione per un circuito scr di un veicolo - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

del brevetto per invenzione industriale dal titolo:

"TUBAZIONE PER UN CIRCUITO SCR DI UN VEICOLO"

La presente invenzione è relativa ad una tubazione per un impianto SCR e a un impianto SCR comprendente tale tubazione.

Per ottemperare alle sempre più restrittive normative volte a limitare l'inquinamento atmosferico provocato dai gas di scarico da parte degli autoveicoli, si rende necessario attuare un sistema di depurazione denominato SCR ("Selective Catalytic Reduction") nell'impianto di scarico degli autoveicoli stessi, in particolare per i mezzi di trasporto merci e passeggeri, medi e pesanti ("duty trucks" e "heavy trucks").

Il sistema SCR consiste nell'iniezione di una soluzione acquosa al 32,5% di urea tramite aria compressa all'ingresso del catalizzatore, ubicato in corrispondenza del silenziatore dei gas di scarico: nel catalizzatore l'urea reagisce con gli ossidi di azoto contenuti nei gas di scarico, eliminando tali ossidi dalle emissioni in atmosfera.

Per realizzare questo processo è necessario avere a disposizione pertanto la soluzione di urea in un serbatoio, dal quale la soluzione stessa possa essere prelevata per essere iniettata nel catalizzatore, dopo essere stata eventualmente miscelata all'aria compressa, secondo tempi e modi definiti da una centralina elettronica che tiene conto di vari parametri esterni (temperatura, umidità, ecc...) e interni (funzionamento motore, numero di giri, ecc...)

È necessario che la soluzione di urea fluisca nell'impianto per tutto l'intervallo delle temperature di lavoro degli autoveicoli, ossia per temperature da -40°C a 80°C, e per ogni condizione di portata (0 ÷ 5,5 lt/h).

Tuttavia, la soluzione di urea è funzionale solo in fase liquida, e la sua temperatura di congelamento è pari a circa -11°C. Pertanto, qualora il mezzo di trasporto possa permanere a temperature al di sotto di tale valore, occorre dotare il sistema SCR di tubazioni riscaldate elettricamente .

A tale scopo, in genere, le tubazioni degli impianti SCR sono munite di una resistenza elettrica avvolta a spirale. In uso, durante lo stazionamento delle vetture dotate del sistema SCR, a temperature inferiori a -12°C la soluzione di urea congela: all'avviamento del motore dopo lo stazionamento, le tubazioni contenenti la soluzione di urea vengono immediatamente riscaldate mediante passaggio di corrente elettrica.

Una tubazione per un impianto SCR viene normalmente alloggiata almeno parzialmente nel vano chiuso dal cofano e normalmente sono presenti stringenti requisiti di layout per identificare il percorso dei tubi.

Allo scopo di rispondere a tali esigenze di layout, un tubo SCR deve comprendere almeno uno strato conformabile in modo da mantenere una forma predefinita durante il montaggio e l'uso a bordo del veicolo.

Lo scopo della presente invenzione è di realizzare una tubazione SCR in grado di soddisfare l'esigenza sopra specificata e, allo stesso tempo, di ridurre i costi di produzione e di aumentare l'efficienza del trasferimento di calore fra la resistenza elettrica e la soluzione di urea.

Lo scopo della presente invenzione viene raggiunto tramite una tubazione secondo la rivendicazione 1.

L'invenzione verrà ora descritta con riferimento al disegni annessi, che ne illustrano degli esempi di attuazione non limitativi, in cui:

la figura 1 è uno schema di un impianto SCR per un autoveicolo;

- la figura 2 illustra schematicamente una tubazione riscaldabile di un impianto SCR di un autoveicolo;

la figura 3 illustra, in vista prospettica con elementi asportati per chiarezza, un particolare della tubazione riscaldabile secondo la presente invenzione.

In figura 1, con 1 è indicato un impianto SCR (schematicamente illustrato) di un autoveicolo, comprendente un serbatoio 2 contenente una soluzione di urea al 35%, un modulo pompa 3, ed un modulo dosatore 4, il quale miscela eventualmente la soluzione di urea ad aria compressa per inviarla in un catalizzatore 5 (schematicamente illustrato) dell'autoveicolo stesso.

Il modulo pompa 3 è collegato al modulo dosatore 4 mediante una linea 6 di mandata, e al serbatoio 2 mediante una linea 7 di aspirazione ed una linea 8 di ricircolo. Le linee 6-8 comprendono rispettive tubazioni 9, le quali sono riscaldabili mediante corrente elettrica e sono collegate agli altri componenti dell'impianto 1 mediante raccordi.

In particolare, ciascuna tubazione 9 comprende (figura 2) almeno un tubo 10 all'interno del quale fluisce la soluzione di urea, almeno una resistenza elettrica 11 disposta a contatto del tubo 10 e una copertura tubolare 12 che alloggia sia il tubo 10 che la resistenza elettrica 11. La tubazione 9 comprende inoltre una coppia di connettori C, preferibilmente rapidi.

In particolare, il tubo 10 può essere monostrato o multistrato. Se monostrato, il tubo 10 viene realizzato di una materiale a base di poliammide, preferibilmente o una poliammide 12 o una poliammide il. Alternativamente, il tubo 10 è multistrato e comprende uno strato interno in PA il o PA 12 e uno strato esterno di una poliammide configurata per essere conduttiva al calore e all'elettricità per facilitare la conduzione del calore prodotto dalla resistenza elettrica il. La conducibilità termica ed elettrica sono positivamente correlate e nel seguito il materiale polimerico verrà identificato per semplicità solo con riferimento alla caratteristica elettrica della resistenza superficiale. Preferibilmente, lo strato esterno presenta una resistenza elettrica superficiale inferiore a 10<Λ>6 Ohm/square; ancor più preferibilmente il materiale polimerico comprende una poliammide e ancor più preferibilmente la poliammide è una PA12. Ad esempio, il materiale polimerico è prodotto dalla UBESTA ® serie 3020. Secondo una forma di realizzazione preferita, il materiale polimerico presenta una resistenza superficiale inferiore a 5*10<Λ>4 Ohm/square. ;Il tubo 10 può essere circondato da una calza 13. Preferibilmente, la calza 13 è intrecciata e almeno uno dei filamenti è costituito dalla resistenza elettrica il. Secondo una forma di realizzazione preferita, i filamenti della calza 13 ad esclusione della resistenza elettrica il, sono realizzati di un materiale polimerico elettricamente isolante, ad esempio un elastomero fluorurato. Vantaggiosamente, tale elastomero comprende trailuoroetilene ed esafluoropropene, il primo per soddisfare i requisiti di resistenza meccanica e di isolamento elettrico e il secondo per migliorare la resistenza contro sostanze chimicamente aggressive, come l'ammoniaca, i cui residui e/o vapori possono essere presenti in uso. ;E' possibile che la calza 13 comprenda più filamenti 14, 15 di resistenza elettrica, opportunamente separati da filamenti preferibilmente di materiale elettricamente non conduttivo per evitare con un maggiore livello di sicurezza cortocircuiti lungo lo sviluppo longitudinale della calza stessa. Preferibilmente, i filamenti 14, 15 di resistenza elettrica il sono equidistanti fra loro e non si incrociano lungo lo sviluppo longitudinale della calza 13. In questo modo, sono separati da uno o più filamenti di materiale elettricamente isolante ad essi paralleli e sono incrociati esclusivamente da filamenti di materiale elettricamente isolante. E' così possibile prevedere curve strette per il tubo 10 ed evitare contemporaneamente cortocircuiti poiché i filamenti sono distanziati. Inoltre, a maggiore sicurezza contro cortocircuiti elettrici, i filamenti 14, 15 di resistenza elettrica il sono coperti da una guaina di materiale elettricamente isolante. Vantaggiosamente, anche la guaina comprende un elastomero fluorurato, preferibilmente comprende sia tetrafluoretilene che esafluoropropene . ;I filamenti 14, 15 si possono collegare elettricamente a rispettivi terminali esterni (non illustrati) portati e preferibilmente almeno parzialmente annegati nel corpo dei connettori C. In particolare, i fili 14, 15 presentano una rispettiva coppia di terminali di ingresso e uscita uscenti dalla copertura tubolare 12. Tali terminali possono essere a loro volta o connessi all'impianto elettrico di bordo, o a una seconda tubazione 9 adiacente o ai terminali dei connettori C. ;La copertura tubolare 12 può essere sia un monostrato che un multistrato. Nel caso sia un monostrato, è preferibilmente realizzata di un materiale poliammidico, ancor più preferibilmente di una poliammide 12. ;Durante l'assemblaggio, la copertura tubolare 12 viene realizzata in modo che il rispettivo asse presenti una geometria bidimensionale o tridimensionale (figura 2). Parallelamente sono realizzati il tubo 10, la calza 13 e la resistenza elettrica 11. In particolare, la resistenza elettrica 11 viene intrecciata nella calza 13 e successivamente il preassemblato così ottenuto viene alloggiato all'interno della copertura tubolare 12 che mantiene la propria geometria bidimensionale o tridimensionale dopo la formatura sia in condizioni di montaggio che in condizioni di uso a bordo del veicolo. In particolare, quando il preassemblato viene infilato nella copertura tubolare 12, quest'ultima non richiede nessuna operazione di allargatura elastica o, in ogni caso, altre operazioni che inducano uno stato tensionale interno rilevante della copertura tubolare 12. Ciò è dovuto al fatto che il citato preassemblato viene alloggiato con gioco radiale nella copertura tubolare 12. Il gioco non è necessariamente costante Inoltre, la copertura tubolare 12 presenta una rigidezza alla flessione maggiore rispetto a quella del tubo 10. La rigidezza alla flessione viene definita come: ;k - El ;Dove: E = modulo elastico del materiale della copertura tubolare 12 / tubo 10 ;I = momento d'inerzia flessionale della sezione resistente, pari a, nel caso di sezione a corona circolare con diametro esterno D e diametro interno d: π*(D<A>4-d<A>4)/64.

Preferibilmente, il rapporto fra la rigidezza della copertura tubolare 12 e del semilavorato comprendente il tubo 10 e la calza 13 è maggiore di 30.

Infine, sono applicati i connettori C fissati o al tubo 10 oppure alla copertura tubolare 12.

I vantaggi della tubazione 9 sono i seguenti.

La resistenza elettrica 11 è più vicina al tubo 10 in modo che il calore viene trasferito più efficacemente. La funzione strutturale di 'esoscheletro' viene eseguita dalla copertura tubolare 12 senza che quest'ultima impatti negativamente con la trasmissione del calore fra la resistenza elettrica 11 e la soluzione di urea che fluisce nel tubo 10. Preferibilmente, inoltre, la copertura tubolare 12 è realizzata di un materiale polimerico termicamente isolante per non disperdere il calore generato verso l'ambiente esterno.

La copertura tubolare 12 viene realizzata separatamente rispetto al preassemblato definito dal tubo 10 e dalla resistenza 11. In questo modo è possibile realizzare una bobina in continuo di preassemblato dalla quale ricavare spezzoni della misura adatta per il montaggio nelle relative coperture tubolari 12.

Inoltre, la copertura tubolare 12 richiede una fase di formatura, ad esempio in forno, autoclave o al vapore. Tale fase di formatura è scarsamente compatibile con l'integrità dei contatti elettrici della resistenza elettrica 11 specialmente perché può essere eseguita in presenza di acqua/vapore acqueo. Tramite la presente invenzione è possibile montare la resistenza elettrica 11 nella copertura tubolare 12 a secco e/o a freddo dopo che il processo di formatura della copertura 12 è stato eseguito, consente di preservare maggiormente la resistenza elettrica 11 e di aumentarne l'affidabilità. Successivamente, vengono chiusi tutti i collegamenti elettrici e la copertura tubolare 12 viene sigillata sui connettori C.

Risulta infine chiaro che alla tubazione 9 qui descritta e illustrata è possibile apportare modifiche o varianti senza per questo uscire dall'ambito di tutela come definito dalle rivendicazioni allegate.

La resistenza elettrica 11 può essere applicata in altri modi al tubo 10 senza necessariamente essere intrecciata a formare la calza 13.

Quando è necessario un livello elevato di riscaldamento il numero dei filamenti 14, 15 elettrici aumenta. Allo scopo di mantenere simmetrica la calza 13, tali filamenti possono anche essere incrociati. Viene evitato il cortocircuito elettrico perché ciascun filamento elettrico è coperto da una guaina elettricamente isolante.

Claims (11)

1. RIVENDICAZIONI 1. Tubazione per un impianto SCR di un veicolo comprendente un tubo (10) per addurre una soluzione di urea, una resistenza elettrica (11) circondante il detto tubo (10) per riscaldare la soluzione di urea, e uno strato (12) avente una rigidezza flessionale superiore rispetto a quella del detto tubo (10), caratterizzata dal fatto che il detto strato (12) è tubolare e alloggia almeno parzialmente la detta resistenza elettrica (11) e il detto tubo (10).
2. 2. Tubazione secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che il detto strato (12) è preformato.
3. 3. Tubazione secondo una delle rivendicazioni 1 o 2, caratterizzato dal fatto che il detto tubo (10) e la detta resistenza elettrica (11) sono alloggiate con gioco radiale nel detto strato (12).
4. 4. Tubazione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che il rapporto fra la rigidezza flessionale del detto strato (12) e quella del detto tubo (10) è superiore a 30.
5. 5. Tubazione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto di comprendere un primo e un secondo connettore (C) comprendenti un corpo e rispettivi terminali elettrici almeno parzialmente annegati nel relativo corpo, i detti terminali essendo collegati elettricamente alla detta resistenza elettrica (11) 6. Tubazione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizza dal fatto che il detto tubo (10) è un multistrato e comprende uno strato esterno di un materiale polimerico termicamente ed elettricamente conduttivo avente una resistenza superficiale inferiore a 10<Λ>
6. 6 Ohm/square.
7. 7. Tubazione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni dalla 1 alla 5, caratterizzata dal fatto che il detto tubo (10) è monostrato a base di un materiale poliammidico .
8. 8. Tubazione secondo la rivendicazione 7, caratterizzata dal fatto che il detto strato (12) è un monostrato a base di PAI2.
9. 9. Tubazione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che la detta resistenza elettrica (11) comprende almeno un filamento (14; 15) di un materiale elettricamente conduttivo e una pluralità di filamenti di materiale elettricamente isolante intrecciati al detto almeno un filamento (14; 15).
10. 10. Tubazione secondo la rivendicazione 9, caratterizzata dal fatto che il detto almeno un filamento (14; 15) è ricoperto da una guaina di materiale elettricamente isolante.
11. 11. Metodo di realizzazione di una tubazione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente le seguenti fasi: - preformare il detto strato (12) tubolare; - produrre un preassemblato comprendente il detto tubo (10) e il detto strato (12); infilare il detto insieme nel detto strato (12) tubolare dopo che il detto strato (12) è stato preformato.