固體儲氨系統(tǒng)的氨氣計量方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及到一種固體儲氨系統(tǒng)的氨氣計量方法，其特征在于具體步驟如下：1）發(fā)動機的工況信號由ECU發(fā)出，指令DCU根據(jù)系統(tǒng)的溫度高低輸出信號給電磁閥改變開度；控制固體儲氨材料中的氨氣均勻輸出；2）當DCU獲得模擬信號的輸入，并且當壓力傳感器的顯示內(nèi)部壓力大于200kpa，并且當溫度傳感器顯示內(nèi)部的溫度大于60℃，才啟動5-電磁閥；采用溫度傳感器、壓力傳感器、過濾器、穩(wěn)壓閥和電磁閥組合使用，適應于國4以及以上的排放標準所用SCR中，也適用于未來的FCEV技術；其思路巧妙，工藝簡單，易于控制，成本低廉，安全可靠，易于維護，精度高等優(yōu)點。
【專利說明】固體儲氨系統(tǒng)的氨氣計量方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種固體儲氨系統(tǒng)的氨氣計量方法，應用于汽車尾氣的SCR后處理系統(tǒng)以及FCEV燃料電池系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]當前，全球面臨能源和環(huán)境的綜合挑戰(zhàn)。在傳統(tǒng)汽車的排放達標的技術手段選擇方面，以及新能源汽車的燃料供給技術方面人們?nèi)匀幻媾R不少的難題。
[0003]SCR后處理系統(tǒng)是依靠尿素還原劑的精確供給并在催化劑的前端分解成氨氣后來去除NOX危害物，達到凈化尾氣的目的，實現(xiàn)車輛的國4或以上的標準的達標，但是，在實際使用中，這種依靠尿素分解成氨氣的液體尿素的計量噴射存在許多的不足和難點，例如，尿素溶液在-1re環(huán)境下結冰堵塞的問題,需要額外的管路加熱系統(tǒng)來解決；尿素溶液在135°C以上的溫度環(huán)境下才能分解，而公交系統(tǒng)的許多車輛走走停停，根本無法達到尿素溶液穩(wěn)定的分解溫度的，無法產(chǎn)出氨氣，無法消除預定的NOX成分，最后造成液體尿素在排氣管中的積累，生產(chǎn)三聚氰胺的聚合物，堵塞尿素噴嘴和發(fā)動機排氣管，致使車輛產(chǎn)生故障，影響正常的使用，此外，如果國4以上的主流車輛全面使用SCR系統(tǒng)，涉及到全國約15萬個加油站點重新建設液體尿素加注基礎設施的問題，由于投資巨大，目前，仍沒有看到政府和企業(yè)動手完善該基礎設施，成為SCR使用中的一個潛在的巨大問題；
對于突破能源困境，解決未來能源問題的新能源汽車發(fā)展問題，氫燃料電池被公認是一個極為重要的技術路線；但是，如何穩(wěn)定的獲得氫氣來源是個制約本領域發(fā)展的不小的難題，在所有可能被采用的氫氣來源方式中，有高壓氣瓶儲氫的技術路線、有電解水制氫的技術路線、有高純烴類石油燃料裂解制氫的技術路線、低分子醇類裂解制氫的技術路線以及其它H-N的含氫的前驅(qū)體分解或裂解制氫的技術路線，上述技術路線中，都存在若干問題和不足，例如，制氫效率和成本，制氫精度和速率，也包括系統(tǒng)方面的問題，總之，氫的來源是燃料電池車輛發(fā)展的瓶頸，需要人們想法進行解決；
氫的前驅(qū)體其中之一是H-N含氫的化合物，其中，儲氫密度最高的是氨氣。氨氣是一種最常見的化工原料，氨氣分子屬于活潑的極性分子，分子的直徑尺寸約為3?4A，因此，常溫下非常的活潑，極易擴散，并具有毒害性；其毒害性體現(xiàn)在對接觸的皮膚組織都有腐蝕和刺激作用；氨氣在水中的的溶解度極高，所以主要對動物或人體的上呼吸道有刺激和腐蝕作用，此外，氨氣通常以氣體形式吸入人體，氨氣被吸入肺后容易通過肺泡進入血液，破壞運氧功能，短期內(nèi)吸入大量氨氣后會出現(xiàn)流淚、咽痛、咳嗽、胸悶、呼吸困難、頭暈、嘔吐和乏力等；若長期吸入的氨氣過多，導致血液中氨濃度過高，就會引起心臟的停搏和呼吸停止，危及生命安全；因此，氨氣的使用的最大隱患是安全問題。
[0004]由此可見，解決好氨氣的使用中儲存和安全問題，就可以開辟一條新的氨氣利用的技術路線。
[0005]傳統(tǒng)的氨氣儲存方式是高壓氣瓶，或者是以高濃度氨氣溶于水形成氨水來實現(xiàn)。如果采用高壓氣瓶來儲存氨氣，大批量工業(yè)應用中存在操作方面和密封方面的安全隱患，如果是以高濃氨水的方式，又存在嚴重的腐蝕問題。
[0006]在工業(yè)上，利用金屬鹽與氨氣形成絡合物，通過氨氣的吸附解吸的可逆過程來應用于食品保鮮制冷，首先金屬鹽和氨氣的吸附過程是放熱過程，然后氨氣解吸又吸收熱量，使環(huán)境制冷，因此，某些特定的金屬鹽對氨氣吸附解吸附是基本的物理化學常識。
[0007]依據(jù)化學原理，絡合物又稱配位化合物，凡是由兩個或兩個以上含有孤對電子(或π鍵)的分子或離子作配位體，與具有空的價電子軌道的中心原子或離子結合而成的結構單元稱絡合單元，帶有電荷的絡合單元稱絡離子，電中性的絡合單元或絡離子與相反電荷的離子組成的化合物都稱為絡合物，習慣上有時也把絡離子稱為絡合物，一些堿金屬或堿土金屬，可以和氨形成絡合物的分子結構，例如，絡鹽[Ag(NH3)2]C1和[Cu(NH3)4]SO4、絡酸H2 [PtCl6]、絡堿[Cu (NH3) J (OH) 2等；也指不帶電荷的絡合分子，例如，[Fe (SCN) 3]、[Co(NH3)3Cl3]等。其中，[Cu (NH3)4]SO4硫酸四氨合銅是著名的銅氨絡合物，分子結構的特征成分是，由一定數(shù)量的配體(NH3)陰離子或分子通過配位鍵結合于中心離子(Cu或中性原子)周圍而形成的跟原來組分性質(zhì)不同的分子或離子，這種絡合物是以配位鍵相結合。對于氨合氯化鈣[Ca(NH3)8Cl12],鈣原子空的3d軌道容納氨的孤對電子形成配位鍵，其吸附/解吸附反應式如下，
Ca(NH3)8Cl12 - Ca(_)2a2+_3Cs(NH3)2CI2 Ca_3p2+_Ca(NH3)Cl2 - CaCI2+_
CaCl2吸附NH3后與周圍顆粒緊密相連，形成近乎沒有孔隙的結塊，其余的NH3很難進入到該區(qū)域，從而導致NH3吸附量大大減少，阻礙了氨合氯化鈣絡合物的形成；相比于松散的吸附劑粉末，利用機械直接壓制而成的吸附劑固體塊，氨氣傳輸孔道較少，吸附及解吸附效率低；除此之外，CaCl2吸附NH3后體積膨脹，固體塊容易粉化破碎，影響使用效果。
[0008]為了提高儲氨活性物質(zhì)固體塊的孔隙，增加氨氣傳輸通道，減弱或避免反復吸附和解吸附過程中CaCl2發(fā)生的結塊以及固體塊的粉化破碎，滿足工業(yè)場合的多次循環(huán)使用要求，經(jīng)過我們的不斷試驗研究，提出一種含有碳纖維的多孔儲氨活性混合物及其制備。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的在于提供一種固體儲氨系統(tǒng)的氨氣計量方法，是針對固體氨的系統(tǒng)的氨氣壓力波動以及氣體計量難度較大的情況下的氨氣輸出計量，采用溫度傳感器、壓力傳感器、過濾器、穩(wěn)壓閥和電磁閥組合使用，適應于國4以及以上的排放標準所用SCR中，也適用于未來的FCEV技術；其具有思路巧妙，工藝簡單，易于控制，成本低廉，安全可靠，易于維護，精度高等優(yōu)點。
[0010]本發(fā)明的技術方案是這樣實現(xiàn)的:一種固體儲氨系統(tǒng)的氨氣計量方法，由壓力傳感器，溫度傳感器，固體儲氨材料，防凍液導管，電磁閥，穩(wěn)壓閥，過濾器，氨氣出入口，耐壓罐以及ECU和DCU組成；其特征在于:按照氨氣流動的方向，過濾器安裝在管線最前端，穩(wěn)壓閥在管線的中間，電磁閥在管線的后端；溫度傳感器和防凍液導管安裝在儲氨容器的刻度中心線的下方；溫度傳感器距離中心線的距離為h，范圍在(T0.1H，防凍液導管安裝在中心線與底部的中間位置，1/4H位置，具體步驟如下:I)發(fā)動機的工況信號由E⑶發(fā)出，指令DCU根據(jù)系統(tǒng)的溫度高低輸出信號給電磁閥改變開度；通過壓力傳感器，溫度傳感器，過濾器，電磁閥和穩(wěn)壓閥組合使用，控制固體儲氨材料中的氨氣均勻輸出；2)當DCU獲得模擬信號的輸入，并且當壓力傳感器的顯示內(nèi)部壓力大于200kpa，并且當溫度傳感器顯示內(nèi)部的溫度大于60°C，才啟動電磁閥；ECU接收發(fā)動機信號，控制DCU，讀取壓力傳感器和溫度傳感器的值，判斷壓力是否達到200kpa，溫度是否達到60°C，直到壓力傳感器和溫度傳感器的值達到設定目標，D⑶控制，氨氣經(jīng)過濾器和穩(wěn)壓閥穩(wěn)壓之后經(jīng)電磁閥輸出，電磁閥可以根據(jù)DCU信號控制開度，實現(xiàn)氨氣輸出量的計量功能。
[0011]所述的穩(wěn)壓閥的限壓范圍是200kpa。
[0012]所述壓力傳感器的壓力測量范圍-1OOkpa~250kpa。
[0013]所述的溫度傳感器的溫度測量范圍在_45°C ^lOO0C。
[0014]本發(fā)明的積極效果是解決了固體儲氨材料系統(tǒng)在計量使用中的特定的問題，使系統(tǒng)的可靠性和準確性大大提高，滿足更為苛刻的汽車排放標準要求，有利于汽車行業(yè)減排；具有很高的實用價值，適合于汽車行業(yè)的SCR后處理或未來的FCEV系統(tǒng)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明 的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0016]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的描述，實施例為進一步闡明本發(fā)明的特點，不等同于限制本發(fā)明，對于本領域的技術人員依照本發(fā)明進行的更改，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
[0017]如圖1所示，一種固體儲氨系統(tǒng)的氨氣計量方法，由壓力傳感器1，溫度傳感器2，固體儲氨材料3，防凍液導管4，電磁閥5，穩(wěn)壓閥6，過濾器7，氨氣出入口 8，耐壓罐9以及ECU和DCU組成；其特征在于:按照氨氣流動的方向，過濾器7安裝在管線最前端，穩(wěn)壓閥6在管線的中間，電磁閥5在管線的后端；溫度傳感器2和防凍液導管4安裝在儲氨容器的刻度中心線的下方；溫度傳感器2距離中心線的距離為h，范圍在(T0.1H，防凍液導管4安裝在中心線與底部的中間位置，1/4H位置)具體步驟如下:1)發(fā)動機的工況信號由E⑶發(fā)出，指令DCU根據(jù)系統(tǒng)的溫度高低輸出信號給電磁閥改變開度；通過壓力傳感器1，溫度傳感器2，過濾器7，電磁閥5和穩(wěn)壓閥6組合使用，控制固體儲氨材料中的氨氣均勻輸出；2)當DCU獲得模擬信號的輸入，并且當壓力傳感器I的顯示內(nèi)部壓力大于200kpa，并且當溫度傳感器2顯示內(nèi)部的溫度大于60°C，才啟動電磁閥5 ; E⑶接收發(fā)動機信號，控制D⑶，讀取壓力傳感器I和溫度傳感器2的值，判斷壓力是否達到200kpa，溫度是否達到60°C，直到壓力傳感器I和溫度傳感器2的值達到設定目標，DCU控制，氨氣經(jīng)過濾器7和穩(wěn)壓閥6穩(wěn)壓之后經(jīng)電磁閥5輸出，電磁閥5可以根據(jù)DCU信號控制開度,實現(xiàn)氨氣輸出量的計量功能。
[0018]所述的穩(wěn)壓閥6-的限壓范圍是200kpa。
[0019]所述壓力傳感器的壓力測量范圍-1OOkpa~250kpa。
[0020]所述的溫度傳感器的溫度測量范圍在-45°C ^lOO0C。[0021]實施例1
制備有效體積為32L的不銹鋼耐壓儲罐，把15kg固體儲氨材料填充到儲罐中，并完成充氨；完成防凍液導管，氨氣出入口的連接，完成ECU和DCU的接線，采購市售的精密電磁閥，溫度傳感器，壓力傳感器和穩(wěn)壓閥，按照圖1的布置完成同儲罐的連接；輸氨管上電磁閥之前沒有裝配過濾器；再把系統(tǒng)同8.6L的發(fā)動機臺架配合，其中，防凍液導管連接在發(fā)動機冷卻回路上，以此提供熱源；在發(fā)動機額度轉(zhuǎn)速2100rpm，扭矩為1200 Nm進行可靠性試驗運轉(zhuǎn)，38h后測定SCR出口的NOX超標，凈化率低于預期，判斷為精密電磁閥‘發(fā)卡’，被粉末顆粒堵塞。
[0022]實施例2
采用實施例1所制備的儲氨系統(tǒng)，按照圖1的布置完成同儲罐的連接；輸氨管上電磁閥之前沒有裝配穩(wěn)壓閥；再把系統(tǒng)同8.6L的發(fā)動機臺架配合，其中，防凍液導管連接在發(fā)動機冷卻回路上，以此提供熱源；在發(fā)動機額度轉(zhuǎn)速2100rpm，扭矩為1200 Nm開始進行可靠性試驗運轉(zhuǎn)，在試驗進行Ih時間內(nèi)，系統(tǒng)的壓力傳感器指示的壓力讀數(shù)為550kpa，SCR出口端的氨味明顯，顯示氨氣逃逸量高達125ppm ;判斷為管線中的壓力過高導致的氨氣流量過大所致。
[0023]實施例3
仍采用實施例1所制備的儲氨系統(tǒng)，按照圖1的布置完成同儲罐的連接；輸氨管上電磁閥之前不僅裝配過濾器，也安裝穩(wěn)壓閥；再把系統(tǒng)同8.6L的發(fā)動機臺架配合，其中，防凍液導管連接在發(fā)動機冷卻回路上，以此提供熱源；在發(fā)動機額度轉(zhuǎn)速2100rpm，扭矩為1200Nm開始進行可靠性試驗運轉(zhuǎn)，在試驗進行150h時間內(nèi)，沒有電磁閥發(fā)‘卡’現(xiàn)象發(fā)生，SCR出口端的無明顯的氨味，顯示氨氣逃逸量高達3?7ppm ;判斷為系統(tǒng)正常；
首先，由壓力傳感器和溫度傳感器的顯示結果，來決定系統(tǒng)是否具備釋放氨氣的基本條件，壓力傳感器的顯示內(nèi)部壓力大于200kpa，并且當溫度傳感器顯示內(nèi)部的溫度大于60°C，才啟動電磁閥由‘關’轉(zhuǎn)換到‘開’的工作狀態(tài)；試驗中發(fā)現(xiàn)，南方的夏季，系統(tǒng)暴曬在陽光下系統(tǒng)內(nèi)部的溫度有可能單獨達到60°C以上，隨時間的積累，系統(tǒng)的壓力也會慢慢累積到200kpa的臨界點壓力，但是，此時ECU無信號輸入，系統(tǒng)仍然無法啟動；最終，電磁閥的‘開’后的開度大小又取決于ECU所獲得的發(fā)動機排氣的NOX和溫度，以及發(fā)動機的轉(zhuǎn)速以及燃油消耗量信號輸入；
對于200kpa的壓力設置主要是考慮到只有當系統(tǒng)內(nèi)部能建立起來相對于環(huán)境壓力(IOOkpa)以上的壓力時,逸出的氨氣量充足,才能啟動氨氣向SCR后處理器的輸送；
本發(fā)明的穩(wěn)壓閥的是必須。當完成沖氨的系統(tǒng)剛剛投入使用時，活性材料所吸附的氨充足，同樣，氨氣的逸出速度也非常快，如果車輛重負荷高速連續(xù)行駛，旁通的防凍液的溫度可能會高達9(Tl00°C，此時的系統(tǒng)可能會產(chǎn)生高達70(T900kpa的內(nèi)部壓力，如果不采用穩(wěn)壓閥，氨氣導出管路的壓力也會達到同樣的70(T900kpa，這將大大改變氨氣導出的數(shù)量，影響計量精度，甚至會在SCR后端產(chǎn)生氨氣逃逸，產(chǎn)生新的污染；穩(wěn)壓閥的應用，可以方便的調(diào)節(jié)壓力，不管系統(tǒng)的壓力在20(T900kpa范圍內(nèi)，氨氣導出管路的壓力始終是200kpa，有利于保證電磁閥的計量精度；
過濾器的使用也是必須的。考慮到汽車行駛工況的惡劣和復雜，系統(tǒng)中所填充的固體儲氨材料的密度接近于1，振動中必然會產(chǎn)生‘固體物的粉塵’，如果沒有過濾器，這些粉塵會通過氨氣導出管路進入6-穩(wěn)壓閥和5-電磁閥，造成這些精密部件的失靈和失效；
電磁閥的使用也是必須的。氣體的精密計量是非常困難的，采用精密的質(zhì)量流量計可以滿足計量要求，但是，價格極其昂貴；試驗發(fā)現(xiàn)，依靠DCU的模擬信號輸入，可以方便準確的進行精密電磁閥的開度大小調(diào)整，從而達到氨氣的計量要求；
這樣，本發(fā)明的核心是按照氨氣流動的方向，7-過濾器安裝在輸氨管線最前端，6-穩(wěn)壓閥在管線的中間，5-電磁閥在管線的后端；以此來完成該系統(tǒng)的氨氣的計量和控制；此夕卜，為保證儲氨系統(tǒng)在車輛上穩(wěn)定的運行，另外一些技術細節(jié)的優(yōu)化也必須進行優(yōu)化，例如，2-溫度傳感器和4-防凍液導管安裝在儲氨容器的‘體積’刻度中心線的下方，是為了保證即使是儲罐內(nèi)的氨氣將近耗盡時，加熱和溫度測量的準確可靠。
【權利要求】
1.一種固體儲氨系統(tǒng)的氨氣計量方法，由壓力傳感器、溫度傳感器、固體儲氨材料、防凍液導管、電磁閥、穩(wěn)壓閥、過濾器、氨氣出入口、耐壓罐以及ECU和DCU組成；其特征在于:按照氨氣流動的方向，過濾器安裝在管線最前端，穩(wěn)壓閥在管線的中間，電磁閥在管線的后端；溫度傳感器和防凍液導管安裝在儲氨容器的刻度中心線的下方；溫度傳感器距離中心線的距離為h，范圍在(T0.1H，防凍液導管安裝在中心線與底部的中間位置，1/4H位置；具體步驟如下:I)發(fā)動機的工況信號由ECU發(fā)出，指令DCU根據(jù)系統(tǒng)的溫度高低輸出信號給電磁閥改變開度；通過壓力傳感器，溫度傳感器，過濾器，電磁閥和穩(wěn)壓閥組合使用，控制固體儲氨材料中的氨氣均勻輸出；2)當DCU獲得模擬信號的輸入，并且當壓力傳感器的顯示內(nèi)部壓力大于200kpa，并且當溫度傳感器顯示內(nèi)部的溫度大于60°C，才啟動電磁閥；E⑶接收發(fā)動機信號，控制D⑶，讀取壓力傳感器和溫度傳感器的值，判斷壓力是否達到200kpa，溫度是否達到60°C，直到壓力傳感器和溫度傳感器的值達到設定目標，DCU控制，氨氣經(jīng)過濾器和穩(wěn)壓閥穩(wěn)壓之后經(jīng)電磁閥輸出，電磁閥可以根據(jù)DCU信號控制開度，實現(xiàn)氨氣輸出量的計量功能。
2.根據(jù)權利要求1所述的固體儲氨系統(tǒng)的氨氣計量方法，其特征在于6-穩(wěn)壓閥的限壓范圍是120~200kpa。
3.根據(jù)權利要求1所述的固體儲氨系統(tǒng)的氨氣計量方法，其特征在于所述壓力傳感器的壓力測量范圍-1OOkpa~250kpa。
4.根據(jù)權利要求1所述的固體儲氨系統(tǒng)的氨氣計量方法，其特征在于所述的溫度傳感器的溫度測量范圍在_45°C ^lOO0C。
【文檔編號】F01N9/00GK103541796SQ201310523322
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年10月30日 優(yōu)先權日:2013年10月30日
【發(fā)明者】張克金, 崔龍, 陳慧明 申請人:中國第一汽車股份有限公司