氨儲存裝置和裝配有該裝置的排氣管線的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供氨儲存裝置和裝配有該裝置的排氣管線。根據本發(fā)明的氨儲存裝置(1)包括：外殼(11)；用以吸收和解吸所述氨的固體材料(13)；和用于加熱所述固體材料(13)的加熱元件(15)。所述裝置(1)包括置于所述外殼(11)中并且具有開孔(27)的金屬泡沫(25)，所述固體材料(13)基本上包含將容納于所述孔(27)中的具有合適尺寸的顆粒(36)。
【專利說明】氨儲存裝置和裝配有該裝置的排氣管線
【技術領域】
[0001]本發(fā)明一般地涉及氨儲存裝置，特別是用于將氨注入機動車輛排氣管線的氨儲存
>J-U ρ?α裝直。
[0002]更具體地，根據第一方面，本發(fā)明涉及氨儲存裝置，所述裝置包括:
[0003]-外殼；
[0004]-用以吸收和解吸氨的固體材料；
[0005]-用于加熱所述固體材料的加熱元件。
【背景技術】
[0006]這樣的裝置例如由ΕΡ2，316，558獲知。該文獻描述，用以吸收或解吸氨的固體材料是金屬鹽，例如MgCl2或SrCl2。
[0007]對于該裝置，有必要有效地加熱固體材料的整個質量(entire mass)，以使氨盡可能多地解吸。例如，當加 熱元件是由通過該裝置外殼的傳導來加熱的電阻元件時，這不易于實現。

【發(fā)明內容】

[0008]在上下文中，本發(fā)明的目的在于提出允許更均勻地加熱固體材料的整個質量的氨
儲存裝置。
[0009]為此，本發(fā)明涉及前述類型的裝置，其特征在于該裝置包括置于所述外殼中并且具有開孔的金屬泡沫(metal foam),所述固體材料基本上包含將容納(housed)在所述孔中的具有合適尺寸的顆粒。
[0010]金屬泡沫使得可以非常有效地將熱傳導至置于孔中的顆粒。
[0011]當顆粒小時，加熱甚至更為有效。
[0012]通常來說，金屬泡沫填充外殼內部體積的大部分，優(yōu)選大于75 % ,更優(yōu)選大于90%的內部體積。
[0013]有利地，固體材料質量的至少50%容納于金屬泡沫的孔中，優(yōu)選固體材料總質量的至少75%，還更優(yōu)選固體材料總質量的至少90%。
[0014]金屬泡沫通常呈現塊的形式，所述塊的形狀與外殼的內部體積大體相配(conjungate)。因此,就圓柱形外殼而言,金屬泡沫塊的形狀同樣為圓柱形。金屬泡沫優(yōu)選地以單件構成單個塊?；蛘?，金屬泡沫由若干個塊構成。
[0015]所述外殼限定閉合的內部體積，具有用于排出解吸的氨的孔口(orifice)。該解吸由固體材料的加熱引起。
[0016]所述孔是開放的，因為它們彼此連通，并且允許從固體材料解吸的氨逃逸到金屬泡沫外側，直至布置在外殼中的出口孔(outlet orifice)。
[0017]所述固體材料是EP2，316，558中描述的有利材料。例如，該固體材料是金屬鹽，例如 MgCl2 或 SrCl2。[0018]所述外殼通常是金屬材料。例如鋼或鋁?；蛘?，所述外殼由復合材料制成。
[0019]單獨考慮或者根據所有技術上可能的組合考慮，所述裝置還可具有以下特征中的一個或更多個。
[0020]有利地，所述泡沫是鋁或鋁合金泡沫。這樣的材料輕質、經濟效益好并且傳熱良好。
[0021]或者，所述泡沫并非由鋁制成，而是由另一種傳熱良好的輕材料(例如鎂)制成。
[0022]通常來說，泡沫開孔的平均直徑為0.1mm至10mm。優(yōu)選地，這些孔的直徑為0.5mm至5mm,還更優(yōu)選為Imm和2mm。
[0023]本申請中的平均直徑指就金屬泡沫的所有孔而言的直徑統(tǒng)計學平均值。例如，孔的直徑對應于其最大尺寸與其最小尺寸之和除以二。
[0024]如上所述，固體材料呈現固體顆粒的形式。當它們未充氨時，這些顆粒的平均直徑有利地為50 μ m至5mm，優(yōu)選60 μ m至500 μ m,通常等于100 μ m至200 μ m。當它們充滿氨時，這些顆粒的直徑通常為300 μ m至400 μ m。
[0025]本申請中的平均直徑指整個顆粒群體的直徑統(tǒng)計學平均值。例如,顆粒的直徑對應于顆粒的最小尺寸與其最大尺寸之和除以二。
[0026]在金屬泡沫的每個孔中，基于孔的尺寸和顆粒的尺寸，存在固體材料的一個或更多個顆粒。
[0027]在一個示例性實施方案中，加熱元件位于筒(cartridge)的外側。例如，加熱元件是壓靠外殼的電阻元件。加熱元件通過經外殼的壁的傳導來加熱。例如，加熱元件包括布置在外殼周圍的一個或更多個電阻，例如電阻絲。或者，加熱元件是傳熱流體在其中循環(huán)的雙殼體。
[0028]根據另一個示例性實施方案，所述加熱元件通過感應或另一種波型經外殼的壁來加熱。
[0029]或者，加熱元件是位于外殼內側的電熱塞(glow plug)。例如，所述電熱塞沿外殼的中軸延伸，并且通過傳導加熱其周圍的材料。所述加熱元件通常包括任選地容納在待保護體的內側的電阻。在這種情況下，金屬泡沫包含旨在接收電熱塞的套(housing)。優(yōu)選地，電熱塞的外表面與套的內表面相接觸。
[0030]或者，加熱元件包括設置在外殼內側的兩個電極和電連接至這兩個電極的發(fā)電機，以使電流在金屬泡沫中循環(huán)。
[0031]例如，兩個電極設置在外殼的兩個相對的端，金屬泡沫容納在兩個電極之間，并且與兩個電極電接觸。由此，金屬泡沫構成電阻元件，將電流轉化成熱。在這種情況下，通常在金屬泡沫與外殼之間提供絕緣層。
[0032]有利地，外部的外殼例如通過焊接剛性地固定于金屬泡沫。
[0033]這可以使外部的外殼變硬，并且提高其機械耐壓性。因此，例如可以降低外殼的壁厚度。
[0034]通常通過多個焊接點或線來將外部的外殼固定于金屬泡沫。
[0035]這些焊接從外殼的外側經該外殼完成。焊接線或點大體均勻地分布于外殼的整個壁。
[0036]根據一個替選實施方案,外殼是與金屬泡沫成一體的皮殼(skin)。[0037]因此，該裝置的結構大大簡化。換言之，外殼由金屬泡沫塊的外部區(qū)域(不包含孔)構成。該區(qū)域的厚度足以確保該裝置的耐壓性。所述皮殼在金屬泡沫塊的制造期間獲得，或者在后續(xù)步驟期間獲得，所述后續(xù)步驟由在金屬泡沫塊外表面的至少一部分處閉合金屬泡沫塊的孔組成。
[0038]根據一個替選實施方案，所述外殼限定具有多個未被金屬泡沫占據的區(qū)的內部體積，所述未被金屬泡沫占據的區(qū)由于被金屬泡沫占據的區(qū)而彼此分離。這些區(qū)通常被固體材料填充。因此，可儲存在外殼中的固體材料的量增加，可得的氨的量也增加。
[0039]或者,這些區(qū)是空的，并且充當氣態(tài)氨的緩沖儲存區(qū)(buffer reservoir)。
[0040]例如，所述區(qū)占內部體積的5 %至50 %，優(yōu)選10 %至30 %，并且例如10 %至20 %。
[0041]根據第二方面，本發(fā)明涉及包括具有上述特征的氨儲存裝置的車輛排氣管線。例如，所述車輛是汽車、多用途車輛或卡車。
[0042]排氣管線通常包括SCR(選擇性催化還原)催化器。氨在緊鄰SCR催化器的上游以氣態(tài)形式注入。在SCR催化器中，氨與NOx反應，并將其轉化為N2。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0043]本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點將由下文中提供的其詳述而明顯，以下詳述結合附圖限制性地提供信息。在附圖中:
[0044]-圖1示出根據本發(fā)明的裝配有氨儲存裝置的排氣管線；
[0045]-圖2示出圖1的儲存裝置的更詳細視圖(橫截面)，其中加熱元件設置在外殼的外側；
[0046]-圖3和圖4是類似于圖2的視圖，示出加熱元件的替選實施方案；
[0047]-圖5是金屬泡沫塊的部分的放大視圖，示出金屬泡沫塊具有形成所述裝置外殼的外部皮殼；以及
[0048]-圖6是類似于圖3的視圖，就一個替選實施方案而言，其中金屬泡沫不完全占據所述外殼的內部體積。
【具體實施方式】
[0049]圖1示出氨儲存裝置I，其用以將氣態(tài)氨流供應至機動車輛排氣管線3。排氣管線3用以捕獲來自車輛的熱力發(fā)動機5燃燒室的排氣。所述排氣管線包括SCR (選擇性催化生產)催化器7。裝置I在SCR催化器的上游將氣態(tài)氨注入排氣管線的管道9。在SCR催化器中，氨NH3與包含在排氣中的NOx反應。NOx被轉化為氣態(tài)N2和水H20。
[0050]裝置I包括外殼11、用以吸收和解吸氨的固體材料13 (示于圖2至圖4)中、和用于加熱所述固體材料的加熱兀件15。外殼11限定閉合的內部體積，具有氨的出口 17。兀件17通過管道19與用于將氨注入排氣管線的注入元件21流體連接。該裝置還包括插入管道19中的計量單元23。計量單元23用以監(jiān)測注入排氣管線3中的氨的量。例如，該計量單元為W02011 / 113454或W02001 / 121196中所述的類型。
[0051]如圖2所示，儲存裝置I包括置于外殼11中并且具有開孔27的金屬泡沫25。在這些圖中，孔的尺寸為了清楚起見而被放大。在所闡述的實施例中，金屬泡沫呈現塊的形式，其形狀與外殼的內部體積大體相配。所述泡沫填充外殼中除與出口 17相連的內部體積區(qū)外的整個內部體積。特別地，它在所述外殼的大部分接觸外殼11。
[0052]例如，外殼11具有總體圓柱形的形狀，具有管狀壁29、封閉管狀壁的一個下端的下底31和具有出口 17并且封閉壁29的上端的上底33。金屬泡沫25與下底31和壁29 二者相接觸。
[0053]內部體積中位于緊鄰上底33之下方的區(qū)35是空的，因為其不包含任何金屬泡沫。
[0054]所述金屬泡沫是鋁泡沫，每個延米通常包含197至1969個孔?？椎闹睆酵ǔ?mm 至 0.Smnin
[0055]所述固體材料是金屬鹽，例如SrCl2。該材料是精細分離的，并且呈現許多顆粒36的形式，其尺寸適于容納于金屬泡沫的孔中。更特別地，固體材料由顆粒36構成，當顆粒36未充氨時，其平均直徑為約100微米。當這些顆粒充滿氨時，其平均直徑為300微米至400微米。為了清楚起見，在圖中，顆粒的尺寸被放大。
[0056]大部分顆粒36容納在金屬泡沫的孔27中。所述顆粒36的一小部分容納在區(qū)35中，區(qū)35位于緊鄰上底33的下方。
[0057]在圖2的示例性實施方案中，加熱元件15是電阻，設置在外殼11的外側。電阻15壓靠外殼11。加熱兀件15包括多個電阻絲,所述電阻絲分布于外殼的整個管狀壁29上。
[0058]在圖3的替選實施方案中，加熱元件是塞37，位于外殼11的內側。于是，金屬泡沫具有套39，套39中接收塞37。例如，塞37沿外殼11的中軸延伸。它由內部的底31支持。例如，塞37包括氣密體和加熱電阻，加熱電阻位于體的內側。所述體傳熱并壓靠套39的壁。
[0059]在圖4的替選實施方案中，加熱元件包括兩個電極41、43和電連接至兩個電極41、43的發(fā)電機45。兩個電極41、43設置在外殼11的內側,位于其兩個相對的端。例如，電極41緊靠下底31設置，電極43緊靠上底33設置。金屬泡沫25置于兩個電極41、43之間，并且與兩個電極41、43中的每一個電接觸。當發(fā)電機45運行時，電流通過金屬泡沫25由電極41循環(huán)至電極43。金屬泡沫25充當電阻加熱元件，并且將電流轉化為熱。
[0060]外殼11通過多個焊接線46 (示于圖3)剛性地固定于所述金屬泡沫。這些線46位于壁29上。
[0061]在圖5的示例性實施方案中，外殼11部分地由與金屬泡沫成一體的皮殼形成。在一個不例性實施方案中，金屬泡沫的皮殼構成外殼的管狀壁29和下底31。皮殼由形成在金屬泡沫外表面上的連續(xù)的層構成，其中金屬泡沫的孔被除去。該層具有足以耐受氨的壓力的厚度，而沒有在層中產生任何氨可通過其逃逸的縫隙。
[0062]在這種情況下，外殼的上底33通過密封連接直接附在金屬泡沫上。金屬泡沫的朝向上底33的外表面區(qū)包含開孔，以使氨從金屬泡沫逃逸并流入出口 17。
[0063]現將參照附圖6描述本發(fā)明的另一替選實施方案。在下文中將只描述該替選實施方案與圖3的替選實施方案的不同之處。將使用相同的標記來指代執(zhí)行相同功能的相同元件。
[0064]在圖6的示例性實施方案中，由外殼限定的內部體積包括多個被金屬泡沫占據的區(qū)47，和多個未被金屬泡沫占據的區(qū)49。區(qū)47將區(qū)49彼此分離。它們占內部體積的約50%。區(qū)49填充有固體材料的顆粒。用于接收塞37的套39形成于一個區(qū)47中。
[0065]區(qū)49分布在內部體積的不同位置處以促進通過金屬泡沫向這些區(qū)傳熱。[0066]在圖6的實施例中，該裝置包括兩個區(qū)49。更特別地，該裝置包括第一環(huán)形區(qū)49，第一環(huán)形區(qū)49圍繞其中容納有電熱塞37的圓柱形區(qū)47。第一區(qū)49朝向下底31布置。第二區(qū)49具有圓柱形形狀并且在外殼的中央朝向上底33延伸。其被環(huán)形區(qū)47所圍繞。圓柱形區(qū)47通過圓形泡沫塊區(qū)連接至環(huán)形區(qū)47，從而將兩個區(qū)49彼此分離。
【權利要求】
1.一種氨儲存裝置，所述裝置(I)包括: -外殼(11)； -用以吸收和解吸所述氨的固體材料(13)； -用于加熱所述固體材料(13)的加熱元件(15)； 其特征在于，所述裝置(I)包括置于所述外殼(11)中并且具有開孔(27)的金屬泡沫(25)，所述固體材料(13)基本上包含將容納在所述孔(27)中的具有合適尺寸的顆粒(36)。
2.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述泡沫(25)是鋁或鋁合金泡沫。
3.根據權利要求1或2所述的裝置，其特征在于，所述孔(27)的平均直徑為0.1mm至IOmm0
4.根據前述權利要求中任一項所述的裝置，其特征在于，未充氨的所述顆粒(36)的平均直徑為50 μ m至5_。
5.根據前述權利要求中任一項所述的裝置，其特征在于，所述加熱元件(15)位于所述筒(11)的外側。
6.根據權利要求1至4中任一項所述的裝置，其特征在于，所述加熱元件(15)包括位于所述外殼(11)內側的電熱塞(37)。
7.根據權利要求1至4中任一項所述的裝置，其特征在于，所述加熱元件(15)包括設置在所述外殼(11)內側的兩個電極(41、43)和連接至所述兩個電極(41、43)的發(fā)電機(45)，以在所述金屬泡沫(25)中循環(huán)電流。
8.根據前述權利要求中任一項所述的裝置，其特征在于，所述外部的外殼(11)例如通過焊接剛性地固定于所述金屬泡沫(25)。
9.根據權利要求1至7中任一項所述的裝置，其特征在于，所述外殼(11)的至少一部分是與所述金屬泡沫(25)成一體的皮殼。
10.根據前述權利要求中任一項所述的裝置，其特征在于，所述外殼(11)限定內部體積，所述內部體積具有多個未被所述金屬泡沫(25)占據的區(qū)(49)，并且所述區(qū)(49)由被所述金屬泡沫(25)占據的區(qū)(47)彼此分離。
11.一種車輛排氣管線(3)，其包括根據前述權利要求中任一項所述的氨儲存裝置⑴。
【文檔編號】F17C11/00GK103672397SQ201310421222
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年9月16日 優(yōu)先權日:2012年9月14日
【發(fā)明者】塞巴斯蒂安·吉納赫特 申請人:佛吉亞排氣系統(tǒng)有限公司