一種氣體動力的氨氣製備及定量噴射系統的製作方法

2023-12-12 18:15:12

一種氣體動力的氨氣製備及定量噴射系統的製作方法
【專利摘要】一種氣體動力的氨氣製備及定量噴射系統，包括壓縮空氣罐（1）、壓縮空氣管（14）、充氣電磁閥（2）、尿素罐（4）、控制單元（13）、尿素管（15）和SCR後處理器（12），尿素罐（4）通過尿素管（15）與尿素反應器（8）相連接，尿素管（15）上設置有電磁閥（7），尿素反應器（8）上設置有壓力溫度傳感器（9），尿素反應器（8）通過輸氨管（16）與氨氣噴嘴（11）相連接，輸氨管（16）上設置比例閥（10），壓力溫度傳感器（9）、充氣電磁閥（2）和電磁閥（7）分別與控制單元（13）電連接，比例閥（10）與控制單元（13）電連接。結構簡單、成本低廉，可靠性好，適於大規模推廣應用。
【專利說明】一種氣體動力的氨氣製備及定量噴射系統【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種噴射系統，更具體的說涉及一種氣體動力的氨氣製備及定量噴射系統，用於柴油機排氣後處理技術的還原劑計量噴射系統，屬於內燃機廢氣淨化系統【技術領域】。
【背景技術】
[0002]SCR，指選擇性催化還原；SCR反應以氨作為還原劑，在發動機的排氣通路中配置SCR催化劑，通過向SCR催化劑供給氨，使氨與排氣中的NOx (氮氧化物)在340-400°C溫度範圍內發生還原發生，從而形成水蒸氣(H20)和氮(N2)，從而有效地降低柴油機NOx的排放，淨化了排氣。為了將氨向SCR催化劑供給，通常向排氣通路中供給與氨相比處理更容易的尿素水，因此需要使用尿素水噴射器將尿素水溶液經過精細霧化定量噴射進排氣管道中，使霧狀的尿素水利用排氣的熱量加水分解而生成氨，從而將生成的氨吸附在SCR催化劑上，使NOx與氨反應分解成水蒸氣(H20)和氮(N2)而排出。如何向排氣管中噴射定量霧化良好的尿素溶液是SCR系統的核心技術，目前的技術普遍採用計量泵對尿素溶液加壓。由於在汽車和其他車船中都需要由蓄電池向該計量泵供電，泵需要較高壓力，以利於尿素的霧化，因次加大了蓄電池電能的損耗；同時，目前計量泵主要由國外廠家控制，還不能實現國產，而且價格較貴，且計量泵屬於精密設備，也是SCR系統中最容易出故障的設備之一，出故障後只能更換，因此設備後期維護保養費用也非常高。
[0003]中國專利申請公布號:CN101793183A、申請公布日:2010年8月4日、名稱為Λ—種空氣動力霧化尿素還原劑噴射控制系統》的發明專利申請中公開了一種空氣動力霧化尿素還原劑噴射控制系統，由氣體流量電磁閥、手動液體開關、過濾器、液體流量電磁閥、單向閥、控制單元、溫度傳 感器、氮氧化物傳感器、單腔的尿素還原劑噴嘴、發動機排氣管、尿素還原劑容器蓋、壓縮空氣主管、尿素還原劑輸送管、發動機尾氣、尿素還原劑儲罐壓縮空氣分管、吹掃噴嘴用壓縮空氣分管、尿素還原劑容器、調壓閥組成，壓縮空氣主管的進氣端設有調壓閥，出氣端分別與吹掃噴嘴用壓縮空氣分管和尿素還原劑儲罐壓縮空氣分管相通，尿素還原劑儲罐壓縮空氣分管連接在尿素還原劑容器上，尿素還原劑容器蓋固定在尿素還原劑容器，尿素還原劑儲罐壓縮空氣分管上設有氣體流量電磁閥和手動液體開關，吹掃噴嘴用壓縮空氣分管上設有氣體流量電磁閥、過濾器和單向閥並與單腔的尿素還原劑噴嘴相通，尿素還原劑輸送管一端設在尿素還原劑容器內，另一端與尿素還原劑噴嘴相通，在尿素還原劑輸送管設有過濾器、液體流量電磁閥和單向閥，設在發動機排氣管上的溫度傳感器和氮氧化物傳感器與控制單元電連接，控制單元與氣體流量電磁閥和液體流量電磁閥電連接。該發明專利申請中經過過濾的尿素還原劑依靠壓縮空氣的動力驅動，在尿素噴嘴中混合霧化，依靠流量電磁閥的調節和控制，使尿素還原劑在單腔的噴嘴中霧化，以實現對汽車尾氣中的NOx淨化處理；同時，其成本相當於進口系統的1/2到1/3，可靠性高，容易依靠國內資源實現工業化應用。但是，該發明專利申請存在以下缺陷:一、該發明專利申請中通過液體流量電磁閥將尿素溶液噴入排氣管中，目前國內這種精確計量尿素溶液的流量控制閥技術不成熟，很難精確計量液體，導致尿素溶液噴射量的準確性和穩定性較差；二、直接噴射尿素溶液方式，尿素溶液容易在尿素管路和發動機排氣管中結晶，引起相關故障。
[0004]中國專利號為201020523476.0的「尿素還原劑的一閥二控噴射裝置」實用新型專利、中國專利號為201020523477.5 「尿素還原劑的一閥三控噴射裝置」實用新型專利、中國專利號為201020523507.2的「尿素還原劑的多閥噴射裝置」實用新型專利、中國專利號為201020523511.9的「尿素還原劑的一閥五控噴射裝置」實用新型專利，這些專利採用常規的工業電磁流量控制閥或電磁流量比例閥以及精密機械開關閥，依據不同的控制邏輯，解決了原用尿素還原劑劑量的問題，解決了成本較高問題，能一定程度上代替進口產品；但是，這些專利的系統較複雜，噴射精度也不高，可靠性和實用價值不高。
[0005]目前也有開發氨儲存材料技術，利用一些材料存儲氨，然後通過加熱釋放氨，在將氨氣噴入排氣管淨化發動機排氣，但該技術需要定期向儲氨材料中充入氨，氨是一種有毒物質，大規模的運輸安全要求較高，一旦發生洩漏，後果非常嚴重。

【發明內容】

[0006]本實用新型的目的在於針對現有的SCR反應還原劑計量噴射系統需要計量泵使得成本較高、或者尿素溶液噴射量的準確性和穩定性較差等問題，提供一種氣體動力的氨氣製備及定量噴射系統。
[0007]為實現上述目的，本實用新型的技術解決方案是:一種氣體動力的氨氣製備及定量噴射系統，包括壓縮空氣罐、壓縮空氣管、充氣電磁閥、尿素罐、控制單元、尿素管和SCR後處理器，所述的壓縮空氣罐和尿素罐之間通過壓縮空氣管相連通，所述的充氣電磁閥設置在壓縮空氣管上，所述的尿素罐通過尿素管與尿素反應器相連接，所述的尿素管上設置有電磁閥，所述的尿素反應器上設置有壓力溫度傳感器，尿素反應器通過輸氨管與氨氣噴嘴相連接，所述的輸氨管上設置比例閥，所述的壓力溫度傳感器、充氣電磁閥和電磁閥分別與控制單元電連接，所述的比例閥與控制單元電連接。
[0008]所述的壓縮空氣管上設置有壓力調節電磁閥，所述的壓力調節電磁閥與控制單元電連接。
[0009]所述的尿素罐上設置有溫度傳感器、壓力傳感器和液位傳感器，所述的溫度傳感器、壓力傳感器和液位傳感器分別與控制單元電連接。
[0010]與現有技術相比較，本實用新型的有益效果是:
[0011]1、設計新穎，結構簡單，提供了一種成本較低、安全性好的氣體動力的氨氣製備及定量噴射系統。本實用新型中壓縮空氣罐和尿素罐之間通過壓縮空氣管相連通，壓縮空氣管上設置有充氣電磁閥，利用壓縮空氣給尿素罐充壓，使尿素罐內尿素溶液壓力升高；尿素罐通過尿素管與尿素反應器相連接，尿素管上設置有電磁閥，尿素反應器通過輸氨管與氨氣噴嘴相連通，輸氨管上設置比例閥，尿素罐通過電磁閥向尿素反應器噴入一定量的尿素溶液，尿素溶液在尿素反應器內分解為氨氣和水蒸氣混合氣，使尿素反應器的壓力升高至比例閥的工作壓力範圍，並利用比例閥計量後處理所需氨氣量，因而可以取消計量泵和尿素溶液流量控制閥，從而能大大地降低產品成本及維護費用，擺脫對進口產品的依賴；同時由於採用比例閥計量噴入排氣管中的氨氣量，計量精度非常高，價格便宜能國產化，設備技術成熟，成本低廉，所有設備都可選用國產化設備，容易依靠國內資源實現工業化應用，有利於大規模推廣與應用。
[0012]2、尿素溶液在尿素反應器內分解為氨氣和水蒸氣混合氣，氨氣噴入排氣管中為氣態，因而更容易與排氣管的廢氣均勻混合，有利於反應的進行，而且不會存在尿素溶液結晶和堵塞等問題；同時，尿素溶液先分解為氨氣和水蒸氣且直接向排氣管中噴入氨氣，不需要空氣動力使尿素溶液霧化，因而系統對壓力的要求也較低，因此相對較安全。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是本實用新型結構示意圖。
[0014]圖中:壓縮空氣罐1，充氣電磁閥2，壓力調節電磁閥3，尿素罐4，溫度傳感器5，壓力傳感器6，電磁閥7，尿素反應器8，壓力溫度傳感器9，比例閥10，氨氣噴嘴11，SCR後處理器12,控制單兀13,壓縮空氣管14,尿素管15,輸氨管16,液位傳感器17,尿素加注口 18。
【具體實施方式】
[0015]以下結合【專利附圖】

【附圖說明】和【具體實施方式】對本實用新型作進一步的詳細描述。
[0016]參見圖1，一種氣體動力的氨氣製備及定量噴射系統，包括壓縮空氣罐1、壓縮空氣管14、充氣電磁閥2、尿素罐4、控制單元13、尿素管15和SCR後處理器12 ;所述的壓縮空氣罐I可分為幾種:一種是高壓儲氣瓶，例如高壓氮氣瓶，其壓力一般為15?50MPa，最高可達IOOMPa以上，其優點是體積較小，但是由於受到有關高壓容器使用安全法規的限制，這種採用高壓儲氣瓶的尿素噴射系統只適用於航空和飛彈測控方面的特種車輛；第二種是整車壓縮空氣，這種方案適用於各種車船；對於採用氣剎車的汽車，也可以利用原有的空壓機和儲氣罐作為壓縮空氣罐I。所述的尿素罐4頂部設置有尿素加注口 18，所述的壓縮空氣罐I和尿素罐4之間通過壓縮空氣管14相連通，所述的充氣電磁閥2設置在壓縮空氣管14上，充氣電磁閥2與控制單元13電連接。本實用新型工作時利用充氣電磁閥2傳送壓縮空氣給尿素罐4充壓，使尿素罐4內尿素溶液壓力升高,當尿素罐4內壓力達到尿素罐4工作壓力的最大值後，不再給尿素罐4充氣，此時尿素罐4處於工作壓力狀態，此工作壓力狀態即指使尿素罐4能夠使尿素溶液噴射的狀態；隨著尿素罐4內尿素溶液的減少，尿素罐4內壓力下降，當壓力下降到工作壓力的最小值時，重新向尿素罐4內充入壓縮空氣使其到工作壓力的最大值。所述的尿素罐4通過尿素管15與尿素反應器8相連接，尿素反應器8設計為能承受一定氣體壓力的承壓容器，所述的尿素管15上設置有電磁閥7，所述的尿素反應器8上設置有壓力溫度傳感器9 ;所述的壓力溫度傳感器9與控制單元13電連接，使尿素反應器8的溫度與壓力等參數都反饋給控制單元13。尿素反應器8可布置在SCR後處理器12後的排氣管上，也可以布置在SCR後處理器12前的排氣管上，也可以布置在其他可利用發動機熱量的部位，也可以採用電加熱等其他形式的加熱方式，其目的都是為尿素反應器8中的尿素反應提供熱量。尿素反應器8通過輸氨管16與氨氣噴嘴11相連接，所述的輸氨管16上設置比例閥10 ;所述的比例閥10與控制單元13電連接，控制單元13控制比例閥10的開啟大小從而控制氨氣與水蒸氣混合物的輸送量，由此實現比例閥10精確控制噴入排氣管混合氣量。SCR後處理器12設置在氨氣噴嘴11下遊，主要是由載體和催化劑組成，在SCR後處理器中，混合氣中的氨氣在催化劑作用下將發動機排氣中的NOx與噴射的氨氣反應生成無害的氮氣和水，達到、淨化降低排氣內NOx的效果。所述的電磁閥7與控制單元13電連接，控制單元13控制電磁閥7的開閉。優選的，所述的壓縮空氣管14上設置有壓力調節電磁閥3，所述的壓力調節電磁閥3與控制單元13電連接；壓力調節電磁閥3起到安全閥的作用，可以調節尿素罐4內的氣體壓力。優選地，尿素罐I上設置有溫度傳感器5、壓力傳感器6和液位傳感器17，所述的溫度傳感器5、壓力傳感器6和液位傳感器17分別與控制單元13電連接，尿素溶液壓力、溫度、液位等參數都反饋給控制單元13。
[0017]參見圖1，工作過程具體如下:一、加注尿素溶液:首先開啟壓力調節電磁閥3，排空尿素罐4內的氣體，使尿素罐4內壓力降到大氣壓，以方便向尿素罐4加注尿素溶液；然後通過尿素加注口 18向尿素罐4內加注尿素溶液。二、建壓:向尿素罐4加注尿素溶液完成後,尿素加注口 18關閉；打開充氣電磁閥2、壓縮空氣給尿素罐4充氣使尿素罐4壓力達到其工作壓力的最大值，此時尿素罐4處於工作壓力狀態，使尿素溶液能夠在打開電磁閥7後自行噴入尿素反應器8中。三、尿素溶液分解:控制單元13通過壓力溫度傳感器9檢測尿素反應器8內的溫度和壓力，當尿素反應器8的壓力下降到比例閥10的工作壓力最小值時，控制單元13發送指令使電磁閥7打開，尿素罐4通過尿素管15向尿素反應器8內充入一定量的尿素溶液，此處的比例閥10保證正常計量氣體時，其通常有一個工作壓力範圍，在這個工作壓力範圍內，比例閥10能實現正確計量功能，比例閥10工作壓力的最大值和最小值由其設計決定；尿素溶液在尿素反應器8內在製取氨氣的催化劑和排氣管或電加熱器加熱的作用下分解為氨氣和水蒸氣混合氣，當尿素反應器8的氨氣和水蒸氣混合氣壓力達到比例閥10工作壓力範圍時，電磁閥7自動關閉。四、氨氣噴射:當尿素反應器8壓力升高到比例閥10的工作壓力範圍後，氨氣與水蒸氣的混合氣過輸氨管16輸送到氨氣噴嘴11，然後將氨氣與水蒸氣的混合氣噴入排氣管內，比例閥10根據控制單元13指令精確控制氨氣與水蒸氣混合氣噴入排氣管內的量，在SCR後處理器12中，混合氣中的氨氣在催化劑作用下將排氣內的NOx排放還原為氮氣，達到降低排氣內NOx的效果。五、尿素罐4充氣:當尿素罐4壓力降低到其工作壓力的最小值，控制單元13發送指令打開充氣電磁閥2，使尿素罐4壓力達到其工作壓力的最大值，尿素罐4的工作壓力應能保證尿素噴入尿素反應器8能順利霧化。六、重新加注尿素溶液:當尿素反應器8內壓力下降到比例閥10的工作壓力的最小值時，控制單元13發送指令打開電磁閥7向尿素反應器8內噴入一定的尿素溶液，尿素溶液在尿素反應器8內反應生成氨氣和水蒸氣混合氣，使尿素反應器8內壓力上升到比例閥10工作壓力最大值時，然後關閉電磁閥7，如此循環工作，直到需重新向尿素罐4加注尿素溶液；當需要重新向尿素罐4充入尿素溶液時，需要先排除尿素罐4中的氣體，然後再重新加注尿素溶液，尿素溶液加滿後再向尿素罐4充氣加壓至其工作壓力的最大值，再循環工作。本實用新型中控制單元13根據設定的程序通過向尿素罐4充入和排出氣體以調節尿素罐4中尿素溶液壓力，同時通過向尿素反應器8充入尿素溶液以調節尿素反應器8內的混合氣壓力，不設置計量泵，不需要價格昂貴的尿素溶液流量控制閥，成本低廉，所有設備都可選用國產化設備，有利於大規模推廣與應用。
[0018]以上內容是結合具體的優選實施方式對本實用新型所作的進一步詳細說明，不能認定本實用新型的具體實施只局限於這些說明。對於本實用新型所屬【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，上述結構都應當視為屬於本實用新型的保護範圍。
【權利要求】
1.一種氣體動力的氨氣製備及定量噴射系統，包括壓縮空氣罐(I )、壓縮空氣管(14)、充氣電磁閥(2)、尿素罐(4)、控制單元(13)、尿素管(15)和SCR後處理器(12)，所述的壓縮空氣罐(I)和尿素罐(4)之間通過壓縮空氣管(14)相連通，所述的充氣電磁閥(2)設置在壓縮空氣管(14)上，其特徵在於:所述的尿素罐(4)通過尿素管(15)與尿素反應器(8)相連接，所述的尿素管(15)上設置有電磁閥(7)，所述的尿素反應器(8)上設置有壓力溫度傳感器(9)，尿素反應器(8)通過輸氨管(16)與氨氣噴嘴(11)相連接，所述的輸氨管(16)上設置比例閥(10)，所述的壓力溫度傳感器(9)、充氣電磁閥(2)和電磁閥(7)分別與控制單元(13)電連接，所述的比例閥(10)與控制單元(13)電連接。
2.根據權利要求1所述的一種氣體動力的氨氣製備及定量噴射系統，其特徵在於:所述的壓縮空氣管(14)上設置有壓力調節電磁閥(3)，所述的壓力調節電磁閥(3)與控制單元(13)電連接。
3.根據權利要求1所述的一種氣體動力的氨氣製備及定量噴射系統，其特徵在於:所述的尿素罐(4)上設置有溫度傳感器(5)、壓力傳感器(6)和液位傳感器(17)，所述的溫度傳感器(5)、壓力傳感器(6)和液位傳感器(17)分別與控制單元(13)電連接。
【文檔編號】F01N3/24GK203532017SQ201320535816
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年8月30日 優先權日:2013年8月30日
【發明者】劉志輝, 陳小迅, 楊細元, 張輝亞 申請人:東風商用車有限公司