用于确定容器中的固体氨存储材料的饱和度的方法技术

本发明专利技术涉及用于确定容器中的固体氨存储材料的饱和度的方法。提供了一种用于估计存储部件（1）中的可逆固体氨存储材料（3）的饱和度（S）的方法。存储部件（1）配备有释放氨的加热器（2）以及用于氨流动的连接管（4）。在开始任何加热之前，利用存储部件（1）中的或周围的传感器（9）来测量初始温度（TINIT）。开始加热同时记录加热的有效时间（t）或由所述加热器释放的能量的量（Q）。通过与所述存储部件（1）流体连通的压力传感器（8）来测量由所述存储部件（1）中的固体存储材料所产生的脱附压力。记录当所述压力达到某一目标压力（PTARGET）时的时间（tTARGET），或热量（QTARGET）。使用所述目标-压力时间（tTARGET）或目标-压力热量（QTARGET）以及初始温度（TINIT）的值来计算近似的饱和度（S）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及作为氨消耗过程中的氨的来源的固体氨存储材料的应用。通过加热，利用与固体的受控制的热脱附(thermaI desorpt ion ),使得可从可再充的固体存储材料得到氨。具体而言，本专利技术涉及通过启动期间的过程来确定存储材料的近似的饱和程度(saturation level)的方法。这实现了类似于液体容器的填充程度的功能。
技术介绍
氨是在许多应用中广泛使用的化学品。一种特定的应用是作为选择性催化还原(SCR)来自燃烧过程的废气中的NOx的还原剂。对于大多数应用，特别是在汽车工业应用中，氨以加压液体的形式存储在容器中 太危险。尿素安全的，但是对于移动输送氨来说是间接并且不切实际的方法，因为它要求通过涉及喷射、蒸发、热分解和水解的过程((NH2)2CCHH2O — 2NH3+C02)来将尿素转换成氨，这在低发动机负载或寒冷天气的驾驶条件下是难以实现的。涉及分子氨在固体中的吸附或吸收的存储方法可以规避无水液氨(anhydrousliquid ammonia)的安全性隐患，并消除分解液体还原剂所存在的问题。金属氨络物盐(ammine salt)是氨吸收和脱附材料，这些材料可以用作氨的固体存储介质(参见，例如WO 2006/012903A2 )，而固体存储介质，如上文所提及的，又可以被用作选择性催化还原中的还原剂来减少NOx排放量。对于用作汽车的NOx还原的氨源，对该功能的需求紧密地关系到排放立法和实际行车条件下的动态操作。氨存储和提供系统(下面缩写为ASDS)必须能够在发动机启动之后不久提供氨，以取得根据例如欧洲和US行驶工况(driving cycle)的车辆认证(vehiclecertification)。WO 2008/077652A2公开了通过使系统具有两个主要功能来快速从固体存储材料获得氨的方法和设备通过例如电能加热的小的操作部件，以及被用作执行小部件的机载再饱和的源的较大的氨存储部件。该方法和设备可以具有至少两种类型的配置-如果较小部件中的材料对于氨吸收比大部件中的材料具有更大的粘结强度，那么较小部件可以在操作之后被动地从大容器中吸收氨一即使较大的部件没有被加热。-如果两个容器中的材料相同，那么较大的容器配备有用于加热的装置，提供了从主容器达到合适的脱附压力(desorption pressure)以再饱和较小部件的机会。优化这样的系统所要做的是能够确定何时执行较小存储部件的再饱和一或更直接地，与容器中的液面传感器具有相同类型的功能的方法。弄清(较小的)存储部件要求(从较大的部件)再饱和的一种方式是它何时是空的。吸收氨的材料通常在温度和脱附压力之间具有明确的关系，以及如果在某一温度无法形成所需的脱附压力，那么存储材料中的氨已耗尽一正如如果部件不包含任何水，则在汽锅中不能产生蒸气压力一样。WO 2009/156204A1公开了一种类似于WO 2008/077652A2的系统，但是添加了通过使用存储部件的压力测量值和温度来将小存储部件确定为空的特征。然而，不清楚这样的方法实际上是否令人满意地起作用。因此，需要一种使装载有能够吸收和脱附氨的材料的容器中的氨的饱和度能被确定或估计的新方法。优选地，此方法应该不会在系统中引入新的成本高的设备。
技术实现思路
本专利技术涉及一种用于确定被用作氨消耗过程(例如，利用内燃过程选择性还原车辆中的NOx)的氨源的固体氨存储部件中的饱和程度的方法。利用加热存储部件，通过热脱附从存储材料中获得氨。可以在每一冷启动阶段，例如当在不使用某一时间段之后对存储部件进行加热时的开头0. 1-10分钟，确定饱和度S (S=O是空，而S=I或S=100%是满)。确定S的方法涉及-建立部件的初始温度Tinit的知识。此温度可以简单地是在使用存储部件的应用(车辆)中的别处测量到的周围环境的温度，如果该部件处于不工作模式达某一时间段，例 如，30分钟或更多。-开始对部件加热，并开始记录有效加热时间的持续时间(例如，以加热的秒数来度量)。可另选地，如果加热器在恒定电压供电(诸如PTC加热元件)时没有恒定功率输出，则可以通过累积的能量(例如，能量输入Q的焦耳或瓦特小时)来计算有效加热时间。-作为加热期间的时间的函数，测量(离散地或连续地)由固体存储材料经受温度的上升所产生的脱附压力。-记录当达到给定压力目标P TARGET 时的时间 ^target (或者 Qtarget )。-使用tTAK；ET和Tinit的值来计算近似的饱和度S。一般描述已经认识到，在开始加热之后的启动瞬时条件下，温度不是恒定的并且材料可能部分地饱和。结果，在
技术介绍
部分中提到的W02009/156204A1中公开的方法中，压力的测量值以及来自存储材料中的(或旁边的)温度传感器的输出值几乎不能用于充分地确定饱和度。这样的方法只允许确定部件何时是空的——而不能确定多长时间后会变空。这样的方法的另一种困难是，小的存储部件在重新生成之前的最后的周期将具有长的启动时间(可能无法接受的长)，因为不能实际评估启动部件何时在下一次冷启动中的启动中将不会表现得很好。最后，较小的存储部件的满的再饱和可能不能始终被获取到，且已知的方法缺乏确定多少氨从主存储部件输送回到较小部件的能力。这可能进一步增加到较小存储部件的饱和度的不确定性。使用tTAKeET和Tinit的值来计算近似的饱和度S可以基于例如以预期的或试验性的映射数据或查询表的形式来描述存储部件的模型或算法。可以为存储部件的原型，或者甚至具体地为所讨论的单个部件，生成一组试验性的映射数据或查询表。这种S的估计可被用于(但不仅限于)下列特征-如果S低于临界水平，即，在可以预料在下一次冷启动时无法实现立法要求内的适当的启动时间的情况下，通过加热一个或多个额外存储部件来开始对(部分地)耗尽的存储部件的再饱和，以获取适当的驱动力，以便使用太低的S-值再饱和(部分地)耗尽的部件。-S的知识可被用于对于例如汽车工业的机载诊断(0BD)，其中，对于知道与由内燃机提供动力的车辆的排气控制系统有关的功能硬件的操作状态有某些要求。在存储部件没有达到完全再饱和的状态的情况下，本专利技术特别有益，在实际应用中在主存储箱已经被加热以提供用于重新吸收氨的合适的压力之后几乎总是这样的情况，因为它允许确定再饱和事件之后的获取的S-值，而不仅仅依赖于达到S=I的假设。一些实施例具有存储部件的特定配置，其中，加热元件被放置在存储材料的内部(或嵌入)，从而存储材料变为与周围环境的绝热体。这还提供了改进的降低操作过程中的功率消耗的机会，并改进稍后的再饱和，因为部件中的重新吸收会释放必须从部件散发的热量。如果从外部进行加热，则再饱和慢得多，因为外部将要求隔热，但是同时这对再饱和将具有负面效果。内部加热的一个特殊特征是，已经发现，如果加热器在部件内部，则tTARGET和S之间的联系更明确，因为所有能量输入在热量损失到周围环境之前都被散发到存储材料中。如此，可以以更大的准确性来执行对S的估计。根据另一可选特征，S的知识对于非常长的驾驶距离来说很重要，从而在驾驶期 间，存在较小部件用完氨或交叉临界水平饱和程度的风险。在启动期间估计了 S之后，算法可以另外包括-在启动周期之后的驾驶过程中(其中，测量了tTA■或Qta■，并估本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.02.25 EP 10001955.3;2010.02.25 US 61/308,0181.一种用于估计存储部件(I)中的可逆固体氨存储材料(3)的饱和度(S)的方法，所述存储部件(I)配备有用于释放氨的加热器(2 )和在所述用于确定所述饱和度(S )的方法中用于氨流动的连接管(4)，所述方法包括 a、在开始任何加热之前利用所述存储部件(I)中的或周围的传感器(9)来测量初始温度(Tinit); b、开始加热同时记录加热的有效时间(t)或由所述加热器释放的能量的量(Q); C、通过与所述存储部件(I)流体连通的压力传感器(8)来测量由所述存储部件(I)中的固体存储材料所产生的脱附压力； d、记录当压力达到某一目标压力(Ptaket)时的时间(tTAK(;ET),或热量(Qtakcet)； e、使用目标_压力时间(tTAReET)或目标_压力热星(Qtarcet)以及初始温度(Tinit)的值来计算近似的饱和度(S)。2.根据权利要求I所述的方法，其中，所述存储部件(I)是系统的一部分，其中，权利要求I所述的存储部件(I)是链接到一个或多个额外部件的启动部件或操作部件，所述一个或多个额外部件构成配备有加热器(2a)的较大的存储容器(10)，以提供用于再饱和权利要求I所述的存储部件的氨压力。3.根据权利要求I或2所述的方法，其中，计算在预热周期之后的来自所述存储部件(O的定量的氨的总量，以及从所述近似的饱和度(S)中减去所述总量，以得到所述饱和度的减小值的实时参数，其中在该预热周期，测量目标-压力时间(tTAK;ET)或目标-压力热量(Qtaeget )。4.根据权利要求2或3所述的方法，其中，当所述近似的饱和度(S)或饱和度的减小值的实时参数低于临界要求饱和级别(Sran)时，通过加热(2a)所述构成较大的存储容器(10)的至少一个额外部件来开始对完全或部分耗尽的存储部件(I)的再饱和，以再饱和所述完全或部分耗尽的存储部件(I)。5.根据权利要求4所述的方法，其中，临界饱和度要求级别(Sran)是按照所述存储部件(I)能够以比车辆认证要求的时间延迟短的时间延迟来提供氨的要求来定义的。6.根据权利要求I到5中任何一项权利要求所述的方法，其中，计算所述近似的饱和度(S)基于描述所述存储部件(I)的模型或算法，或基于为存储部件(I)的类型或具体地为所考虑的存储部件(I)生成的映...

【专利技术属性】
技术研发人员：T·约翰内森，J·约翰森，J·H·左森，H·施密特，U·J·奎德，
申请(专利权)人：氨合物股份公司，
类型：发明
国别省市：