氨储存结构及相关的系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及在固体中储存气体，从而允许储存压力比气体形式储存所遇到的储存 压力更低，以用于不同的应用目的，诸如氢气在燃料电池中用于产生电力的应用，或者，诸 如氨在经由选择性催化还原（SCR)用于还原氮氧化物NOx中的应用，特别是用于减少内燃 机（特别是柴油机）的污染排放物的应用。
【背景技术】
[0002] 与运输有关的污染物的排放近三十年来已经成为推动工业进步的主导力量。四种 管制污染物（C0、HC、N0x、颗粒）排放限制的严重程度的逐步提升已经能够特别是在大城市 地区显著改善空气质量。
[0003] 日益增加的机动车辆使用需要进一步减少这些污染物排放的持续努力。由于欧洲 标准的步骤部分开始生效，预计欧洲排放阈值的容忍度将在2014年下降。提出这些措施是 为了减少当地污染。因此，在所有驾驶条件下提供高效去污染技术是运输行业的主要挑战。 在这种背景下，氮氧化物稀混合物（即，包含过量的氧气）的还原是与复杂问题相关联的主 要挑战。
[0004] 此外，在几年内，与0)2排放具有直接联系的燃料消耗已经成为有关车辆行业的主 要关注点。在2012年后，有关私家车的C02排放的条例已被引入欧洲。自此以后，在未来 的几十年内，这个限制将定期降低。因此，〇)2排放的减少已经固定下来作为整个运输行业 增长的新驱动力。
[0005] 减少当地污染（N0X)和减少燃料消耗（C02)的这种双重问题对于柴油机来说特别 困难，对于柴油机，稀混合燃烧伴随有难以处理的N0X排放。
[0006] 在这种背景下，后处理技术SCR( "选择性催化还原"）被同时用于私家车和货车。 因此，可能将发动机运行集中在最优产率上，随后在废气中通过SCR系统进行处理的强N0X释放使得NOx还原效率很高。
[0007] 为了能够实施SCR技术，还原剂必须被放置在车辆上，用于还原氮氧化物。目前用 于重型货车所选择的系统使用水性溶液中的尿素作为还原剂。当被注入废气中时，尿素在 废气温度的影响下分解成氨（NH3)，并且使得N0X在特定催化剂上还原。用于目前串联的SCR 系统运作的一个被采用的标准化尿素溶液被称为AUS32 (在欧洲的商品名为Adblue ? )。
[0008] 然而，这种最有效方法存在若干缺点。它在寒冷的条件下效果有限，而这种情形发 生在特别是城市公交车的一些情况下。尿素水箱的重量和体积很大，对于私家车为15~ 30L，对于重型货车为40~80L。这样的体积导致集成在车辆中很复杂，对于集成在小型车 辆中更加复杂。因此，去污染成本很高，并且，过量的重量不利于车辆的燃料消耗，从而不利 于(302排放。
[0009] 在压力下以气态形式储存氨的选项在密实性和操作安全性的方面具有许多缺点， 并且很多替代储存方法已被开发。
[0010] 在这些方法中的一个中，气体被吸附在材料（例如，盐）内部。然后，通过形成氨 合物（ammoniacate)类型的化学复合物，在盐内完成储存氨。
[0011] 以吸收气体的形式储存氨具有以下优点：与水性溶液相比，体积增益；寒冷条件 下功效提升；以及，特别是与废气的混合点的密实性更大。
[0012] 不过，这种技术的实施涉及若干困难，诸如：
[0013] 储存在基质中并且用于注入废气中的氨的传送是在加热下，最经常在电加热下完 成的。所述加热的程度被设计成能够达到足以获得气体的饱和压力（对应于所使用的材 料）的温度，足以确保注入废气中。通常情况下，寻求在将料筒（cartridge)的内部与计量 系统连接的孔口处的氨压力达到2~3绝对巴（absolute bar)。一旦达到此温度，在获得 待注入的氨之前存在时间间隔，该时间间隔首先取决于气体的解吸附焓（化学时间）并且 其次取决于气体通过由储存基质形成的多孔介质的扩散时间。缩短这个时间间隔以与机动 车辆规格相配的一个构件是提高电加热功率，这不利于燃料消耗，因此不利于该技术的C02影响。
[0014] 该系统的另一个限制在于，一旦确定氨的向外（朝向废气）流，将这个流保持在足 够水平（以确保移除NOx流的化学计量）将受到氨的向外注入速率和空隙区域（储存材料 的孔隙率）的再供给之间的差异所限制，这种再供给受到解吸附焓和对多孔介质扩散的抗 性（由多孔材料中流的特征水头损失）所限制。应注意的是，这种保持气流的时间越长，车 辆关于NOx排放的合格标准将越来趋向于在真实驾驶排放（RDE)下的计量，而不趋向于使 用特定驾驶循环的动力计测试条件下的计量。
[0015] 两种先前提到的对系统正常运作的限制涉及将气体从储存材料内部的气体"浓 缩"状态传送到指向废气的分配供给系统。相反地，当料筒是空的时，将该料筒卸下并用充 满的料筒替换，然后将该料筒送到用于此目的所提供的站进行再填充。再填充时间是操作 成本的重要参数。
[0016] 应注意的是，在上述的每个情况中，氨储存元件的压制有利于减小给定量的氨所 占用的空间，获得氨储存元件的压制以确定氨从料筒的核心到注入网络的传送时间以及氨 填充站到储存基质的核心的传送时间。本发明提出了促进氨分配到储存基质的每个区域。
【发明内容】
[0017] 对于如上面所讨论的储存方案，本发明用于改善自料筒的核心传送氨或者将氨传 送至此核心，从而减少上述缺陷的一些或全部。
[0018] 由此来看，一种氨的储存结构被提出，特别是用于选择性催化还原燃料车辆的废 气中的氮氧化物，其特征在于，所述氨的储存结构包括多孔基质形式的用于诸如氨的气体 的至少一个储存元件，所述储存元件的喷灌构件与所述储存元件连接。
[0019] 这种结构的一些优选但非限制性的方面如下，它们可单独使用或以任何技术上相 容的组合使用：
[0020] 所述喷灌构件的至少一部分被布置在所述储存元件内部；
[0021] 所述喷灌构件的至少一部分被布置在与所述储存元件相邻的喷灌元件内部；
[0022] 所述喷灌构件包括基本上不含多孔材料的一个或多个通道；
[0023] 所述通道包括管，所述管的壁设置有孔口；
[0024] 所述通道包括管，所述管的壁是多孔的；
[0025] 所述喷灌构件包括形成在多孔基质中的一个或多个通道，并且该形成在多孔基 质中的一个或多个通道由所述多孔基质的具有比所述基质其余区域大的孔隙率的区域界 定；
[0026] 其中形成有所述通道的所述多孔基质是所述储存元件的基质；
[0027] 其中形成有所述通道的所述多孔基质是两个储存元件之间的插入元件的基质；
[0028] 其中形成有所述通道的所述多孔基质是刚性的；
[0029] 其中形成有所述通道的所述多孔基质是粉末形式的；
[0030] 所述喷灌构件包括以分支布置的至少两个通道；
[0031] 所述喷灌构件包括由两个多孔膜形成的并且在所述两个多孔膜之间界定出空间 的薄膜；
[0032] 所述喷灌构件包括形成柔性导管的至少一个柔性膜；
[0033] 所述喷灌构件包括两个板或者两对板，该两个板或者两对板插入在两个气体储存 元件之间，设置有孔口，并且是间隔开。
[0034] 所述喷灌构件从主通道延伸通过气体储存元件。
[0035] 根据本发明的第二方面，提出一种具有根据本发明的结构的构造模块，所述模块 包括喷灌构件，所述喷灌构件被配置成与至少一个其它模块的喷灌构件连接，以形成所述 储存结构。
[0036] 根据本发明的第三方面，提出一种制造根据前一项权利要求所述的模块的方法， 包括：
[0037] 在模具内压制粉末以形成粘结块体的步骤；以及
[0038] 在所述粘结块体内部形成喷灌通道的网络以获得所述模块的第二步骤。
[0039] 根据本发明的第二方面，提出一种储存和释放氨的车辆系统，包括储存室，其特征 在于，所述储存室包括如上面所限定的储存结构。
[0040] 这种系统的一些优选但非限制性方面如下：
[0041] 所述储存结构被设置成具有旋转对称性的层；
[0042] 所述结构具有沿着所述旋转对称的轴线的切口，与所述结构的喷灌构件连通。
[0043] 根据本发明，还提供一种用于内燃机的废气的选择性催化还原系统，其特征在于， 所述选择性催化还原系统包括如上面所限定的氨储存系统和将氨注入所述废气的注入模 块。
[0044] 最终，提出一种储存气体的整体式多孔基质，其特征在于，所述整体式多孔基质封 装喷灌构件，以促进所述气体在所述基质内的吸附/解吸附。
【附图说明】
[0045] 由一个实施方式的以下描述来看，本发明的其它特征、目的和优点将显而易见。在 附图中：
[0046] 图1示出了根据本发明的一个实施方式的配备有经由注入氨进行的SCR后处理系 统的热机；
[0047] 图2a、2b、2c示出了基于在材料内运行的迷你导管的储存基质中内部通道网络的
【具体实施方式】；
[0048] 图3a、3b、3c示出了由主通道形成相同类型的通道网络，主管道从料筒的入口 /出 口通过全部储存区域，并且被细分成次级供给网络，次级供给网络被分