专利名称：用于控制固体气体存储系统中的有效热传递的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及通过热脱附得到气体(例如氨气)，而在气体(例如)氨气消耗过程中应用固体气体存储材料(例如固体氨气存储材料)作为气体(例如氨气)源。通过使用可得自一个或多个其它存储单元的气体(例如氨气)而使一个存储单元就地再饱和的系统的优点是，能够在热脱附过程中减少被加热的单元的热损失，同时在再饱和过程中有效地去除吸附热。所述方法也可用于其中期望控制利用氨气或其它气体的可逆吸附/脱附的过程的热边界条件的其它系统或方案。
背景技术：
氨气是很多应用中广泛使用的化学品。一种特殊的应用是作为用于来自燃烧过程 的废气中的NOx选择性催化还原(SCR)的还原剂。对于大多数应用，并且特别地，在机动车应用中，氨以加压液体的形式存储在容器中太危险。对于氨的机动化运输，尿素是安全但是不直接且不实际的方法，因为尿素需要通过复杂的过程转变为氨，所述复杂过程涉及喷雾、蒸发、热解和水解((NH2)2C0+H20->2NH3+C02)，这在低发动机负荷的驾驶条件或冷天气下很难实现。涉及分子氨吸附或吸收在固体中的存储方法可避免加压液体氨的安全性危险，并且消除液体还原剂转变的问题。金属氨络物盐是氨气吸附和脱附材料，其可用作用于氨气的固体存储介质(参见例如WO 2006/012903A2)，氨气又如上面提到的，可用作用来降低NOx排放的选择性催化还原中的还原剂。WO 2008/077652A2公开了一种方法和装置，其通过具有两个主要功能的系统允许快速地从固体存储材料得到氨气，所述两个主要功能为小的操作单元由例如电加热，较大的氨气存储单元用作进行小单元的车上再饱和的源。但是，当较小的单元被加热来通过脱附释放氨气时，升高的温度导致热损失到周围环境。为了减小操作过程中的功率消耗(即机动车上的较低燃料损失)，需要对被加热的单元进行隔热。但是这对从较大单元的再饱和或速度具有不利影响，因为在较小单元被隔热时，很难去除吸附热。因此需要在功率消耗以及再饱和速率方面提高性能的新的方法和装置。
发明内容
根据第一方面(主动对流方面)，本发明涉及用于控制从存储单元进行的有效热传递的方法，其中，存储单元包含固体气体存储材料，所述固体气体存储材料能够通过吸附或者说吸收和脱附可逆地存储气体，所述方法通过使用一种设备进行，所述设备包括流体间隙，其位于封装外壳和存储单元之间，当所述流体间隙中的流体没有主动运动时，所述流体间隙提供隔热层；
流体流动装置，其形成与所述存储单元的表面接触的流体的强制对流，以增加从所述存储单元进行的热传递；所述封装外壳的出口，在所述出口处，由所述流体流动装置强制对流的流体可离开；加热装置，其用于加热所述存储材料；其中，在气体从所述存储材料释放的气体释放过程中，所述存储材料由所述加热装置加热，而在所述存储材料使用气体再饱和过程中，所述加热装置关闭；并且其中，对从所述存储单元进行的有效热传递的控制通过以下方式进行在气体释放过程中，通过停止所述流体流动装置的操作来进行，或通过调节由所·述流体流动装置产生的对流以使其低于再饱和过程中的情况来进行；而在再饱和过程中，通过使所述流体流动装置操作来进行，或通过调节由所述流体流动装置产生的对流以使其高于气体释放过程的情况来进行，并且其中，所述流体为气体。根据主动对流方面用于将气体以受控方式配量到任何使用所述气体的过程的装置包括至少一个存储单元，所述存储单元包含能够可逆地吸附或者说吸收和脱附气体的固体存储材料。所述至少一个存储单元配备有加热装置，用于通过脱附释放所述气体，所述装置还包括流体间隙，其位于所述至少一个存储单元和封装外壳之间；流体流动装置，其用于控制通过所述至少一个存储单元和所述封装外壳之间的间隙的流体流动，其中，所述流体为气体；控制器，其可被编程来依照上面提到的根据主动对流方面的方法而执行控制有效热传递的方法。根据另一方面(被动对流方面)，本发明涉及一种用于控制从存储单元进行的有效热传递的方法，其中，所述存储单元包含固体气体存储材料，其能够通过吸附或者说吸收和脱附而可逆地存储气体。所述方法通过使用一种设备进行，所述设备包括流体间隙，其位于封装外壳和存储单元之间，当不允许进行被动对流时，所述流体间隙提供隔热层；被动对流控制装置，其允许正与所述存储单元的表面接触的流体发生被动对流，以增加从所述存储单元进行的热传递；所述封装外壳的出口，在所述出口处，发生所允许被动对流的流体可离开；加热装置，其用于加热所述存储材料；其中，在气体从所述存储材料释放的气体释放过程中，所述存储材料由所述加热装置加热，而在所述存储材料使用气体再饱和过程中，所述加热装置关闭；并且其中，对从所述存储单元进行的有效热传递的控制通过以下方式进行在气体释放过程中，通过使用所述被动对流控制装置禁止被动对流来进行；而在再饱和过程中，通过使用所述被动控制装置允许发生被动对流来进行，并且其中，所述流体为气体。
根据被动对流方面用于将气体以受控方式配量到使用所述气体的任何过程的装置包括至少一个存储单元，所述存储单元包含能够可逆地吸附或者说吸收和脱附气体的固体存储材料。所述至少一个存储单元配备有加热装置，用于通过脱附释放所述气体，所述装置还包括流体间隙，其位于所述至少一个存储单元和封装外壳之间；被动对流控制装置，其用于控制通过所述至少一个存储单元和所述封装外壳之间的所述间隙的流体的被动对流，其中，所述流体为气体；控制器，其被编程来依照上面提到的根据被动对流方面的方法而执行控制有效热传递的方法。其它特征固有于所公开的方法和产品中，并且根据对实施例的以下描述及其附图，所述其它特征将对本领域的技术人员显而易见。
图Ia和Ib显示了本发明的一个实施例；图2a和2b显示了本发明的实施例的其它细节；图3是根据本发明的用于控制释放气体例如存储的氨气的系统的一个实施例的功能单元的总体示意图；图4显示了根据本发明的方法的一个实施例；图5a和5b显示了类似于图Ia和Ib的但是用于进行被动对流的一个实施例。
具体实施例方式本发明的一些实施例涉及用于控制通过吸附/脱附进行可逆气体(例如氨气)存储的固体气体(例如氨气)存储单元的性能特性的方法和装置。例如，本发明的一些实施例具有由流体间隙围绕同时具有可控流体流动装置的存储单元，所述流体间隙形成用于在操作过程中降低来自被加热单元的热损失的隔热层，可控流体流动装置例如为风扇、风机或泵，其可用于在所述单元暴露于用来使部分或完全用尽的存储材料再饱和的升高的气体(例如氨气)压力时，使间隙中的流体主动地循环。替代地，在其它实施例中，被动对流控制装置使流体能够被动对流。流体是气体，例如空气。流体间隙因此为气体间隙,例如空气间隙。为了避免与存储在一个或多个存储单元中的气体混淆，流经气体间隙的气体也称为“对流气体”，而存储在一个或多个存储单元中的气体也称为“存储气体”。在不存在(被动或主动)对流的情况下，对流气体形成隔热层，用于减小热损失，而在(被动或主动)对流过程中，其用作将热输送离开一个或多个存储单元的冷却流体。再饱和速率高度地取决于热去除，因为气体的吸附通常是放热的(例如氨气释放约40-50kJ/mole NH3)。因而，在存储气体(例如氨气)通过脱附释放过程中和存储气体(例如氨气)通过从另一个源吸附再饱和过程中，系统性能特性都得到提高。通常，在实施例中，在加热装置从存储单元产生存储气体流期间，将有效热传递控制得较低，而在存储单元由于吸附存储气体而产生热期间，有效热传递较高。在主动对流实施例中，分别通过停止流体流动装置运行和使流体流动装置运行，或者通过调节由流体流动装置形成的对流从而使对流分别较低或较高，来获得较低和较高的有效热传递。在替代的被动对流的实施例中，这分别通过禁止和允许利用被动对流控制装置来实现被动对流来获得。存储气体可以是可以可逆地在固体存储材料中吸附或吸收和脱附的任何气体。例如，存储气体可以是H2S,而相应的固体存储材料为活性碳，或存储气体可用是C02，而相应的存储介质为碳分子筛。存储气体也可以是例如氢气，其可存储在例如无定形碳、金属有机骨架材料(MOF, metal organic framework)或某些沸石中。
优选的存储气体是氨气，其能可逆地存储在例如(优选酸性)活性碳、多种沸石和金属盐(以金属氨络合物盐(也简单地称为“金属氨络物盐”)的形式)中。优选的金属氨络物盐(即包含吸附的氨的金属盐)具有以下分子式Ma(NH3)nXz ⑴其中，M是一种或多种阳离子，选自例如Li、Na、K或Cs等碱金属、例如Mg、Ca、Sr或Ba等碱土金属和/或例如V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu或Zn等过渡金属或例如NaAl、KAl、K2Zn、CsCu*K2Fe等其组合；X是一种或多种阴离子，选自氟离子、氯离子、溴离子、碘离子、硝酸根离子、硫氰酸根离子、硫酸根离子、钥酸根离子和磷酸根离子；a是每个盐分子的阳离子的数量是每个盐分子的阴离子的数量；n是为2到12的配位数，优选为6到8。特别优选的金属氨络物盐是Sr (NH3)8Cl2'Ca (NH3)8Cl2'Mn (NH3)6Cl2, Mg (NH3)6Cl2 及其混合物。下面将特别参照氨气作为存储气体描述本发明的原理，但是本发明不限于此。部分或完全脱气的氨气存储单元的再饱和主要受两个参数的影响供给压力和热消散。在WO 2008/077652A2中提出的系统中，小操作单元(启动单元)的再饱和由来自较大单元的氨气进行。在W02008/077652A2的特定情况下，其中，存储材料位于启动单元(STU)和主单元(MU)中，MU被加热来产生使STU再饱和所需的压力。公开了再饱和可在机动车已经停车之后进行，甚至一直到机动车已经停车高达一小时之后进行，因为MU和STU之间的阀可以是被动止回阀(单向阀)。这是因为被加热的主单元具有较高的热容，特别地，当主单元被隔热时，其可在机动车已经停车之后较长时间保持加压状态。在部分饱和的STU中的吸附将仅在STU已经冷却(使用之后)到使压力低于MU中的压力的水平之后才开始进行。而且，STU中的吸附仅在MU仍温热时才可能，因此，吸附速率的任何加速将是有利的。因此，不应使STU隔热，因为这将减慢再饱和期间的热消散。另一方面，STU的任何隔热都将在其被加热来释放氨气的实际使用过程中降低STU的功率消耗。功率消耗用于两件事补偿吸热的氨脱附，和补偿到周围环境的热损失。这两个功率值可以分别是例如30W的热损失和20W用于脱附氨的功率。如果STU被隔热，则30W将减小到例如5W，并且系统的总功率消耗将减小，但是对再饱和速率具有不利影响。在本发明的具有STU的一些实施例中，上面提到的两个难题通过使STU插入略微较大的中空容器中而解决，所述中空容器围绕所述单元形成流体间隙(所述流体为气体，例如空气)，并且另外还具有与小的流体流动装置结合的入口和出口孔，所述流体流动装置例如为风扇、风机或泵，其可主动地使围绕STU的流体(例如空气)与来自周围环境的流体(例如空气)交换。在替代实施例中，流体交换利用布置用于选择地允许和禁止被动对流进行的装置而以可控制方式通过被动对流进行。主动和被动对流实施例都本质上允许形成一种具有存储单元的系统，其中热传递可通过电开关改变。当所述单元处于用于氨气的加热脱附的操作中时，所述单元和周围环境之间的间隙中的气体(例如空气)变成隔热层，但是当需要加速再饱和时，可打开风扇/风机/泵，并且人们可因而通过非常低的电功率(例如O. 5-10W功率用于风扇)(或者替代地，启动被动对流控制装置，并且使被动对流能够进行)，从STU去除高得多的热焓量。对流气体(例如空气)在周围环境的温度下经过中空间隙，并且由于来自正在吸附氨气的STU的热释放，以高20-40K的温度离封装外壳的出口。在一些实施例中，存储材料为固体氨气存储材料，并且存储在存储材料中的气体(即存储气体)为氨气。(主动或被动)对流气体的冷却效果基于热传输；即，对流气体以具有较低温度的气体状态进入间隙，并且以具有较高温度的气体状态离开间隙，即在冷却过程中，其没有经受任何相变，例如从液体到气体。在一些实施例中，例如在其中存储气体为氨气的实施例中，存储单元被冷却到环境温度。例如，如果对流气体为处于周围环境温度下的大气空气，则由于吸收的热，空气在 升高的温度下离开封装外壳的出口。换句话说，在这些实施例中，存储单元没有被冷却到低于环境温度。在其它实施例中，根据存储气体的特性，对流气体在进入间隙之前被冷却。通常，进入间隙的对流气体的温度高于存储气体的沸点。在一些主动对流实施例中，流体流动装置为风扇、风机或泵。在一些被动对流实施例中，被动对流控制装置包括至少一个挡板(shutter )，其布置用于选择地打开和关闭包括流体间隙的流体流动通路。例如,在一些实施例中，至少一个挡板布置用于关闭封装外壳的出口或者说输出口，在所述出口或者说输出口处，能够由于被动对流而流动的流体可离开。该挡板也称为出口挡板或输出口挡板。在其它实施例中，至少一个挡板布置用于关闭通入封装外壳的入口，在所述入口处，能够由于被动对流而流动的流体可进入，也称为入口挡板。在又一些其它实施例中，被动对流控制装置包括出口挡板和入口挡板。在一些实施例中，出口或入口挡板通过致动器例如电磁致动器被主动地打开和/或关闭。挡板可在一些实施例中由弹簧偏置，以使致动器仅提供打开或关闭致动运动，而其它致动运动(关闭或打开)通过致动器释放弹簧力来进行。在其它实施例中，打开和关闭致动运动都由致动器自身产生。所有这些与挡板致动相关的替代方式也可应用到具有出口和入口挡板的实施例。在一些双挡板实施例中，出口挡板致动器和入口挡板致动器共同受到控制，以使两个挡板一齐打开和关闭。为了使得能够进行被动对流，存储单元及其封装外壳布置成使空气间隙的纵向(其主要特征在于对流气体的入口和出口之间的对流方向)竖直定向，或至少具有沿垂直方向的分量，并且对流气体的入口低于出口。“竖直”和“低于”指存储单元及安装其的设备的名义方向。例如，机动车的名义方向由位于机动车车轮上的机动车确定在机动车中，存储单元安装成使当机动车位于其车轮上时，对流间隙竖直定向或至少具有沿竖直方向的分量。在一些实施例中，有效热传递通过连接到存储单元表面的热传递散热片增强。理论上，例如由于热惯量，可能发生以下情况通过加热存储单元而释放比在特定时刻实际上需要的更多的存储气体(例如氨气)。这可能使存储单元的压力超过最大允许压力水平。在一些主动对流实施例中，通过致动流体流动装置，或通过增大由流体流动装置产生的对流，和关闭加热装置，直到确定脱附压力接近设定点，而主动降低由加热装置加热的存储单元的温度水平来减小压力过量水平。类似地，在一些被动对流实施例中，通过利用被动对流控制装置允许进行被动对流，和关闭加热装置，直到确定脱附压力接近设定点，而主动降低由加热装置加热的存储单元的温度水平来减小压力过量水平。在一些实施例中，为了提高在存储单元使用之后(即在存储气体脱附之后)存储材料由存储的气体再饱和的速率，使存储气体压力水平在存储单元使用之后立即减小。在一些主动对流实施例中，这通过致动流体流动装置，或增强由流体流动装置产生的对流进行，直到脱附压力接近或处于该单元与周围环境处于热平衡时获得的压力水平。在一些被动对流实施例中，这通过利用被动对流控制装置使得能够进行被动对流来进行，直到脱附压力接近或处于该单元与周围环境处于热平衡时获得的压力水平。 在一些实施例中，使用另外的较大的存储单元，其具有通过对较大单元中的材料的加热而产生的供给压力。在一些主动对流实施例中，当从较大存储单元输送存储气体时，致动流体流动装置，或增强由流体流动装置产生的对流，由此由于冷却而提高使用存储气体使较小存储单元的存储材料再饱和的速率。类似地，在一些被动对流实施例中，当从较大存储单元输送存储时，利用被动对流控制装置使被动对流能够进行，由此由于冷却而增大使用存储气体使较小存储单元的存储材料再饱和的速率。在其中存储气体为氨气的一些实施例中，固体存储介质为能够通过吸附或吸收而存储氨气的活性碳、沸石或金属氨络合物。在使用氨气作为存储气体的一些实施例中，氨气被存储和释放来使由内燃机例如机动车的内燃机产生的NOx通过选择性催化剂还原而被去除。这些实施例中的一些包括用于机动车或用于固定式内燃机的控制器，其使用固体氨气存储材料来用于通过选择性催化剂还原而去除N0X。所述控制器被编程来进行本文所述的方法中的至少一种。在通过选择性催化剂还原来降低来自内燃机的废气的NOx的装置的一些实施例中，存储气体为氨气，并且存储材料为金属氨络合物盐，例如Sr (NH3)8Cl2Xa (NH3)8Cl2^Mn(NH3)6Cl2^Mg (NH3)6Cl2或其混合物。加热可以是电加热和/或通过发动机的废热加热。现在翻到附图，图Ia和Ib显示了其中存储单元I具有固体氨气存储材料3的实施例，固体氨气存储材料3在由加热装置2加热时释放氨气。封装外壳5在存储单元I的外部形成流体间隙，并且例如风扇4等流体流动装置4可形成经过出口 6的流体流，出口 6可包括单向阀，所述单向阀允许通到间隙外，但是在流体流动装置4关闭时，不允许流体(例如空气)自然对流到间隙外。图Ia显示了风扇4关闭，并且加热装置2开启时由此氨气可在没有从加热单元I的表面发生过多热损失的情况下脱附的实施例。图Ib显示了在从另一个源(这里未示出)再饱和期间，风扇4操作并且流体流动通过间隙到达单向通道6且将吸附热从单元I传输离开时的实施例。如果由于流体入口/出口的尺寸和/或间隙的大小很难使流体(例如空气)通过间隙发生对流，贝1J可省去具有单向流动功能的特定出口 6。当流体流动装置4关闭时，通过间隙的被动流动能力也可通过流体流动装置的设计而禁止。可任选地，封装外壳5可由隔热材料制成和/或涂覆有反射材料。加热装置可设置在存储材料3内部或外部。流体流动装置4可设置在流体间隙中的任何位置处。优选地，其设置在入口或出口处。可任选地，单向流动阀也可安装在入口中。图2a和2b显示了不同角度的实施例。这里，显示了系统的剖视图。在存储单元I和附加的壳体5之间存在(同中心的)流体(例如空气)间隙，由此流体间隙在加热装置2加热存储材料3来释放吸附的气体时形成隔热层。在再饱和过程中，加热装置关闭，并且流体流动装置在单元I和壳体5的壁之间的环形空间内输送流体。通过间隙的流体流动和从入口到出口的温差决定从单元I去除热的量。为了进一步加速再饱和，存储单元可配备有用于增强单元I和单元I与壁5之间的间隙中的空气之间的热传递的装置。这可通过散热片14以常规方式进行。这些散热片将在再饱和过程中提高热去除，但是在使用间隙作为隔热层的非流动情况下，没有特别的不利影响。图3显示了其中到目前为止描述的装置集成到完整的系统来控制存储气体例如氨气的释放和小存储单元的有效再饱和的实施例。所述系统包括具有氨气存储材料3的小存储单元1，其可通过加热2从存储材料3释放吸附的气体。小单元1，例如称为启动单元 (STU)，保持在壳体5中，壳体5配备有用于由流体流动装置(例如风扇/风机/泵)4控制的流体(例如空气)的入口和可包括适当的单向流动阀6的出口，所述单向流动阀6提供在低压降下使流体流出壳体的可能，但是其在流体流动装置4没有操作时不允许(返回)流动。所述系统还包括一个(或多个)具有存储与较小单元I中相同气体的存储材料3a的较大单元la。加热较大单元Ia的加热装置2a可升高吸附的气体例如氨气的压力，以提供用于较小单元I中再吸附的压力梯度。为了使这有效地发生，阀10设置在两个单元Ia和I之间，以避免来自较小单元I的气体可能被吸附在较大单元Ia中，而非被配量。该阀10通常为被动单向阀，但是其可以是其它类型的阀。该系统还包括配量阀8和压力传感器7，以测量从被加热装置2 (或2a)加热的箱I (或Ia)脱附的过程的压力。当系统中存在不止一个箱时，可使用不止仅一个压力传感器(未示出)。需要将来自存储单元(l，la)的气体(例如氨气)配量的过程可以通过来自内燃机11的废气12实现，该废气经过SCR催化剂13来降低来自发动机11的N0X。但是可设想需要本发明的功能的其它过程。在图3中概略示出的系统中，操作策略类似于WO 2008/077652A2,即氨气的配量大部分从小单元I进行，而再饱和通过将较大的单元Ia加热2a而从较大的单元Ia进行。但是，利用本文中所述的实施例，当其处于用于通过加热2脱附存储气体(例如氨气)的正常操作模式中时，由于通过致动风扇/风机/泵4加速热去除，再饱和过程快得多，并且有效得多，同时降低来自单元I的热损失。在例如图3中公开的实施例的一个实施例中，存在其它的积极的可任选特征在提供附加的特征的一个方面中，流体流动装置4在其中加热装置2已经将传感器7测量的压力水平升高到太高的水平由此加热装置2关闭的情况下致动。但是，这种压力过量情况可通过在关闭加热装置2的同时致动流体流动装置4 (例如风扇)和增强对单元I的冷却来降低，由此，由于材料3的温度降低，使压力下降到接近期望设定点的水平。由于温度和压力测量值7之间的关系，这种温度的降低不需要在单元I中的温度传感器操作。在另一个附加特征中，在系统从正常操作关闭例如当使用该系统的机动车停车时，流体流动装置4立即被致动。这使得能够从操作压力快速下降到类似于周围环境之间热平衡的压力水平。例如，当被加热到约50-60° C时，Sr (NH3) 8C12具有2. 5巴的操作蒸气压力，而在室温下，期望达到O. 4-0. 5巴的非加压状态。使得能够达到低于I巴的压力的加速冷却是本发明的一个优点，并且不只是用于达到在其被加热2a时较小单元I易于从较大单元Ia吸附气体(氨气)的状态。在一个优选实施例中，存储材料(3，3a)是金属氨络合物盐，特别优选Sr (NH3) 8C12、Ca (NH3) 8C12、Mn (NH3) 6C12、Mg (NH3) 6C12及其混合物。可应用例如沸石或活性碳等其它材料。图4显示了加热装置2和流体流动装置4的操作的改变可怎样进行来获得某些特征，即操作过程中低的热损失，和压力过量情况的降低加速再饱和或压力从操作点减小到与周围环境热平衡。 实例I将具有Sr(NH3)8Cl2的约500ml的小存储单元部分脱气，即所述材料中的一些为31'(順3)8_11(12，其中11￡ [1,2, "·8]。将存储单元I放置在室温下，并且将其暴露于来自产生升高压力的加压源的氨气。进行两个实验a)其中没有封装外壳5和流体流动装置4，并且因此仅通过围绕温热单元的通常的自然对流进行被动冷却(即，在没有对流间隙的情况下进行慢的热传递)，和b)其中存在通过来自风机4的强制对流实现的主动冷却。两种情况中的氨气吸附显著不同通过通常的自然对流进行被动冷却从加压源吸附10. 2g NH3。通过小风机进行主动冷却从加压源吸附18. lg。因而，可以看到，在没有对流间隙的情况下，在封装外壳5中的流体流动装置4致动时，通过自然对流进行的慢冷却(其始终是例如安装在房屋中的通常的散热器的可能热传递机构)可被显著改善。但是，当不存在流体间隙时，不可能获得改善的隔热性能。实例2在小存储单元I的正常操作过程中，用于操作所述单元、加热装置2的功率包括两部分用于释放氨气的热和到周围环境的热损失。假设单元I具有O. 03m2的表面积，并且在路上驾驶的机动车上操作。在没有由围绕单元5的空气间隙形成的隔热层的情况下，由围绕所述单元流动的冷空气(例如5°C )产生的强制对流产生的来自单元I的50°C表面温度热损失约为(550C -50C ) *30W/m2/°C *0. 03m2=45W。(假设热传递系数为 30W/m2/°C )。如果根据本发明的单元在操作过程中较少地暴露于环境，则热损失可减小到(550C -50C ) *5ff/m2/°C *0. 03m2=7. 5W。(假设热传递系数为 5W/m2/°C )。这将对从机动车的电池或发电机提取的功率具有不可忽视影响。因而，这表明，根据本发明的实施例对再饱和的情况以及操作性能都具有积极作用。实例3将约500ml的小存储单元保持在由金属或例如注射成型的塑料/聚合物制成的封装外壳5(聚合物进一步降低由封装外壳5的热损失)。封装外壳的一端配备有小风扇4，类似于用于计算机的不贵的风扇，直径为4cm。这样的小风扇可使用小于IW的功率，并且仍产生通过围绕单元I的O. 5cm的环形间隙的IOm3空气每小时(=10000[升/小时]/24. 5[升/摩尔]/3600 [秒/小时]=0. 113摩尔/秒)的流量。热容为约20J/mol/K的空气(或以N2计算)在吸附过程中围绕单元I流动，空气流的温度升高20K (从例如298K到318K)。来自通过风扇4产生的强制对流的热传递于是约为 O. 113[mol/s]*20[K]*20[J/mol/K]=45. 4W。氨气的吸附焓为约42kJ/mol NH3，冷却速率为45. 4W，则通过适当的热消散，可吸收I. 08*10^3mol NH3/sec的氨气流量。在30分钟时间段中，这导致16. 5g NH3,即导致与实例I中相同数量级的结果的理论计算值。通过实例3，这表明，现有类型的设备可结合到所设计的本发明的实施例中，并且获得期望的结果而没有增加明显的复杂性和昂贵的部件。总之，以方法或装置实现的本发明的实施例对于用于在由燃烧发动机驱动的机动车或卡车(或需要氨气存储的类似应用)中通过SCR减少NOx的固体氨气存储系统特别有 利，其中，存储系统具有下述特征中的一个或多个较小的存储单元(例如尺寸为50ml到3升，包含25g到I. 5kg存储的氨气)，由电或其它方式加热的加热装置2。由较大的封装外壳5形成围绕较小单元的隔热空气间隙，气体通道由风扇/风机/泵4控制，以在风扇操作时增强热传递，并且当风扇关闭时隔热。一个或多个较大固体存储单元Ia(例如500ml到20升，包含400g到20kgNH3)，具有用于加热的装置2a，能够在存储材料3a中存储足够的氨气用于期望的维护运行间隔(例如 25000km)ο根据本发明的控制器算法，其允许通过以下方式提高性能通过在氨气从存储单元I脱附过程中不致动风扇来减小功率损失。在期望来自单元I的较低的压力和增强的热传递时，通过致动风扇/风机4提高再饱和速率。提高由单元I的存储材料3的过多加热2产生的压力过量情况的降低速率。图5a和5b显不了一个替代实施例。其对应于图Ia和Ib的实施例,但是这里热传输基于被动对流，而在前面的附图中，热传输基于主动对流。包括可任选的单向阀的前面附图的流体流动装置4 (风扇/风机/泵)由被动对流控制装置4’代替。这意味着该实施例没有用于主动形成对流气体对流的装置。被动对流控制装置4’为例如挡板4’ a，其布置用于选择地打开和关闭包括流体间隙的流体流动通路。挡板4’ a通过例如电磁致动器致动。挡板4’ a例如安装在从流体间隙离开的出口或输出口 6处。可任选地，为了防止处于出口 6处的挡板4’a关闭时通过扩散进行的任何热传输，在通到流体间隙的入口 15处设置另一个入口挡板4’ b。入口挡板4’ b可与出口挡板4’ b一齐打开和关闭。入口挡板4’ b的致动由单独的致动器提供，所述单独的致动器也可以是电磁致动器。在其它实施例中，仅存在入口挡板4’ b。被动对流可因而通过关闭出口挡板或入口挡板或出口挡板和入口挡板都关闭而被禁止。被动对流基于以下事实对流气体通过从存储单元吸收而被加热，以及热的对流气体具有比冷的对流气体更低的密度，使对流气体自然上升。为了使得在出口挡板4’ a和/或入口挡板4’ b打开时能够进行被动对流，存储单元及其封装外壳布置成使空气间隙的纵向(其主要特征在于，用于对流气体的入口和出口之间的对流方向)竖直定向，或至少具有处于竖直方向的分量。图5a和5b中，用于对流气体的入口 15低于出口 6距离“d”。“竖直”和“低于”指存储单元和安装其的设备的名义方向。例如，机动车的名义定向由位于机动车车轮上的机动车确定；在机动车上，存储单元安装成使得当机动车位于其车轮时，使对流间隙竖直定向，或至少具有沿竖直方向的分量。竖直方向由图5a左手侧处的箭头示出。大体上并且结合图I到4的主动对流实施例描述的所有其它方面、功能和特征也可应用于图5的被动对流实施例。因此，在被动控制装置4’被控制成使其以类似于图I到4的流体流动装置的操作/停止的方式允许/禁止进行被动对流的条件下，可参照一般描述 和结合例如图I到4对主动对流实施例的描述。在此虽然已经描述了根据本发明的教导构造的一些方法和产品，但是本专利的覆盖范围不限于此。相反，本专利覆盖按照字面意义或等同原理而确切地落在所附权利要求范围内的本发明教导的全部实施例。
权利要求
1.一种用于控制从存储单元(I)进行的有效热传递的方法，其中，所述存储单元(I)包含固体气体存储材料(3)，所述固体气体存储材料能够通过吸附或者说吸收和脱附而可逆地存储气体，所述方法通过使用一种设备进行，所述设备包括 流体间隙，所述流体间隙位于封装外壳(5)和存储单元(I)之间，当所述流体间隙中的流体没有主动运动时，或当不允许进行被动对流时，所述流体间隙提供隔热层； 流体流动装置(4)或者被动对流控制装置(4’)，所述流体流动装置产生与所述存储单元(I)的表面接触的流体的强制对流，以增加从所述存储单元(I)进行的热传递，所述被动对流控制装置允许正与所述存储单元(I)的表面接触的流体发生被动对流，以增加从所述存储单元(I)进行的热传递； 所述封装外壳(5)的出口(6)，在所述出口(6)处，由所述流体流动装置(4)强制对流的流体或发生允许的被动对流的流体能离开；加热装置(2 )，所述加热装置用于加热所述存储材料(3 ); 其中，在气体从所述存储材料(3)释放的气体释放过程中，所述存储材料由所述加热装置(2)加热， 而在所述存储材料(3 )使用气体再饱和过程中，所述加热装置(2 )关闭，并且 其中对从所述存储单元(I)进行的有效传递的控制通过以下方式进行 在气体释放过程中，通过停止所述流体流动装置(4)的操作，或通过调节由所述流体流动装置(4)产生的对流以使其低于再饱和过程中的情况来进行，或者通过使用所述被动对流控制装置(4’ )禁止被动对流来进行； 而在再饱和过程中，通过使所述流体流动装置(4)操作，或通过调节由所述流体流动装置(4)产生的对流以使其高于气体释放过程的情况来进行，或者通过使用所述被动控制装置(4’)允许发生被动对流来进行，并且其中，所述流体为气体。
2.根据权利要求I所述的方法，其中，可逆地存储在所述固体气体存储材料中的气体为氨气。
3.根据权利要求I或2所述的方法，其中，所述固体气体存储材料包括金属盐，所述金属盐在包含吸附的氨气时，分子式为Ma (NH3)nXz (I) 其中，M是一种或多种阳离子，选自例如Li、Na、K或Cs等碱金属、例如Mg、Ca、Sr或Ba等碱土金属和/或例如V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu或Zn等过渡金属或例如NaAl、KAl、K2Zn>CsCu或K2Fe等其组合；X是一种或多种阴离子，选自氟离子、氯离子、溴离子、碘离子、硝酸根离子、硫氰酸根离子、硫酸根离子、钥酸根离子和磷酸根离子；a是每个盐分子的阳离子的数量是每个盐分子的阴离子的数量；n是为2到12的配位数，优选为6到8。
4.根据权利要求I到3中任一项所述的方法，其中，固体存储介质(3;3a)包括活性碳和/或沸石。
5.根据权利要求I到4中任一项所述的方法，其中，所述流体为空气。
6.根据权利要求I到5中任一项所述的方法，其中，所述流体流动装置(4)为风扇、风机或泵。
7.根据权利要求I到5中任一项所述的方法，其中，所述被动对流控制装置(4’)包括至少一个挡板(4’ a，4’ b)，所述挡板布置用于选择地打开和关闭包括所述流体间隙的流体流动通路。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述被动对流控制装置包括出口挡板(4’a)、入口挡板(4’ b)中的一个，或包括出口挡板(4’ a)和入口挡板(4’ b)。
9.根据权利要求I到8中任一项所述的方法，其中，所述有效热传递通过连接到所述单元(I)的表面的热传递散热片(14)增强。
10.根据权利要求I到9中任一项所述的方法，包括通过致动所述流体流动装置(4)，或增强由所述流体流动装置(4)产生的对流，或者通过使用所述被动对流控制装置(4’ )允许进行被动对流，和关闭所述加热装置(2)，直到确定脱附压力接近设定点，而主动降低由加热装置(2)加热的所述存储单元(I)的温度水平，来降低压力过量水平。
11.根据权利要求I到10中任一项所述的方法，包括通过致动所述流体流动装置(4)，或增强由所述流体流动装置(4)产生的对流，或者通过使用所述被动对流控制装置(4’)允许进行被动对流，直到确定脱附压力接近或处于所述存储单元(I)与周围环境处于热平衡时获得的压力水平，来在所述存储单元使用之后立刻降低压力水平。
12.根据权利要求I到11中任一项所述的方法，包括 使用另外的较大存储单元(la)，所述较大存储单元具有通过加热(2a)所述较大存储单元(Ia)中的材料(3a)产生的供给压力，和 致动所述流体流动装置(4)，或增强由所述流体流动装置(4)产生的对流，或者通过使用所述被动对流控制装置(4’)允许进行被动对流，由此提高存储在材料(3)中的气体在所述气体从所述较大存储单元(Ia)释放时的再饱和速率。
13.一种用于机动车的控制器(9)，所述机动车使用分子式为(I)的金属氨络物盐存储材料(3 ；3a),以便于通过选择性催化还原(13)去除NOx，所述控制器被编程来执行根据权利要求I到12中任一项所述的方法。
14.一种用于将气体以受控方式配量到使用所述气体的任何过程的装置，所述装置包括至少一个存储单元(I ;la)，所述至少一个存储单元包含能够通过吸附或者说吸收和脱附而可逆地存储气体的固体气体存储材料(3 ;3a)，并且所述至少一个存储单元(I ；la)配备有加热装置(2 ;2a)，用于通过脱附释放所述气体，所述装置还包括 流体间隙，所述流体间隙位于所述至少一个存储单元(I)和封装外壳(5)之间； 流体流动装置(4 )或被动对流控制装置(4 ’)，所述流体流动装置用于控制通过所述至少一个存储单元(I)和所述封装外壳(5)之间的间隙的流体流动，所述被动对流控制装置(4’)用于控制通过所述至少一个存储单元(I)和所述封装外壳(5)之间的间隙的流体的被动对流，其中所述流体为气体； 控制器(9)，所述控制器被编程来执行控制有效热传递的根据权利要求I到10中任一项所述的方法。
15.根据权利要求14所述的装置，用于通过选择性催化还原(13)减少来自内燃机发动机(11)的废气(12)的NOx，所述装置的进一步的特征在于 所述固体气体存储材料(3 ；3a)包括分子式为(I)的金属氨络合物盐，优选为Sr (NH3) 8C12、Ca (NH3) 8C12、Mn (NH3) 6C12、Mg (NH3) 6C12 或其混合物， 所述气体为氨气，并且所 述加热装置(2 ;2a)为电加热装置和/或使用发动机的废热的加热装置。
全文摘要
本发明提供一种用于控制从存储单元(1)进行的有效热传递的方法。在气体从所述存储单元中的存储材料(3)释放的过程中，所述存储材料通过加热装置(2)加热。在所述存储材料(3)使用气体再饱和过程中，关闭所述加热装置。对从所述存储单元(1)进行的有效热传递的控制通过以下方式进行在气体释放过程中，通过停止对流气体的对流进行，而在再饱和过程中，通过实现或允许对流气体的对流以冷却所述存储单元(1)来进行。
文档编号F17C11/00GK102834160SQ201180014352
公开日2012年12月19日 申请日期2011年3月16日 优先权日2010年3月16日
发明者U·J·奎德, T·约翰内森, J·H·措滕, H·施密特 申请人:氨合物公司