Nothing Special   »   [go: up one dir, main page]

DE102009047475A1 - Speicherbehälter für ein Reduktionsmittel und Verfahren zur Freigabe eines Reduktionsmittels für eine selektive katalytische NOx-Reduktion - Google Patents

Speicherbehälter für ein Reduktionsmittel und Verfahren zur Freigabe eines Reduktionsmittels für eine selektive katalytische NOx-Reduktion Download PDF

Info

Publication number
DE102009047475A1
DE102009047475A1 DE102009047475A DE102009047475A DE102009047475A1 DE 102009047475 A1 DE102009047475 A1 DE 102009047475A1 DE 102009047475 A DE102009047475 A DE 102009047475A DE 102009047475 A DE102009047475 A DE 102009047475A DE 102009047475 A1 DE102009047475 A1 DE 102009047475A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
memory block
storage container
storage
heating
reducing agent
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102009047475A
Other languages
English (en)
Inventor
Michael Koehler
Sebastian Kaefer
Lutz Wondraczek
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Priority to DE102009047475A priority Critical patent/DE102009047475A1/de
Publication of DE102009047475A1 publication Critical patent/DE102009047475A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/18Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
    • F01N3/20Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion ; Methods of operation or control of catalytic converters
    • F01N3/2066Selective catalytic reduction [SCR]
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2610/00Adding substances to exhaust gases
    • F01N2610/10Adding substances to exhaust gases the substance being heated, e.g. by heating tank or supply line of the added substance
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2610/00Adding substances to exhaust gases
    • F01N2610/14Arrangements for the supply of substances, e.g. conduits
    • F01N2610/1406Storage means for substances, e.g. tanks or reservoirs
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02ATECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A50/00TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
    • Y02A50/20Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)

Abstract

Es wird ein Speicherbehälter für die Speicherung eines Reduktionsmittels zur NOx-Reduzierung in einem Abgasstrang eines Kraftfahrzeugs sowie ein Verfahren zur Freigabe von gasförmigem Reduktionsmittel zu diesem Zweck vorgeschlagen, wobei der Speicherbehälter eine Feststoff-Speichersubstanz (1) aufweist, welche zur Aufnahme des Reduktionsmittels (15) und zur Freisetzung des Reduktionsmittels (15) unter Wärmeeinwirkung geeignet ist, wobei der Speicherbehälter dadurch gekennzeichnet ist, dass die Speichersubstanz (1) ein Speicherblock (2) mit einem spezifischen elektrischen Widerstand ist, welcher angepasst ist, thermische Energie durch Umwandlung aus elektrischer Energie zu erzeugen, und dass Mittel (3) zum direkten Beheizen des Speicherblocks (2) mittels elektrischer Energie vorgesehen sind.

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft einen Speicherbehälter für die Speicherung eines Reduktionsmittels zur NOx-Reduzierung in einem Abgasstrang eines Kraftfahrzeugs über eine sogenannte selektive katalytische Reduktion (SCR) nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft ebenso ein Verfahren zur Freigabe von gasförmigem Reduktionsmittel für die Reduzierung von Stickstoffoxiden NOx in einem Abgasstrang beispielsweise eines Kraftfahrzeugs nach den Schritten des Oberbegriffs des Anspruchs 6.
  • Insbesondere in der Kraftfahrzeugindustrie werden zur Abgasaufbereitung sogenannte SCR-Katalysatoren eingesetzt, in welchen über ein eingespeistes Reduktionsmittel, beispielsweise gasförmiges Ammoniak, die Stickstoffoxide NOx behandelt werden können. Das hierzu notwendige Reduktionsmittel wird an Bord der Kraftfahrzeuge in dafür vorgesehenen Speicherbehältern mitgeführt, um es bei Bedarf und je nach den Betriebsbedingungen beispielsweise durch Wärmeeinwirkung freizusetzen und dem Abgasstrang vor dem SCR-Katalysator zuzuführen. Die Speicherbehälter für Reduktionsmittel weisen hierzu in einem geschlossenen Behälter eine Feststoff-Speichersubstanz auf, in der Regel in Form eines Speicherblocks. Die Speichersubstanz, welche beispielsweise ein Metallsalzblock oder jede andere Substanz sein kann, welche zum Speichern von Reduktionsmittel geeignet ist, kann dabei in Form eines Pulvers vorliegen eines verdichteten Metallsalzblocks. Zur Speicherung beispielsweise von Ammoniak NH3 sind geeignete Metallsalze, die als Speichersubstanzen verwendet werden können, sämtliche Metallsalze MexCly oder Mex(SO4)y, wobei Me ein Metall wie beispielsweise Mg, Ca, Sr oder Fe sein kann. Bekannte Speicherbehälter für die Speicherung von NOx-Reduktionsmitteln weisen innerhalb der Speichersubstanz oder außen an der Speichersubstanz Heizeinrichtungen auf, beispielsweise eine Heizdrahtwiderstandseinrichtung. Durch das Beheizen der Speichersubstanz über diese separaten Heizeinrichtungen wird Wärme in die Speichersubstanz eingebracht, wodurch gasförmiges Ammoniak freigesetzt wird und durch den erhöhten Druck über eine Verbindungsleitung in den Abgasstrang beispielsweise eines Kraftfahrzeugs eingeleitet werden kann. Zum Erzeugen der für die Freisetzung des Reduktionsmittels notwendigen Wärme werden auch auf dem Prinzip der Strahlung basierende Heizeinrichtungen oder Wärmekopplungen über Wärmetauscher mit einem wärmetransportierenden Medium, wie zum Beispiel Kühlwasser, Abgas usw., im Stand der Technik verwendet. Diese Heizeinrichtungen innerhalb der Speicherbehälter erfordern einen erheblichen Aufwand in der Herstellung und insbesondere in der Integration von beispielsweise Heizleitern innerhalb oder neben dem Material der Speichersubstanz. Die wärmeübertragenden Bauteile wie Wärmetauscher sind relativ raumeinnehmend und erfordern somit zusätzlichen Bauraum. Nicht zuletzt sind die bisher bekannten Methoden zur Wärmeeinkopplung in derartigen Speicherbehältern (mit zusätzlichen Heizeinrichtungen) durch hohe Wärmeverluste aufgrund der notwendigen Wärmeübertragung auf das Material der Speichersubstanz gekennzeichnet. Je nach Anordnung und Anzahl von integrierten Heizeinrichtungen kann es auch zu einer inhomogenen Verteilung der Temperatur in den Speicherblöcken des Speicherbehälters kommen, was zu einer ungleichmäßigen Beladung und unvollständigen Entladung von Reduktionsmittel in derartigen Speicherbehältern führt. Bekannte Systeme zur Speicherung und Freigabe eines gasförmigen Reduktionsmittels zur Verwendung in einem SCR-Katalysator mit integrierten Heizeinrichtungen sind beispielsweise in WO 1999/001205 A1 oder WO 2006/012903 A2 beschrieben.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Das der Erfindung zugrundeliegende Problem wird durch einen Speicherbehälter mit den Merkmalen nach Anspruch 1 sowie durch das Verfahren mit den Merkmalen nach Anspruch 6 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Nach der Erfindung ist ein Speicherbehälter für die Speicherung eines Reduktionsmittels zur NOx-Reduzierung mit einer Feststoff-Speichersubstanz vorgesehen, welche zur Aufnahme des Reduktionsmittels und zur Freisetzung des Reduktionsmittels unter Wärmeeinwirkung geeignet ist, wobei der Speicherbehälter dadurch gekennzeichnet ist, dass die Speichersubstanz ein Speicherblock mit einem spezifischen elektrischen Widerstand ist, welcher angepasst ist, um thermische Energie durch Umwandlung aus elektrischer Energie zu erzeugen, und dass Mittel zum direkten Beheizen des Speicherblocks mittels elektrischer Energie am oder im Speicherblock vorgesehen sind. Durch die Mittel zum direkten Beheizen nach der Erfindung kann somit ein direktes Beheizen der Speichersubstanz durch Umwandlung von elektrischer Energie in thermische Energie erfolgen. Auf die separaten Heizeinrichtungen und ein indirektes Beheizen, wie es im Stand der Technik notwendig war, muss nicht mehr zurückgegriffen werden. Die direkte Beheizung des Materials der Speichersubstanz, beispielsweise in Form des Speicherblocks aus einem Metallsalz wie Mgx(SO4)y, hat den weiteren Vorteil, dass keine zusätzlichen Bauteile im Speicherbehälter für die Heizeinrichtungen zu integrieren und vorzusehen sind. Das direkte Beheizen über das Einleiten von elektrischer Energie im Zusammenwirken mit dem Material des Speicherblocks erfordert auch einen relativ geringeren Aufwand zur Herstellung derartiger Speicherbehälter. Ein wesentlicher Vorteil des direkten Beheizens zum Einbringen von Wärme in das Material der Speichersubstanz nach der Erfindung ist, dass Übertragungsverluste, wie sie im Stand der Technik bei der Konvektion oder Wärmestrahlung gegeben waren, weitestgehend vermieden werden und eine sehr homogene Temperaturverteilung im Material des Speicherblocks hervorgerufen werden kann. Dies erhöht die Effizienz bei der Freisetzung von gasförmigem Reduktionsmittel aus dem Speicherbehälter zur Verwendung in einem Abgasstrang beispielsweise einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs.
  • Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Speicherblock im Speicherbehälter zur Aufnahme des Reduktionsmittels ein verdichteter Metallsalzblock von vordefinierten Abmessungen. In Abstimmung mit der Größe und Position der Mittel zum Direktbeheizen mittels elektrischer Energie kann so eine optimale Form und Größe des Metallsalzblocks gewählt werden, um eine direkte Erzeugung von thermischer Energie im Inneren des Speicherbehälters hervorzurufen. Der Metallsalzblock kann beispielsweise aus einem pulverförmigen Ausgangsmaterial durch Kompaktieren in die gewünschte Zielform gebracht werden. Der Metallsalzblock weist insbesondere eine vordefinierte Breite, Dicke und Länge auf, die je nach der Position von beispielsweise Elektroden an dem äußeren Umfang, welche zur Einspeisung von elektrischer Energie dienen, so gewählt wird, dass ein möglichst vollständiges Aufheizen durch die elektrische Energie gewährleistet wird.
  • Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind als Mittel zum direkten Beheizen des Speicherblocks mindestens zwei Elektroden an gegenüberliegenden Seiten des Speicherblocks vorgesehen, welche mit einer elektrischen Stromquelle verbunden sind. Die beiden gegenüberliegenden Elektroden, welche beispielsweise die Gestalt von plattenförmigen Elektroden aufweisen können, erfordern im Inneren des Speicherbehälters wenig Raum. Mittels der mindestens zwei gegenüberliegenden Elektroden, welche mit einer Stromquelle verbunden sind, kann direkt elektrische Energie in das Material des Speicherblocks eingebracht werden. Die Stromquelle zur Versorgung der Elektroden mit elektrischem Strom kann eine interne Stromquelle im Inneren des Speicherbehälters selbst sein. Alternativ kann als Stromquelle eine externe Stromquelle dienen, welche über Verbindungskabel mit den Elektroden verbunden ist.
  • Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist als Mittel zum direkten Beheizen des Speicherblocks eine Widerstandsheizung vorgesehen, welche durch Anlegen einer elektrischen Spannung an den Speicherblock und im Zusammenwirken mit dem Material des Speicherblocks funktioniert, um thermische Energie aus der elektrischen Energie zu erzeugen. Die direkte Widerstandsheizung nach dieser vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann beispielsweise über zwei gegenüberliegende Elektroden an der Außenseite des Speicherblocks realisiert werden. Dabei wird der ausgewählte und spezifische elektrische Widerstand des Metallsalzblocks ausgenutzt. Des Material des Metallsalzblocks selbst, welches vorzugsweise so ausgewählt ist, dass es einen gewünschten und für das direkte Beheizen erforderlichen elektrischen Widerstand aufweist, funktioniert dabei sozusagen selbst als Heizelement. Der Wirkungsgrad bei dieser Art der Heizung ist deutlich höher als derjenige von herkömmlichen Heizeinrichtungen derartiger Speicherbehälter nach dem Stand der Technik, da es hier weniger Verluste aufgrund der Wärmeübertragung bzw. keine Verluste gibt. Als Elektroden, die außen an dem Metallsalzblock angelegt werden können, können zum Beispiel plattenförmige Graphitelektroden verwendet werden.
  • Nach einer weiteren diesbezüglichen alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist als Mittel zum direkten Beheizen des Speicherblocks eine kapazitive Heizung vorgesehen, welche mittels eines elektromagnetischen Wechselfelds hoher Frequenz im Bereich des Speicherblocks gezielt eine Erwärmung des Speicherblocks hervorruft. Auch hierbei wird die elektrische Energie einer Stromquelle direkt im Inneren des Materials des Speicherblocks in thermische Energie umgewandelt. Eine geeignete Stromquelle für das Erzeugen eines elektromagnetischen Wechselfelds ist eine Stromquelle mit hoher Spannung von beispielsweise 2 kV bis 15 kV. Das Material der Speichersubstanz in Form beispielsweise des Metallsalzblocks dient in dieser Ausgestaltung als das Dielektrikum und die eingebrachte Wärme wird durch das elektromagnetische Wechselfeld hoher Frequenz, welches bei Bedarf hervorgerufen wird, erzeugt. Auch bei dieser Ausgestaltung sind vorzugsweise an dem Speicherblock an gegenüberliegenden Seiten Elektroden angebracht, die mit einer Stromquelle verbunden sind. Die Stromquelle kann auch hier direkt im Inneren des Speicherbehälters vorgesehen sein oder eine externe Stromquelle sein, die über Leitungen mit den Elektroden verbunden ist.
  • Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Freigabe von gasförmigem Reduktionsmittel mit den Schritten nach Anspruch 6. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Speichersubstanz in einem Speicherbehälter für Reduktionsmittel mittels eines Anlegens von elektrischer Energie direkt beheizt wird, so dass im Material der Speichersubstanz die elektrische Energie bei Bedarf in thermische Energie umgewandelt wird. Auch mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich die Verluste aufgrund einer Wärmeübertragung von einer indirekten Heizeinrichtung reduzieren. Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt eine homogenere Verteilung der erzeugten Wärme im Material der Speichersubstanz, so dass die Freigabe von Reduktionsmittel optimiert wird und insbesondere eine maximal mögliche Freigabe der gesamten Menge an im Speichermaterial eingelagertem Reduktionsmittel hierdurch realisierbar ist.
  • Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein spezifischer elektrischer Widerstand des Speicherblocks im Speicherbehälter während des Betriebs gemessen, und eine Änderung des Widerstands wird für die Regelung des Beladungszustands des Speicherbehälters verwendet. Damit wird langfristig und auf sichere Art und Weise gewährleistet, dass immer ausreichend Reduktionsmittel beispielsweise an Bord eines Kraftfahrzeugs vorhanden ist, um eine optimale Behandlung von Stickoxiden NOx im Abgasstrang zu erlauben.
  • Die Erfindung wird im Folgenden mehr im Detail anhand von mehreren Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung erläutert werden. In der Zeichnung zeigt:
  • 1 eine schematische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Speicherbehälters mit Direktwiderstandsheizung; und
  • 2 eine schematische Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Speicherbehälters mit kapazitiver Direktheizung und Widerstandserfassung.
  • Wie es in der 1 in einer schematischen Ansicht gezeigt ist, weist der erfindungsgemäße Speicherbehälter 10 im Wesentlichen einen kastenartigen Tank oder eine kastenartige Kartusche auf, welche eine Feststoff-Speichersubstanz 1 für ein Reduktionsmittel 15 umschließt. Der Speicherbehälter 10 kann beispielsweise aus Edelstahl oder anderen geeigneten druckfesten und wärmeresistenten Materialien hergestellt werden. Seitlich am Speicherbehälter 10 ist eine Zuführleitung 11 mit einem Dosierventil 12 angeschlossen, über welche gasförmiges Reduktionsmittel, im Fall des in der 1 gezeigten Ausführungsbeispiels Ammoniak NH3, einem Abgasstrang zum Beispiel eines Kraftfahrzeugs zugeführt wird, in welchem das Reduktionsmittel zur Durchführung einer selektiven katalytischen Reduktion innerhalb eines SCR-Katalysators (nicht gezeigt) verwendet wird. Die Speichersubstanz 1 in dem Ausführungsbeispiel der 1 ist ein Speicherblock 2, insbesondere ein Metallsalzblock aus einer Substanz, welche geeignet ist, Ammoniak NH3 zu speichern. Geeignete Metallsalze zum Herstellen des Speicherblocks 2 sind sämtliche MexCly oder Mex(SO4)y, wobei Me ein Metall wie zum Beispiel Mg, Ca, Sr oder Fe ist. Der Speicherblock 2 innerhalb des Speicherbehälters 10 ist ein Feststoffkörper, welcher beispielsweise aus pulverförmigem Metallsalz durch Kompaktieren hergestellt wurde. Zur Freisetzung von im Speicherblock 2 eingelagertem Reduktionsmittel NH3 wird dem Inneren des Speicherbehälters 10 Wärme zugeführt, so dass das Ammoniak NH3 gasförmig freigesetzt wird und der Druck im Inneren des Speicherbehälters 10 steigt. Sobald das Dosierventil 12 in der Zuführleitung geöffnet wird, wird gasförmiges Ammoniak NH3 zur Verwendung in den Abgasstrang geleitet. Für die Erwärmung zur bedarfsgerechten und gezielten Freisetzung des Reduktionsmittels 15 ist ein Direktheizmittel 3 vorgesehen, welches erfindungsgemäß eine direkte Erzeugung von thermischer Energie im Material des Speicherblocks 2 aus elektrischer Energie ermöglicht.
  • Als Direktheizmittel 3 zum Freisetzen von gespeichertem Reduktionsmittel 15 ist in dem Ausführungsbeispiel der 1 eine Direktwiderstandsheizung 7 vorgesehen, welche im Wesentlichen aus zwei Elektroden 4, 5 an den gegenüberliegenden Schmalseiten des Speicherblocks 2 und einer Stromquelle 6 besteht. Die Stromquelle 6 ist bei dem Ausführungsbeispiel der 1 eine Gleichstromquelle. Durch Anlegen einer elektrischen Spannung an den Elektroden 4, 5 kann durch Ausnutzung des spezifischen elektrischen Widerstands des Speicherblocks 2 bzw. Metallsalzblocks direkt die elektrische Energie in thermische Energie, d. h. Wärme, umgewandelt werden. Die Elektroden 4, 5 können beispielsweise als Graphitelektroden in Plattenbauart realisiert sein und sind vorzugsweise über im Wesentlichen die gesamte Fläche der Schmalseiten des Speicherblocks 2 vorgesehen. Die Direktwiderstandsheizung 3 mit einer unmittelbaren Umwandlung von elektrischer Energie von der Stromquelle 6 in thermische Energie zur Erwärmung des Speicherblocks 2 führt weitgehend ohne Verluste zu einer Freisetzung von gasförmigem Ammoniak NH3. Nach einem Öffnen des Dosierventils 12 kann dieses bei Bedarf einem Abgasstrang einer Brennkraftmaschine zugeführt werden. Die Direktwiderstandsheizung 3 benötigt wenig Bauraum und es sind keine zusätzlichen Bauteile für Heizeinrichtungen wie Wärmetauscher, Heizleiter oder ähnliches im Inneren des Speicherbehälters 10 zu integrieren. Nicht zuletzt erlaubt diese Direktwiderstandsheizung 3 nach der Erfindung ein homogenes Erwärmen des Speicherblocks 2, so dass eine effizientere, vollständigere Freisetzung von gespeichertem Reduktionsmittel 15 ermöglicht wird. Vorzugsweise wird das Material des Speicherblocks 2, beispielsweise ein Metallsalzblock, hinsichtlich seiner chemischen Zusammensetzung und des Verdichtungsgrads so gewählt, dass ein spezifischer elektrischer Widerstand des gesamten Speicherblocks 2 entsteht, der an die Strommenge angepasst ist, welche von der Stromquelle 6 über die Elektroden 4, 5 in den Speicherblock 2 bei Bedarf zugeführt wird.
  • Die erfindungsgemäßen Direktheizmittel funktionieren somit durch Ausnutzung eines spezifischen elektrischen Widerstands des Speicherblocks 2, wobei folgende Formeln den Zusammenhang zwischen dem spezifischen elektrischen Widerstand, der Form und Größe des Speicherblocks 2 und der damit erzeugbaren Wärmeleistung P beschreiben:
    Figure 00080001
    wobei P die Verlustleistung und damit entsprechend die Wärmeleistung ist, ρ der spezifische elektrische Widerstand des Speicherblocks 2 ist, l die Länge des Speicherblocks 2 ist, A der Querschnitt des Speicherblocks 2 ist, l der von der Stromquelle 6 angelegte Strom bzw. die Stromstärke und U die dabei angelegte elektrische Spannung ist. Das Material des Speicherblocks 2, wie zum Beispiel ein Metallsalzblock, und seine Größe (Länge und Querschnitt) werden so gewählt, dass mit einer bestimmten Stromquelle 6 eine ausreichende Erwärmung zur Freisetzung von gasförmigem Ammoniak NH3 ermöglicht wird, und zwar über den gesamten Betriebsbereich des Speicherbehälters 10. Ändert sich aufgrund der Freisetzung von Reduktionsmittel 15 aus dem Speicherblock 2 der spezifische elektrische Widerstand, so kann nach einem Aspekt der Erfindung die Stromstärke der Stromquelle 6 entsprechend angepasst werden. Hierdurch wird gewährleistet, dass immer die gleiche Wärmemenge im Inneren des Speicherblocks 2 erzeugt wird. Ferner kann nach einer Ausgestaltung der Erfindung die Änderung des spezifischen elektrischen Widerstands für die Zwecke einer Regelung des Speicherbehälters oder des gesamten Systems zur Abgasnachbehandlung verwendet werden. Die Änderung des spezifischen elektrischen Widerstands des Speicherblocks 2 kann auch zur Messung des aktuellen Beladungszustands im Speicherbehälter 10 während des Betriebs verwendet werden.
  • In der 2 ist in einer schematischen Ansicht ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Speicherbehälters 10 gezeigt, wobei hier als Direktheizmittel 3 eine kapazitive Heizung 8 vorgesehen ist. Im Unterschied zu dem ersten Ausführungsbeispiel ist die Stromquelle 6 hier eine Wechselstromquelle. Die Wechselstromquelle versorgt auch hier zwei an den Schmalseiten plattenartig angebrachte Elektroden 4, 5 mit Strom. Der Strom wird mit einer hohen Spannung U und einer bestimmten Frequenz f bereitgestellt, so dass durch die an den Elektroden 4, 5 angelegte elektrische Energie im Inneren des Speicherblocks 2 ein elektromagnetisches Wechselfeld mit hoher Frequenz erzeugt wird. Das Material des Speicherblocks 2 wird sozusagen als ein Dielektrikum für eine kapazitive Heizung 8 verwendet. Auch hier wird die von der Stromquelle 6 eingespeiste elektrische Energie, die über Stromleitungen 9 den Elektroden 4, 5 zugeführt wird, direkt im Inneren des Speicherblocks 2 in thermische Energie umgewandelt, und zwar nach folgendem Zusammenhang: P = ( 1 / ρ + ω·ε II / r·ε0)·E2 ω = 2·π·f E = U / l wobei P die Wärmeleistung und damit die Verlustleistung ist, ρ der spezifische elektrische Widerstand des Speicherblocks 2 ist, ω die Kreisfrequenz ist und 2πf beträgt, ε0 eine elektrische Feldkonstante ist, ε0'' der Imaginärteil der komplexen relativen Permittivität, d. h. der Durchlässigkeit der Materie für elektromagnetische Felder, ist, E die elektrische Feldstärke ist, U die elektrische Spannung zwischen den Elektroden 4, 5 bei Aktivierung der Stromquelle 6 ist und l der Abstand zwischen den Elektroden 4, 5 bzw. die Länge der Längsseite des Speicherblocks 2 ist. Die kapazitive Heizung 8 wird mittels der Stromquelle 6 mit einem bestimmten Wechselstrom von hoher Spannung von beispielsweise 5 bis 15 kV versorgt. Auch hier ändert sich der spezifische elektrische Widerstand und damit die Permittivität des Materials des Speicherblocks 2 über den Betriebsverlauf abhängig von beispielsweise dem Beladungszustand, wenn gasförmiges NH3 aus dem Speicherblock 2 freigesetzt wird. Dies hat ebenfalls Auswirkungen auf die erforderliche Stromstärke, um eine gleiche Wärmemenge im Inneren der Speichersubstanz 2 zu erzeugen. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist ein Steuergerät 13 zur Regelung der Stromstärke an der Stromquelle 6 und zur Regelung von beispielsweise auch dem Dosierventil 12 vorgesehen. Das Steuergerät 13 ist ferner mit einem Widerstandssensor 14 verbunden, über welchen es den spezifischen elektrischen Widerstand ρ während des Betriebs des Speicherbehälters 10 erfasst. Damit kann mittels des Steuergeräts 13 auch der aktuelle Beladungszustand des Speicherbehälters 10 mit großer Genauigkeit festgestellt werden. Dies erlaubt eine bedarfsgerechte und zielführende Bereitstellung von gasförmigem Ammoniak 15 für den Betrieb eines Abgasnachbereitungssystems eines Abgasstrangs. Die Wärmeverluste aufgrund der Wärmeübertragung über Konvektion oder Strahlung, wie sie bei herkömmlichen elektrischen Heizeinrichtungen für derartige Speicherbehälter vorhanden sind, können weitestgehend vermieden werden.
  • Die Wärmeerzeugung und Übertragung von elektrischer Energie in thermische Energie kann in einer ersten Näherung mit folgender Formel beschrieben werden: ∂Q = dU – ∂P mit dU = 0: ∂0 = cv ·m·ΔT = –∂P
    Figure 00110001
    wobei cv die spezifische Wärmekapazität bei konstantem Volumen, ΔT die Temperaturänderung des Systems und m die Masse des Speicherblocks 2 ist.
  • Auch dabei ist zu berücksichtigen, dass die spezifische Wärmekapazität cv und der spezifische elektrische Widerstand ρ des Speicherblocks 2 des Speicherbehälters 10 von dem Druck und der Temperatur sowie der tatsächlichen chemischen Zusammensetzung und dem Beladungszustand des Speicherblocks 2 abhängen. Auch der Verdichtungsgrad des Materials, wie zum Beispiel eines Metallsalzes, des Speicherblocks 2 beeinflusst die spezifische Wärmekapazität cv. Diese Abhängigkeiten werden vom Fachmann des Gebiets jeweils für die Zwecke und Auslegung des Speicherbehälters 10 optimal gewählt und je nach dem verwendeten Speichermaterial des Speicherblocks 2, der Zusammensetzung, dem Verdichtungsgrad etc. berechnet. Durch das Erfassen des spezifischen elektrischen Widerstands mittels des Widerstandssensors 14 kann in dem Steuergerät 13 auch ein Regelungsverfahren für den Aufheizvorgang oder für die Überwachung des Beladungszustands des Speicherbehälters 10 sowie für eine Steuerung und Regelung des gesamten SCR-Systems mit dem SCR-Katalysator verwendet werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • WO 1999/001205 A1 [0002]
    • WO 2006/012903 A2 [0002]

Claims (9)

  1. Speicherbehälter (10) für die Speicherung eines Reduktionsmittels zur NOx-Reduzierung in einem Abgasstrang eines Kraftfahrzeugs über einen SCR-Katalysator mit einer Feststoff-Speichersubstanz (1), welche zur Aufnahme des Reduktionsmittels und zur Freisetzung des Reduktionsmittels unter Wärmeeinwirkung geeignet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Speichersubstanz (1) ein Speicherblock (2) mit einem spezifischen elektrischen Widerstand ist, welcher angepasst ist, thermische Energie durch Umwandlung aus elektrischer Energie zu erzeugen, und dass Mittel (3) zum direkten Beheizen des Speicherblocks (2) mittels elektrischer Energie vorgesehen sind.
  2. Speicherbehälter (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Speicherblock (2) ein verdichteter Metallsalzblock von vordefinierten Abmessungen ist.
  3. Speicherbehälter (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (3) zum direkten Beheizen des Speicherblocks (2) mindestens zwei Elektroden (4, 5) an gegenüberliegenden Seiten des Speicherblocks (2) sind, welche mit einer Stromquelle (6) verbunden sind.
  4. Speicherbehälter (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Mittel (3) zum direkten Beheizen des Speicherblocks (2) eine Widerstandsheizung (7) vorgesehen ist, welche durch Anlegen einer elektrischen Spannung an den Speicherblock (2) im Zusammenwirken mit dem Material des Speicherblocks (2) funktioniert.
  5. Speicherbehälter (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Mittel (3) zum direkten Beheizen des Speicherblocks (2) eine kapazitive Heizung (8) vorgesehen ist, welche mittels eines elektromagnetischen Wechselfelds hoher Frequenz innerhalb des Speicherblocks (2) eine Erwärmung des Speicherblocks (2) hervorruft.
  6. Verfahren zur Freigabe von gasförmigem Reduktionsmittel, insbesondere Ammoniak, zur Verwendung in einem Abgasstrang einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, um mittels selektiver katalytischer Reduktion (SCR) Stickstoffoxide NOx zu behandeln, wobei das Reduktionsmittel (15) in einer Feststoff-Speichersubstanz (1) in einem Speicherbehälter (10), insbesondere einem Speicherbehälter (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 5, eingelagert ist und bei Bedarf über Wärmeeinwirkung gasförmig freigesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Speichersubstanz (1) im Speicherbehälter (10) mittels Anlegen von elektrischer Energie direkt beheizt wird, so dass im Material der Speichersubstanz (1) die elektrische Energie in thermische Energie umgewandelt wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass über mindestens zwei Elektroden (4, 5) thermische Energie nach dem Prinzip einer Widerstandsheizung (7) oder einer kapazitiven Heizung (8) erzeugt wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein spezifischer elektrischer Widerstand des Speicherblocks (2) im Speicherbehälter (10) gemessen wird und eine Änderung des Widerstands für die Regelung des Beladungszustands des Speicherbehälters (10) mit Reduktionsmittel (15) verwendet wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein spezifischer elektrischer Widerstand des Speicherblocks (2) im Speicherbehälter (10) gemessen wird und eine Änderung des Widerstands für die Regelung des Aufheizvorgangs und/oder des Betriebs eines Abgasnachbehandlungssystems mit SCR-Katalysator verwendet wird.
DE102009047475A 2009-12-04 2009-12-04 Speicherbehälter für ein Reduktionsmittel und Verfahren zur Freigabe eines Reduktionsmittels für eine selektive katalytische NOx-Reduktion Withdrawn DE102009047475A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102009047475A DE102009047475A1 (de) 2009-12-04 2009-12-04 Speicherbehälter für ein Reduktionsmittel und Verfahren zur Freigabe eines Reduktionsmittels für eine selektive katalytische NOx-Reduktion

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102009047475A DE102009047475A1 (de) 2009-12-04 2009-12-04 Speicherbehälter für ein Reduktionsmittel und Verfahren zur Freigabe eines Reduktionsmittels für eine selektive katalytische NOx-Reduktion

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102009047475A1 true DE102009047475A1 (de) 2011-06-09

Family

ID=43971941

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102009047475A Withdrawn DE102009047475A1 (de) 2009-12-04 2009-12-04 Speicherbehälter für ein Reduktionsmittel und Verfahren zur Freigabe eines Reduktionsmittels für eine selektive katalytische NOx-Reduktion

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102009047475A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2538051A1 (de) * 2011-06-24 2012-12-26 Aaqius & Aaqius S.A. Verfahren zur Feststellung der Menge eines Reduktionsmittels in einem Behälter

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1999001205A1 (de) 1997-07-03 1999-01-14 Robert Bosch Gmbh VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR SELEKTIVEN KATALYTISCHEN NOx-REDUKTION
WO2006012903A2 (en) 2004-08-03 2006-02-09 Amminex A/S A solid ammonia storage and delivery material

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1999001205A1 (de) 1997-07-03 1999-01-14 Robert Bosch Gmbh VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR SELEKTIVEN KATALYTISCHEN NOx-REDUKTION
WO2006012903A2 (en) 2004-08-03 2006-02-09 Amminex A/S A solid ammonia storage and delivery material

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2538051A1 (de) * 2011-06-24 2012-12-26 Aaqius & Aaqius S.A. Verfahren zur Feststellung der Menge eines Reduktionsmittels in einem Behälter
WO2012175661A1 (fr) * 2011-06-24 2012-12-27 Aaqius & Aaqius Sa Procede pour determiner la quantite d'un agent reducteur dans un reservoir
CN103732877A (zh) * 2011-06-24 2014-04-16 阿奎斯&阿奎斯股份有限公司 用于确定储罐中的还原剂的量的方法
CN103732877B (zh) * 2011-06-24 2016-05-25 阿奎斯&阿奎斯股份有限公司 用于确定储罐中的还原剂的量的方法
US9442041B2 (en) 2011-06-24 2016-09-13 Aaqius & Aaqius S.A. Method for determining the quantity of reducing agent in a tank
US9903246B2 (en) 2011-06-24 2018-02-27 Aaqius & Aaqius Sa Method for determining the quantity of reducing agent in a tank

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE19856366C1 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Nachbehandeln von Abgasen einer mit Luftüberschuß arbeitenden Brennkraftmaschine
DE10349126B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung eines SCR-Katalysators
EP2553227B1 (de) Verfahren zum betrieb einer abgasbehandlungsvorrichtung
DE102017204973B4 (de) Verfahren zur Steuerung eines SCR-Systems mit zwei Dosierventilen
DE102010035621B4 (de) Vorrichtung, System und Verfahren für eine Dieselabgasfluid-Erwärmungssteuerung
EP3181850B1 (de) Abgasbehandlungseinrichtung, verfahren zur aufbereitung von abgas und kraftfahrzeug
DE102009039567A1 (de) Filtereinsatz
DE102006011797A1 (de) Fahrzeug oder stationäre Kraftanlage mit einer aufgeladenen Brennkraftmaschine als Antriebsquelle
DE102006023147A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Bereitstellen eines gasförmigen Stoffgemisches
DE102008008324A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum schnellen Auftauen von NOx-Reduktionsmittel
EP2411636A1 (de) Verfahren zur zufuhr von reduktionsmittel in ein abgassystem und entsprechendes abgassystem
DE102007042836A1 (de) Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung eines Abgasstroms eines Kraftfahrzeuges
DE102016001785A1 (de) Amoniakerzeugungsvorrichtung und Ammoniakerzeugungssteuervorrichtung
DE69414816T2 (de) Honigwabenheizgerät
EP2146791A1 (de) Verdampfervorrichtung zur mobilen ammoniakgas-erzeugung und verfahren zur herstellung einer solchen
DE102010039102A1 (de) Versorgungsvorrichtung, Brennkraftmaschine, Generatoreinheit, Verfahren zur Versorgung eines Abgassystems einer Brennkraftmaschine mit einer Reduktionsmittel enthaltenden Lösung und Steuereinrichtung
DE102009047475A1 (de) Speicherbehälter für ein Reduktionsmittel und Verfahren zur Freigabe eines Reduktionsmittels für eine selektive katalytische NOx-Reduktion
DE102008061471B4 (de) Verfahren zum Abschmelzen und/oder Erwärmen einer Reduktionsmittelflüssigkeit in einem SCR-Abgasnachbehandlungssystem
DE102015214401A1 (de) Tankvorrichtung
AT517670B1 (de) Abgasnachbehandlungsvorrichtung
DE102007034314A1 (de) Baugruppe sowie Verfahren zur Einbringung eines Reduktionsmittels in eine Abgasleitung
DE69414817T2 (de) Honigwabenheizgerät
DE102019203306A1 (de) Abgasnachbehandlungsvorrichtung und Verfahren zum Betrieb der Vorrichtung
DE60210557T2 (de) Vorrichtung zur Abgasbehandlung einer Brennkraftmaschine
DE102007044165A1 (de) Vorrichtung zum Betrieb von Motoranlagen mit Pflanzenöl

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R084 Declaration of willingness to licence
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee