固體儲氨系統(tǒng)的剩余氨氣量的光電檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種固體儲氨系統(tǒng)的剩余氨氣量的光電檢測方法，由壓力傳感器，溫度傳感器，固體儲氨材料，防凍液導(dǎo)管，氨滿罐傳感器，氨量預(yù)警傳感器，零氨量傳感器，氨氣導(dǎo)出管，儲氨罐，顯示控制器組成；在儲氨罐底部的固體儲氨材料中布置防凍液導(dǎo)管，儲氨罐頂部設(shè)有壓力傳感器和氨氣導(dǎo)出管，儲氨罐的罐體上設(shè)有溫度傳感器；其是在系統(tǒng)中預(yù)先放入一個光電傳感器系統(tǒng)，當(dāng)系統(tǒng)氨氣量充足時，依靠活性材料阻擋，光電系統(tǒng)不接通，當(dāng)系統(tǒng)的氨氣量少于某個數(shù)量時，活性材料體積縮小，光電系統(tǒng)接通，指示氨氣存量接近限值，預(yù)告需要充氨；該方法具有思路巧妙，工藝簡單，易于控制，成本低廉，安全可靠，易于維護(hù)等特點。
【專利說明】固體儲氨系統(tǒng)的剩余氨氣量的光電檢測方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種固體儲氨系統(tǒng)的剩余氨氣量的光電檢測方法，應(yīng)用于汽車尾氣的 SCR后處理系統(tǒng)以及FCEV燃料電池系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 當(dāng)前，全球面臨能源和環(huán)境的綜合挑戰(zhàn)。在傳統(tǒng)汽車的排放達(dá)標(biāo)的技術(shù)手段選擇 方面，以及新能源汽車的燃料供給技術(shù)方面人們?nèi)匀幻媾R不少的難題。
[0003] SCR后處理系統(tǒng)是依靠尿素還原劑的精確供給并在催化劑的前端分解成氨氣后來 去除NOX危害物，達(dá)到凈化尾氣的目的，實現(xiàn)車輛的國4或以上的標(biāo)準(zhǔn)的達(dá)標(biāo)，但是，在實 際使用中，這種依靠尿素分解成氨氣的液體尿素的計量噴射存在許多的不足和難點，例如， 尿素溶液在-ire環(huán)境下結(jié)冰堵塞的問題,需要額外的管路加熱系統(tǒng)來解決；尿素溶液在 135°C以上的溫度環(huán)境下才能分解，而公交系統(tǒng)的許多車輛走走停停，根本無法達(dá)到尿素溶 液穩(wěn)定的分解溫度的，無法產(chǎn)出氨氣，無法消除預(yù)定的NOX成分，最后造成液體尿素在排氣 管中的積累，生產(chǎn)三聚氰胺的聚合物，堵塞尿素噴嘴和發(fā)動機(jī)排氣管，致使車輛產(chǎn)生故障， 影響正常的使用，此外，如果國4以上的主流車輛全面使用SCR系統(tǒng)，涉及到全國約15萬個 加油站點重新建設(shè)液體尿素加注基礎(chǔ)設(shè)施的問題，由于投資巨大，目前，仍沒有看到政府和 企業(yè)動手完善該基礎(chǔ)設(shè)施，成為SCR使用中的一個潛在的巨大問題； 對于突破能源困境，解決未來能源問題的新能源汽車發(fā)展問題，氫燃料電池被公認(rèn)是 一個極為重要的技術(shù)路線；但是，如何穩(wěn)定的獲得氫氣來源是個制約本領(lǐng)域發(fā)展的不小的 難題，在所有可能被采用的氫氣來源方式中，有高壓氣瓶儲氫的技術(shù)路線、有電解水制氫的 技術(shù)路線、有高純烴類石油燃料裂解制氫的技術(shù)路線、低分子醇類裂解制氫的技術(shù)路線以 及其它H-N的含氫的前驅(qū)體分解或裂解制氫的技術(shù)路線，上述技術(shù)路線中，都存在若干問 題和不足，例如，制氫效率和成本，制氫精度和速率，也包括系統(tǒng)方面的問題，總之，氫的來 源是燃料電池車輛發(fā)展的瓶頸，需要人們想法進(jìn)行解決； 氫的前驅(qū)體其中之一是H-N含氫的化合物，其中，儲氫密度最高的是氨氣。氨氣是一種 最常見的化工原料，氨氣分子屬于活潑的極性分子，分子的直徑尺寸約為:T4A，因此，常溫 下非常的活潑，極易擴(kuò)散，并具有毒害性；其毒害性體現(xiàn)在對接觸的皮膚組織都有腐蝕和刺 激作用；氨氣在水中的的溶解度極高，所以主要對動物或人體的上呼吸道有刺激和腐蝕作 用，此外，氨氣通常以氣體形式吸入人體，氨氣被吸入肺后容易通過肺泡進(jìn)入血液，破壞運 氧功能，短期內(nèi)吸入大量氨氣后會出現(xiàn)流淚、咽痛、咳嗽、胸悶、呼吸困難、頭暈、嘔吐和乏力 等；若長期吸入的氨氣過多，導(dǎo)致血液中氨濃度過高，就會引起心臟的停搏和呼吸停止，危 及生命安全；因此，氨氣的使用的最大隱患是安全問題。
[0004] 由此可見，解決好氨氣的使用中儲存和安全問題，就可以開辟一條新的氨氣利用 的技術(shù)路線。
[0005] 傳統(tǒng)的氨氣儲存方式是高壓氣瓶，或者是以高濃度氨氣溶于水形成氨水來實現(xiàn)。 如果采用高壓氣瓶來儲存氨氣，大批量工業(yè)應(yīng)用中存在操作方面和密封方面的安全隱患， 如果是以高濃氨水的方式，又存在嚴(yán)重的腐蝕問題。
[0006] 在工業(yè)上，利用金屬鹽與氨氣形成絡(luò)合物，通過氨氣的吸附解吸的可逆過程來應(yīng) 用于食品保鮮制冷，首先金屬鹽和氨氣的吸附過程是放熱過程，然后氨氣解吸又吸收熱量， 使環(huán)境制冷，因此，某些特定的金屬鹽對氨氣吸附解吸附是基本的物理化學(xué)常識。
[0007] 依據(jù)化學(xué)原理，絡(luò)合物又稱配位化合物，凡是由兩個或兩個以上含有孤對電 子（或n鍵）的分子或離子作配位體，與具有空的價電子軌道的中心原子或離子結(jié)合 而成的結(jié)構(gòu)單元稱絡(luò)合單元，帶有電荷的絡(luò)合單元稱絡(luò)離子，電中性的絡(luò)合單元或絡(luò)離 子與相反電荷的離子組成的化合物都稱為絡(luò)合物，習(xí)慣上有時也把絡(luò)離子稱為絡(luò)合物， 一些堿金屬或堿土金屬，可以和氨形成絡(luò)合物的分子結(jié)構(gòu)，例如，絡(luò)鹽[Ag(NH3)2]Cl和 [&1(順3)4]504、絡(luò)酸112[?比16]、絡(luò)堿[(：11(順3)4](011)2等；也指不帶電荷的絡(luò)合分子，例 如，[Fe(SCN)3]、[Co(NH3)3C13]等。其中，[Cu (NH3)4]S04硫酸四氨合銅是著名的銅氨絡(luò) 合物，分子結(jié)構(gòu)的特征成分是，由一定數(shù)量的配體（NH3)陰離子或分子通過配位鍵結(jié)合于中 心離子（Cu或中性原子)周圍而形成的跟原來組分性質(zhì)不同的分子或離子，這種絡(luò)合物是以 配位鍵相結(jié)合。對于氨合氯化鈣[Ca (NH3) 8C112]，鈣原子空的3d軌道容納氨的孤對電子形 成配位鍵，其吸附/解吸附反應(yīng)式如下，

【權(quán)利要求】
1. 一種固體儲氨系統(tǒng)的剩余氨氣量的光電檢測方法，由壓力傳感器，溫度傳感器，固體 儲氨材料，防凍液導(dǎo)管，氨滿罐傳感器，氨量預(yù)警傳感器，零氨量傳感器，氨氣導(dǎo)出管，儲氨 罐，顯示控制器組成；在儲氨罐底部的固體儲氨材料中布置防凍液導(dǎo)管，儲氨罐頂部設(shè)有壓 力傳感器和氨氣導(dǎo)出管，儲氨罐的罐體上設(shè)有溫度傳感器；其特征在于：在儲氨罐的一側(cè) 布置有三個光電傳感器，在罐體上部設(shè)有氨滿罐傳感器，中部設(shè)有氨量預(yù)警傳感器和零氨 量傳感器，三個光電傳感器分別與顯示控制器電路連接；具體步驟如下：1)首先光電傳感 器安裝在總高度為H固體儲氨罐壁上的不同高度上，即Hl，H2, H3三個高度，檢測活性材料 的高度，相應(yīng)的給出了剩余氨量的多少；對于剛剛完成充氨后的滿罐，固體儲氨系統(tǒng)活性材 料把處于H1位置的氨滿罐傳感器的'掩埋'后，使光電傳感器無法傳遞光源和接收光源，信 號顯示相對于計算機(jī)運算的'0'狀態(tài)；2)隨著固體儲氨罐的不斷使用，氨氣被導(dǎo)出，活性材 料的平面不斷降低，當(dāng)降低到一定的高度時，處于H1部位的氨滿罐傳感器裸露出來，此時， 傳感器的光發(fā)送器開始可以發(fā)射出來光束，發(fā)射的光束被對臨近的接收器接收，信號顯示 相對于計算機(jī)運算的' 1'狀態(tài)，信號傳輸?shù)綑z測電路，指示的結(jié)果表明活性材料的使用消耗 已經(jīng)到了'某個階段' ；3)按照上述循序逐次啟動氨量預(yù)警傳感器和零氨量傳感器的檢測； 該檢測結(jié)果由配置PID控制器的顯示控制器轉(zhuǎn)化成三個固定位置的基本信號：a)儲氨罐 處于100%滿的狀態(tài)，此時，控制器的'綠燈'點亮；b)繼續(xù)運行，活性材料面，繼續(xù)降低，當(dāng) 儲氨罐處于預(yù)警狀態(tài)，即剩余的氨氣僅僅夠行駛5(Tl50km，提醒司機(jī)最好在下一個服務(wù)站 需更換一個新的儲氨罐，或?qū)Π惫拊俪浒?，此時，控制器的'黃燈'點亮；c)又繼續(xù)運行， 大約5(Tl00km，活性材料面又進(jìn)一步的降低，當(dāng)儲氨罐基本處于完全的空罐狀態(tài)，即剩余的 氨氣無法保證車輛的再行駛，提醒司機(jī)必須立即更換一個新的儲氨罐，或?qū)Π惫拊俪浒保?此時，控制器的'紅燈'點亮，如果司機(jī)持續(xù)在'紅燈'狀態(tài)下行駛，該信息將被載入OBD和 ECU，在年度車檢時將受到懲罰。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種固體儲氨系統(tǒng)的剩余氨氣量的光電檢測方法，其特征 在于所述的三個光電傳感器為同種類型和同種型號，或為不同類型和不同型號，即槽型或 反射型傳感器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種固體儲氨系統(tǒng)的剩余氨氣量的光電檢測方法，其特征 在于所述的三個光電傳感器是采用螺紋連接固定在罐體上。
【文檔編號】G01F23/292GK104344869SQ201310324567
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2013年7月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月30日
【發(fā)明者】張克金, 崔龍, 陳慧明 申請人:中國第一汽車股份有限公司