固体储氨系统的剩余氨气量的激光检测方法技术方案

本发明专利技术涉及一种固体储氨系统的剩余氨气量的激光检测方法，由压力传感器，温度传感器，固体储氨材料和储罐，防冻液导管，氨气计量阀，过滤器，控制显示器，激光位移传感器，激光发射器，激光接收器组成；在储氨罐底部的固体储氨材料中布置防冻液导管，储氨罐顶部设有压力传感器和氨气导出管，储氨罐的罐体上设有温度传感器；氨气导出管上设有过滤器和氨气计量阀；其是在系统中预先放入一个激光测距系统，当系统中的氨气量变化时，即活性材料堆积体积随之发生相应的变化，测量点距离活性材料界面的距离，依靠激光测距来准确测量，测量信号反馈到控制单元，以此完成剩余氨量的测量；该方法具有思路巧妙，工艺简单，易于控制，成本低廉，准确可靠，易于维护等特点。

【技术实现步骤摘要】
固体储氨系统的剩余氨气量的激光检测方法
本专利技术涉及一种固体储氨系统的剩余氨气量的激光检测方法，应用于汽车尾气的SCR后处理系统以及FCEV燃料电池系统。
技术介绍
当前，全球面临能源和环境的综合挑战。在传统汽车的排放达标的技术手段选择方面，以及新能源汽车的燃料供给技术方面人们仍然面临不少的难题。SCR后处理系统是依靠尿素还原剂的精确供给并在催化剂的前端分解成氨气后来去除NOX危害物，达到净化尾气的目的，实现车辆的国4或以上的标准的达标，但是，在实际使用中，这种依靠尿素分解成氨气的液体尿素的计量喷射存在许多的不足和难点，例如，尿素溶液在-11℃环境下结冰堵塞的问题，需要额外的管路加热系统来解决；尿素溶液在135℃以上的温度环境下才能分解，而公交系统的许多车辆走走停停，根本无法达到尿素溶液稳定的分解温度的，无法产出氨气，无法消除预定的NOX成分，最后造成液体尿素在排气管中的积累，生产三聚氰胺的聚合物，堵塞尿素喷嘴和发动机排气管，致使车辆产生故障，影响正常的使用，此外，如果国4以上的主流车辆全面使用SCR系统，涉及到全国约15万个加油站点重新建设液体尿素加注基础设施的问题，由于投资巨大，目前，仍没有看到政府和企业动手完善该基础设施，成为SCR使用中的一个潜在的巨大问题；对于突破能源困境，解决未来能源问题的新能源汽车发展问题，氢燃料电池被公认是一个极为重要的技术路线；但是，如何稳定的获得氢气来源是个制约本领域发展的不小的难题，在所有可能被采用的氢气来源方式中，有高压气瓶储氢的技术路线、有电解水制氢的技术路线、有高纯烃类石油燃料裂解制氢的技术路线、低分子醇类裂解制氢的技术路线以及其它H-N的含氢的前驱体分解或裂解制氢的技术路线，上述技术路线中，都存在若干问题和不足，例如，制氢效率和成本，制氢精度和速率，也包括系统方面的问题，总之，氢的来源是燃料电池车辆发展的瓶颈，需要人们想法进行解决；氢的前驱体其中之一是H-N含氢的化合物，其中，储氢密度最高的是氨气。氨气是一种最常见的化工原料，氨气分子属于活泼的极性分子，分子的直径尺寸约为3~4A，因此，常温下非常的活泼，极易扩散，并具有毒害性；其毒害性体现在对接触的皮肤组织都有腐蚀和刺激作用；氨气在水中的的溶解度极高，所以主要对动物或人体的上呼吸道有刺激和腐蚀作用，此外，氨气通常以气体形式吸入人体，氨气被吸入肺后容易通过肺泡进入血液，破坏运氧功能，短期内吸入大量氨气后会出现流泪、咽痛、咳嗽、胸闷、呼吸困难、头晕、呕吐和乏力等；若长期吸入的氨气过多，导致血液中氨浓度过高，就会引起心脏的停搏和呼吸停止，危及生命安全；因此，氨气的使用的最大隐患是安全问题。由此可见，解决好氨气的使用中储存和安全问题，就可以开辟一条新的氨气利用的技术路线。传统的氨气储存方式是高压气瓶，或者是以高浓度氨气溶于水形成氨水来实现。如果采用高压气瓶来储存氨气，大批量工业应用中存在操作方面和密封方面的安全隐患，如果是以高浓氨水的方式，又存在严重的腐蚀问题。在工业上，利用金属盐与氨气形成络合物，通过氨气的吸附解吸的可逆过程来应用于食品保鲜制冷，首先金属盐和氨气的吸附过程是放热过程，然后氨气解吸又吸收热量，使环境制冷，因此，某些特定的金属盐对氨气吸附解吸附是基本的物理化学常识。依据化学原理，络合物又称配位化合物，凡是由两个或两个以上含有孤对电子(或π键)的分子或离子作配位体，与具有空的价电子轨道的中心原子或离子结合而成的结构单元称络合单元，带有电荷的络合单元称络离子，电中性的络合单元或络离子与相反电荷的离子组成的化合物都称为络合物，习惯上有时也把络离子称为络合物，一些碱金属或碱土金属，可以和氨形成络合物的分子结构，例如，络盐[Ag(NH3)2]Cl和[Cu(NH3)4]SO4、络酸H2[PtCl6]、络碱[Cu(NH3)4](OH)2等；也指不带电荷的络合分子，例如，[Fe(SCN)3]、[Co(NH3)3Cl3]等。其中，[Cu（NH3）4]SO4硫酸四氨合铜是著名的铜氨络合物，分子结构的特征成分是，由一定数量的配体（NH3）阴离子或分子通过配位键结合于中心离子（Cu或中性原子）周围而形成的跟原来组分性质不同的分子或离子，这种络合物是以配位键相结合。对于氨合氯化钙[Ca(NH3)8Cl12]，钙原子空的3d轨道容纳氨的孤对电子形成配位键，其吸附/解吸附反应式如下，CaCl2吸附NH3后与周围颗粒紧密相连，形成近乎没有孔隙的结块，其余的NH3很难进入到该区域，从而导致NH3吸附量大大减少，阻碍了氨合氯化钙络合物的形成；相比于松散的吸附剂粉末，利用机械直接压制而成的吸附剂固体块，氨气传输孔道较少，吸附及解吸附效率低；除此之外，CaCl2吸附NH3后体积膨胀，固体块容易粉化破碎，影响使用效果。为了提高储氨活性物质固体块的孔隙，增加氨气传输通道，减弱或避免反复吸附和解吸附过程中CaCl2发生的结块以及固体块的粉化破碎，满足工业场合的多次循环使用要求，经过我们的不断试验研究，提出一种含有碳纤维的多孔储氨活性混合物及其制备。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种固体储氨系统的剩余氨气量的激光检测方法，其是在系统中预先放入一个激光测距系统，当系统中的氨气量变化时，即活性材料堆积体积随之发生相应的变化，测量点距离活性材料界面的距离，依靠激光测距来准确测量，测量信号反馈到控制单元，以此完成剩余氨量的测量；该方法具有思路巧妙，工艺简单，易于控制，成本低廉，准确可靠，易于维护等特点。本专利技术的技术方案是这样实现的：一种固体储氨系统的剩余氨气量的激光检测方法，由压力传感器，温度传感器，固体储氨材料和储罐，防冻液导管，氨气计量阀，过滤器，控制显示器，激光位移传感器，激光发射器，激光接收器组成；在储氨罐底部的固体储氨材料中布置防冻液导管，储氨罐顶部设有压力传感器和氨气导出管，储氨罐的罐体上设有温度传感器；氨气导出管上设有过滤器和氨气计量阀；其特征在于：在储氨罐的罐顶部设有激光位移传感器，激光位移传感器安装在固体储氨材料的中上方，垂直于储氨材料的水平界面；激光位移传感器内有激光发射器，激光接收器，激光位移传感器和氨气计量阀与控制显示器信号连接，控制显示器与ECU连接；激光位移传感器的信号传输到控制显示器，控制显示器是集成了PID控制软件的一个控制单元；依据完全充氨后的活性材料总高度H和逐步放氨后的某个阶段的Hi的差值△Hi=H-Hi得大小换算来启动报警阶段，程序设置为三个控制状态：（1）当0≤△H1≤45%×H，为氨量正常状态，显示绿灯；（2）当△H1≤△H2≤2%×H+△H1，为氨量提醒状态，显示黄灯；（3）当△H2≤△H3≤1%×H+△H2，为氨量终止状态，显示红灯。本专利技术的积极效果是巧妙解决了固体储氨材料系统在计量使用中的特定的问题，使系统的可靠性和准确性大大提高，满足更为苛刻的汽车排放标准要求，有利于汽车行业减排；具有很高的实用价值，适合于汽车行业的SCR后处理或未来的FCEV系统。附图说明图1为本专利技术的储氨罐△Hi=0结构图。图2为本专利技术的储氨罐运行到△H1状态的结构图。图3为本专利技术的储氨罐运行到△H2状态的结构图。图4为本专利技术的储氨罐运行到△H3状态的结构图。图5为市售的激光位移传感器结构图。具体实施方式下面结合附图和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种固体储氨系统的剩余氨气量的激光检测方法，由压力传感器，温度传感器，固体储氨材料和储罐，防冻液导管，氨气计量阀，过滤器，控制显示器，激光位移传感器，激光发射器，激光接收器组成；在储氨罐底部的固体储氨材料中布置防冻液导管，储氨罐顶部设有压力传感器和氨气导出管，储氨罐的罐体上设有温度传感器；氨气导出管上设有过滤器和氨气计量阀；其特征在于：在储氨罐的罐顶部设有激光位移传感器，激光位移传感器安装在固体储氨材料的中上方，垂直于储氨材料的水平界面；激光位移传感器内有激光发射器，激光接收器，激光位移传感器和氨气计量阀与控制显示器信号连接，控制显示器与ECU连接；激光位移传感器的信号传输到控制显示器，控制显示器是集成了PID控制软件的一个控制单元；依据完全充氨后的活性材料总高度H和逐步放氨后的某个阶段的Hi的差值△Hi=H?Hi得大小换算来启动报警阶段，程序设置为三个控制状态：（1）当0≤△H1≤45%×H，为氨量正常状态，显示绿灯；（2）当△H1≤△H2≤2%×H+△H1，为氨量提醒状态，显示黄灯；（3）当△H2≤△H3≤1%×H+△H2，为氨量终止状态，显示红灯。

【技术特征摘要】
1.一种固体储氨系统的剩余氨气量的激光检测方法，由压力传感器，温度传感器，固体储氨材料和储罐，防冻液导管，氨气计量阀，过滤器，控制显示器，激光位移传感器，激光发射器，激光接收器组成；在储氨罐底部的固体储氨材料中布置防冻液导管，储氨罐顶部设有压力传感器和氨气导出管，储氨罐的罐体上设有温度传感器；氨气导出管上设有过滤器和氨气计量阀；其特征在于：在储氨罐的罐顶部设有激光位移传感器，激光位移传感器安装在固体储氨材料的中上方，垂直于储氨材料的水平界面；激光位移传感器内有激光发射器，激光接收...

【专利技术属性】
技术研发人员：张克金，崔龙，陈慧明，
申请(专利权)人：中国第一汽车股份有限公司，
类型：发明
国别省市：