[發明專利]用于柴油機廢氣處理液貯存器的電氣浸沒式加熱器

有效

• 申請號: 201780077399.5
• 申請日: 2017-12-14
• 公開（公告）號: CN110073084B
• 公開（公告）日: 2021-10-29
• 發明（設計）人: T·索普;B·霍爾特
• 申請（專利權）人: 蓋茨公司
• 主分類號: F01N3/20
• 分類號: F01N3/20;H05B3/00;F16L53/00
• 代理公司: 中國貿促會專利商標事務所有限公司 11038
• 代理人: 柳愛國

一種浸沒式加熱器，其包括封裝的半導電加熱元件。加熱元件可以是單絲、紗線或束狀的半導電纖維形式的非金屬碳基材料，其可以是加捻、編織的纖維或紗線等。封裝件可以是一層或多層封裝材料的管的形式，其中加熱元件插入所述管中。替代地，加熱元件可以是具有半導電的碳添加劑的熱塑性塑料，并且加熱元件可以涂覆有一層或多層的絕緣封裝材料的外層。封裝材料可以是橡膠或熱塑性的材料，其具有足夠的耐化學性以便浸沒在低溫下經受冷凍或增稠的流體貯存器，該流體貯存器例如是DEF。該加熱器可以熱成型為預定的固定形狀。

技術領域

本發明主要涉及用于流體貯存器的電氣浸沒式加熱器，更具體地說，本發明涉及：一種浸沒式加熱器，該浸沒式加熱器具有封裝在熱塑性護套中的碳基的半導電加熱元件；以及包含該浸沒式加熱器的柴油機廢氣處理液存儲系統。

背景技術

選擇性催化還原(“SCR”)越來越多地用于柴油驅動車輛以滿足排放標準，例如歐洲的道路驅動車輛的歐V或歐VI標準或者用于美國各種建筑、農業和工業的設備中的所有型號的越野柴油發動機的EPA Tier IV標準。通常，SCR車輛具有與燃料箱分離的尿素罐，該尿素罐用于承載諸如汽車尿素溶液(“AUS”)或柴油機廢氣處理液(“DEF”)的工作流體(下文中兩者或任一種將被稱為“DEF”)。DEF是一種軟化水中的32.5％的高純度尿素溶液。DEF通常儲存在SCR車輛的尿素罐中并且被噴射到車輛的廢氣中，以為了將氮氧化物轉化為元素氮和水。

問題在于，DEF在約﹣11℃(11℉)的溫度下凍結。為了確保這種降低SCR車輛排放的方法保持有效，DEF需要保持為液態以便允許進行噴射。

因此，在SCR系統中，必須加熱包含DEF的流體傳輸管線和罐，以便允許SCR系統在低于約﹣11℃(11℉)下運行。由于流體體積較大，因此罐中的解凍速度比在傳輸管線中慢得多，這導致系統的啟動緩慢。當前的SCR系統使用經由DEF罐中的銅盤管循環的發動機冷卻劑來解凍冷凍的DEF。解凍DEF所需的時間部分地取決于在發動機啟動后的發動機冷卻劑預熱的時間，這通常是使排放控制系統的啟動延遲的速率限制步驟。除了缺乏冷卻劑的溫度控制之外，由于還需要冷卻劑管線流入和流出DEF罐，因此增加了系統的成本和復雜性。

發明內容

本發明涉及為流體貯存器(例如SCR系統中的DEF罐)提供電氣浸沒式加熱的系統和方法。

本發明的浸沒式加熱器的實施例利用封裝的半導電加熱元件。該加熱元件可以是單絲、紗線或束狀的半導電纖維束的形式，其可以是加捻、編織的纖維或紗線等，優選地為連續長絲的碳纖維或碳纖維紗線。加熱元件可以是半導電熱塑性材料，例如載有導電碳黑、碳納米結構或碳纖維的熱塑性聚合物。封裝材料可以是橡膠或熱塑性材料，所述橡膠或熱塑性材料具有足夠的耐化學性以便被浸沒在低溫條件下經受冷凍或增稠的流體的貯存器中，例如DEF。封裝可以是一層或多層封裝材料(多種封裝材料)的管的形式，其中加熱元件被插入所述管中。替代地，可以利用浸漬材料完全浸漬加熱材料和/或利用一層或多層外部的封裝材料層(多種封裝材料的層)來涂覆該加熱材料。浸沒式加熱器可以具有任何所需的橫截面形狀，例如圓形、長圓形或帶翅片形。浸沒式加熱器可以是能夠熱成形的并且布置成任何所需的形狀，例如布置成線性的、彎曲的、盤繞的或形狀的復雜組合。因此，浸沒式加熱器具有足夠的剛性或硬度以便在使用中保持這種預定的固定形狀。優選地，該預定的固定形狀是非線性的，其包括至少一個彎曲部或盤繞部。

在一些優選的實施例中，用于加熱元件的封裝材料是熱塑性的，其可以被擠出和熱成型。因此，本發明還涉及一種方法，該方法包括：將熱塑性封裝材料擠出到加熱元件上；將一定長度的擠出物熱成型為預定的加熱器形狀；以及將成形的加熱器安裝在具有合適電連接件的貯存器中，例如安裝到外部電源或控制器。浸沒式加熱器可以制成為任何方便或有用的形狀，以便有效地配合至或適應各種流體貯存器構造，用于加熱流體或在冷凍時將所述流體熔化。系統的溫度可以通過所使用的半導電纖維或細絲的數量、構造和類型以及所施加的電壓而被嚴密控制。