FR3041618A1 - DEVICE FOR HEATING THE RESERVOIR OF A SELECTIVE CATALYTIC REDUCTION SYSTEM AND RESERVOIR EQUIPPED WITH SUCH A DEVICE - Google Patents
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Abstract
Dispositif de chauffage du réservoir d'un système de réduction catalytique sélective comportant l'élément en un alliage à mémoire de forme (101) fixé à un élément chauffant (102), de façon que le mouvement de l'élément chauffant (102) dépende de la compression ou de l'expansion de l'élément en alliage à mémoire de forme (101), et - un guide (103) situé à proximité de l'élément chauffant guide le mouvement de translation de l'élément chauffant (102).A tank heater of a selective catalytic reduction system having the shape memory alloy element (101) attached to a heating element (102) so that movement of the heating element (102) depends on compressing or expanding the shape memory alloy element (101), and - a guide (103) in proximity to the heating element guides the translational movement of the heating element (102) .
Description
Domaine de l’inventionField of the invention
La présente invention se rapporte à un dispositif de chauffage du réservoir d’un système de réduction catalytique sélective et à un réservoir équipé d’un tel dispositif.The present invention relates to a tank heating device of a selective catalytic reduction system and to a tank equipped with such a device.
Etat de la techniqueState of the art
Les systèmes de réduction catalytique sélective sont appliqués aux moteurs diesel pour réduire les émissions d’oxydes d’azote NOx. En dosant une solution aqueuse d’urée dans le chemin des gaz d’échappement, on lance une réaction chimique qui transforme les émissions nocives d’oxydes d’azote NOx en azote élémentaire et en oxygène ainsi qu’en d’autres produits de décomposition. Le système de réduction catalytique sélective se compose d’un réservoir, d’un module d’alimentation et d’un module de dosage. La solution aqueuse d’urée est le milieu actif. Le milieu actif est stocké dans le réservoir. Le module d’alimentation comporte un filtre traversé par la solution aqueuse d’urée pour enlever les particules contenues dans le milieu actif qui est fourni au module de dosage par une pompe distincte qui fait partie du module d’alimentation. Le filtre est fixé définitivement soudé à un support de façon à tenir le capteur de niveau à la pompe. L’assemblage de support est situé là où tous les composants sont réunis et où l’assemblage de support est soudé au réservoir.Selective catalytic reduction systems are applied to diesel engines to reduce nitrogen oxides NOx emissions. By dosing an aqueous solution of urea in the exhaust path, a chemical reaction is initiated which converts NOx NOx into elemental nitrogen and oxygen and other decomposition products . The selective catalytic reduction system consists of a reservoir, a feed module and a dosing module. The aqueous solution of urea is the active medium. The active medium is stored in the tank. The feed module includes a filter traversed by the aqueous urea solution to remove particles contained in the active medium that is supplied to the dosing module by a separate pump that is part of the feed module. The filter is fixed permanently welded to a support so as to hold the level sensor to the pump. The support assembly is located where all the components are joined and where the support assembly is welded to the reservoir.
Le document IN 201000588 décrit un système de réduction catalytique sélective avec un agent actif qui est une solution aqueuse d’urée pulvérisée dans le conduit d’échappement du véhicule pour réduire les gaz nocifs tels que les oxydes d’azote dans les gaz d’échappement. Pour cela, il faut que la solution aqueuse d’urée soit à l’état liquide. Si la température ambiante est inférieure au point de congélation de la solution aqueuse d’urée (-11 degrés C) on utilise le liquide de refroidissement du moteur pour chauffer le réservoir de liquide, le module d’alimentation et les conduites dans lesquelles passe l’urée de manière à maintenir à l’état liquide la solution aqueuse d’urée. Le procédé de chauffage des composants du système de réduction catalytique sélective consiste, de façon optimale, à commuter le sens de passage du liquide de refroidissement selon les différentes conditions de fonctionnement en utilisant une valve supplémentaire appelée valve ou vanne de commande ayant deux entrées et deux sorties. La connexion entre les orifices d’entrée et les orifices de sortie de la vanne de commande est activée par une unité de commande électronique de façon à permettre au liquide de refroidissement de circuler dans les deux sens de passage différents. Cela se traduit par un chauffage optimum des composants du système de réduction catalytique sélective.IN 201000588 discloses a selective catalytic reduction system with an active agent which is an aqueous solution of urea sprayed into the vehicle exhaust duct to reduce harmful gases such as oxides of nitrogen in the exhaust gas . For this, it is necessary that the aqueous solution of urea is in the liquid state. If the ambient temperature is below the freezing point of the aqueous urea solution (-11 degrees C), the engine coolant is used to heat the liquid reservoir, the feed module and the lines in which the fluid passes. urea so as to maintain the aqueous solution of urea in the liquid state. The method for heating the components of the selective catalytic reduction system optimally consists in switching the direction of passage of the coolant according to the different operating conditions by using an additional valve called a valve or control valve having two inlets and two exits. The connection between the inlet ports and the outlet ports of the control valve is activated by an electronic control unit so as to allow the coolant to flow in the two different direction of passage. This results in optimum heating of the components of the selective catalytic reduction system.
DessinDrawing
La présente invention sera décrite ci-après, de manière plus détaillée à l’aide d’un dispositif de chauffage de réservoir représentée schématiquement dans l’unique figure annexée.The present invention will be described hereinafter in more detail with the aid of a tank heater shown schematically in the single accompanying figure.
Description de l’inventionDescription of the invention
La figure montre le réservoir 100 d’un système de réduction catalytique sélective et d’un dispositif de chauffage selon l’invention.The figure shows the tank 100 of a selective catalytic reduction system and a heating device according to the invention.
Le dispositif de chauffage du réservoir d’un système de réduction catalytique sélective se compose d’un élément en un alliage à mémoire de forme 101 fixé à un élément chauffant 102. L’élément chauffant 102 est fixé à l’élément en alliage à mémoire de forme 101 de façon que le mouvement de l’élément chauffant 102 dépende de la compression de l’expansion de l’élément en alliage à mémoire de forme 101 ; un guide 103 à proximité de l’élément chauffant 102 permet de guider le mouvement de translation de l’élément chauffant 102. L’élément chauffant 102 du dispositif de chauffage est commandé par une unité de commande électronique. L’élément chauffant est un élément chauffant à coefficient de température positif. L’élément en alliage à mémoire de forme 101 est un ressort en alliage à mémoire de forme. Au moins une partie de l’élément chauffant 102 coopère avec le guide 103 de façon à guider le mouvement de translation de l’élément chauffant 102. Le guidage du mouvement de l’élément chauffant évite que l’élément chauffant n’effectue un mouvement oscillant.The reservoir heater of a selective catalytic reduction system consists of a shape memory alloy element 101 attached to a heating element 102. The heating element 102 is attached to the memory alloy element. shaped so that the motion of the heating element 102 is dependent on compression of the expansion of the shape memory alloy element 101; a guide 103 near the heating element 102 guides the translational movement of the heating element 102. The heating element 102 of the heating device is controlled by an electronic control unit. The heating element is a heating element with a positive temperature coefficient. The shape memory alloy element 101 is a shape memory alloy spring. At least a portion of the heating element 102 cooperates with the guide 103 so as to guide the translational movement of the heating element 102. The guidance of the movement of the heating element prevents the heating element from making a movement oscillating.
Le réservoir 100 du système de réduction catalytique sélective se compose d’un élément en alliage à mémoire de forme 101 dont la première extrémité 101a est fixée au-dessus du réservoir 100 et dont la seconde extrémité 101b est fixée à l’élément chauffant 102. L’élément chauffant 102 est fixé à l’élément en alliage à mémoire de forme 101 de façon que son mouvement dépende de la compression de l’expansion de l’élément en alliage à mémoire de forme 101 ; le guide 103 est situé entre le dessus et la base du réservoir 100. Le guide assure le guidage du mouvement de translation de l’élément chauffant 102. Le réservoir 100 contient un milieu actif (ou milieu actif). Le ressort en alliage à mémoire de forme est fixé rigidement au-dessus du réservoir 100.The tank 100 of the selective catalytic reduction system consists of a shape memory alloy element 101 whose first end 101a is fixed above the tank 100 and whose second end 101b is attached to the heating element 102. The heating element 102 is attached to the shape memory alloy element 101 so that its movement depends on compression of the expansion of the shape memory alloy element 101; the guide 103 is located between the top and the base of the reservoir 100. The guide guiding the translational movement of the heating element 102. The reservoir 100 contains an active medium (or active medium). The shape memory alloy spring is rigidly fixed above the tank 100.
Pour mieux comprendre l’invention, les détails supplémentaires concernant les composants du dispositif de chauffage et du réservoir sont développés ci-après. L’élément en alliage à mémoire de forme 101 est un élément dont la forme d’origine change lorsqu’il est exposé à une élévation de température. Par exemple, si l’élément en alliage à mémoire de forme 101 est un ressort, il se détend lorsqu’il est tiré et il reste dans la forme étendue, lorsque le ressort tendu est exposé au chauffage, se comprime pour revenir à sa forme d’origine.To better understand the invention, the additional details of the components of the heater and the reservoir are discussed below. The shape memory alloy element 101 is an element whose original shape changes when exposed to a rise in temperature. For example, if the shape memory alloy element 101 is a spring, it relaxes when pulled and remains in the extended shape, when the tensioned spring is exposed to heating, compresses to return to its shape. original.
La caractéristique d’un élément chauffant à coefficient de température positif est d’être autorégulant ; il consomme un courant élevé lorsqu’il est entouré par un milieu actif, gelé et lorsqu’il est exposé à l’air, l’air sera chauffé rapidement par l’élément chauffant 102. Cette augmentation de la température de chauffage augmente la résistance de l’élément à coefficient de température positif et ainsi cela réduit la consommation de courant dans l’élément à coefficient de température positif, ce qui assure une protection contre la surchauffe lorsque le milieu actif n’est pas gelé.The characteristic of a positive temperature coefficient heating element is to be self-regulating; it consumes a high current when surrounded by an active medium, frozen and when exposed to air, the air will be rapidly heated by the heating element 102. This increase in the heating temperature increases the resistance of the positive temperature coefficient element and thus it reduces the current consumption in the positive temperature coefficient element, which provides protection against overheating when the active medium is not frozen.
Pour mieux comprendre le fonctionnement du dispositif de chauffage et du réservoir 100 du procédé de réduction catalytique sélective, ces différents éléments seront explicités ci-après. Dans le procédé de réduction catalytique sélective, le milieu actif est contenu dans le réservoir 100 d’où il passe dans le module d’alimentation. Dans le module d’alimentation, le milieu actif est pompé pour être envoyé au module de dosage pour le fonctionnement du système de réduction catalytique sélective. Dans le système de réduction catalytique sélective, le milieu actif contenu dans le réservoir 100 sera complètement gelé en saison hivernale, si la température descend en-dessous de -11°C. A ce niveau, le procédé de fusion du milieu actif est inefficace car faire fondre le milieu actif se fait dans et autour de la surface de l’élément chauffant réalisant une cavité dans le réservoir 100. Le réservoir 100 est déjà rempli du milieu actif qui est maintenant à l’état gelé, la cavité étant à l’intérieur à cause de la fusion d’une certaine quantité du milieu actif. Puis le système de réduction catalytique sélective continue de fonctionner et à un instant il aura utilisé tout le milieu fondu si bien qu’à défaut de milieu actif, le système de réduction catalytique sélective s’arrêtera, ce qui affecte le taux de conversion des émissions polluantes. C’est pourquoi pour décrire le réservoir 100 avec le système de réduction catalytique sélective, il faut chauffer le milieu actif à l’aide de l’élément en alliage à mémoire de forme 101 et d’un chemin pour le remplissage en fluide de travail.To better understand the operation of the heating device and the reservoir 100 of the selective catalytic reduction process, these various elements will be explained below. In the selective catalytic reduction process, the active medium is contained in the tank 100 from which it passes into the feed module. In the feed module, the active medium is pumped to be sent to the dosing module for operation of the selective catalytic reduction system. In the selective catalytic reduction system, the active medium contained in the tank 100 will be completely frozen in the winter season, if the temperature falls below -11 ° C. At this level, the melting process of the active medium is inefficient because the active medium melts in and around the surface of the heating element forming a cavity in the tank 100. The reservoir 100 is already filled with the active medium which is now in the frozen state, the cavity being inside because of the fusion of a certain amount of the active medium. Then the selective catalytic reduction system continues to operate and at one point it will have used the entire molten medium so that in the absence of an active medium, the selective catalytic reduction system will stop, which affects the conversion rate of the emissions. polluting. Therefore, to describe the tank 100 with the selective catalytic reduction system, it is necessary to heat the active medium using the shape memory alloy element 101 and a path for filling the working fluid. .
Les détails actifs du dispositif de chauffage et du réservoir 100 selon la présente invention seront donnés ci-après. Comme déjà indiqué, dans le réservoir 100 du système de réduction catalytique sélective on a un élément en alliage à mémoire de forme 101 ayant deux extrémités ; l’extrémité 101a de l’élément en alliage à mémoire de forme 101 est fixé au-dessus du réservoir 100 ; la seconde extrémité 101b de l’élément en alliage à mémoire de forme 101 est fixée à l’élément chauffant 102. L’élément chauffant 102 est fixé à la seconde extrémité 101b de l’élément en alliage à mémoire de forme 101. L’élément en alliage à mémoire de forme 101 est un ressort dont une extrémité 101a est fixée au-dessus (partie supérieure) du réservoir 100 et l’autre extrémité 101b est fixée à l’élément chauffant 102. Comme une extrémité du ressort en alliage à mémoire de forme est fixé au-dessus du réservoir 100 et que la seconde extrémité est fixée à l’élément chauffant 102, sous l’effet du poids de l’élément chauffant 102 et de la gravité, l’élément en alliage à mémoire de forme 101 se développe et l’élément chauffant 102 s’appuiera sur la base du réservoir 100. Ensuite, le réservoir 100 est rempli avec le milieu actif. Si la température ambiante descend en-dessous de -11 degrés Celsius, le milieu actif gèle. L’unité de commande électronique commute l’élément chauffant 102 à mesure que la température de l’élément chauffant 102 augmente et ainsi une partie du milieu actif en contact avec l’élément chauffant 102 fondra. Comme le milieu actif fond, la température du milieu actif augmente. L’augmentation de la température du milieu actif et la chaleur de l’élément chauffant 102 provoquent la compression du ressort en alliage à mémoire de forme. Etant donné la compression du ressort en alliage à mémoire de forme, l’élément chauffant 102 se déplace dans le sens montant et par rapport au toit 100 dans la cavité formée par la fusion du milieu actif. La compression du ressort est produite par la caractéristique de l’élément en alliage à mémoire de forme. Le dispositif chauffant 102 continue de faire fondre le milieu actif dégelé et ainsi la cavité se forme et le ressorte en alliage à mémoire de forme se comprime, ce qui, à son tour, se traduit par le soulèvement de l’élément chauffant 102 vers le dessus du réservoir 100 dans la cavité formée sur la fusion du milieu actif. De même, le procédé se poursuit jusqu’à ce que l’alliage à mémoire de forme du ressort comprime le toit du réservoir 100. Dès que le milieu actif qui est contact avec l’élément chauffant 102 est fondu et que la température du milieu actif augmente au-dessus du point de congélation du milieu actif, la commande électronique commute l’élément chauffant 102.The active details of the heater and the tank 100 according to the present invention will be given hereinafter. As already indicated, in the tank 100 of the selective catalytic reduction system there is a shape memory alloy element 101 having two ends; the end 101a of the shape memory alloy element 101 is fixed above the tank 100; the second end 101b of the shape memory alloy element 101 is attached to the heating element 102. The heating element 102 is attached to the second end 101b of the shape memory alloy element 101. shape memory alloy element 101 is a spring whose one end 101a is fixed above (upper part) of the tank 100 and the other end 101b is fixed to the heating element 102. As an end of the alloy spring to shape memory is fixed above the tank 100 and that the second end is attached to the heating element 102, under the effect of the weight of the heating element 102 and gravity, the alloy memory element of form 101 develops and the heating element 102 will rest on the base of the tank 100. Next, the tank 100 is filled with the active medium. If the ambient temperature falls below -11 degrees Celsius, the active medium freezes. The electronic control unit switches the heating element 102 as the temperature of the heating element 102 increases and thus a portion of the active medium in contact with the heating element 102 will melt. As the active medium melts, the temperature of the active medium increases. The increase of the temperature of the active medium and the heat of the heating element 102 cause compression of the shape memory alloy spring. Due to the compression of the shape memory alloy spring, the heating element 102 moves in the rising direction and with respect to the roof 100 in the cavity formed by the fusion of the active medium. The compression of the spring is produced by the characteristic of the shape memory alloy element. The heater 102 continues to melt the thawed active medium and thus the cavity is formed and the shape memory alloy spring compresses, which in turn results in the heating element 102 being raised to the above the reservoir 100 in the cavity formed on the fusion of the active medium. Similarly, the process continues until the spring shape memory alloy compresses the roof of the tank 100. As soon as the active medium that is in contact with the heating element 102 is melted and the temperature of the medium active increases above the freezing point of the active medium, the electronic control switches the heating element 102.
NOMENCLATURE DES ELEMENTS PRINCIPAUX 100 Réservoir 101 Elément en alliage à mémoire de forme 101a Première extrémité de l’élément 101 101b Seconde extrémité de l’élément 101 102 Elément chauffant 103 GuideNOMENCLATURE OF THE MAIN ELEMENTS 100 Reservoir 101 Shape-memory alloy element 101a First end of element 101 101b Second end of element 101 102 Heating element 103 Guide
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