專利名稱：Scr消聲器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及SCR消聲器，其帶有用來選擇性地還原和清除廢氣中所含的氮氧化物(NOx)的SCR催化劑。
背景技術(shù)：
近年來，由于例如酸雨和光化煙霧等的環(huán)境污染問題的存在，對于由例如柴油機的內(nèi)燃機排出的廢氣中所含的顆粒物質(zhì)(PM)和氮氧化物(NOx)而言，迫切需要將其清除。
因此，存在一種傳統(tǒng)的技術(shù)，在內(nèi)燃機的排氣系統(tǒng)中，還原劑或例如尿素水的還原劑前體通過還原劑等的供給噴嘴，從具有選擇性還原作用的SCR(選擇性催化還原作用)催化劑的SCR消聲器的上游經(jīng)噴射被供給至廢氣，從而由SCR催化劑選擇性地還原和清除廢氣中所含的氮氧化物(NOx)。例如，參見日本專利申請公開2001-20724。
此外，還存在一種系統(tǒng)，其中，例如沖壓孔的氣孔形成在排氣管中，分散廢氣流并使其均勻。例如，參見日本實用新型申請公開H02-115912。
然而，采用這種傳統(tǒng)技術(shù)，存在一個問題，即，由于廢氣流處于不良狀態(tài)，在短期操作時清除氮氧化物(NOx)的效率很低，并且在低溫到高溫的整個范圍內(nèi)效率都很低。
特別是，在將尿素水用作還原劑前體的情況下，還存在一個問題，即，由于廢氣流處于不良狀態(tài)，尿素沉淀在位于SCR催化劑上游的排氣管等中，從而大大降低清除氮氧化物(NOx)的效率。
此外，用傳統(tǒng)的技術(shù)，存在一個問題，即，由于還原劑等的供給噴嘴受到車輛、廢氣以及類似振動部件的振動影響，很難通過噴射將還原劑或例如尿素水的還原劑前體以均勻分散的方式供給至廢氣，這樣SCR催化劑清除氮氧化物(NOx)的效率很低。
另外還存在一個問題，即，由于由車輛、廢氣及類似物的振動引起的振動，還原劑等的供給噴嘴面臨破壞和變形的危險并且耐用性很低。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種SCR消聲器，其能夠使得廢氣流處于良好狀態(tài)，從而提高清除廢氣中所含的氮氧化物(NOx)的效率。
此外，本發(fā)明的另一目的是提供一種SCR消聲器，其能夠抑制或降低還原劑等的供給噴嘴所受的由車輛、廢氣及類似物的振動引起的振動，從而提高SCR催化劑清除廢氣中所含的氮氧化物(NOx)的效率和還原劑等的供給噴嘴的耐用性。
用來解決上述問題的本發(fā)明是一種SCR消聲器，包括用于選擇性地還原和清除廢氣中所含的氮氧化物(NOx)的SCR催化劑；允許廢氣流入SCR催化劑的排氣管；以及將還原劑或還原劑前體供給至廢氣的還原劑等的供給裝置。該SCR消聲器的特征在于具有分散廢氣流并使其均勻的氣孔的板設(shè)置在還原劑等的供給裝置下游和SCR催化劑的上游。
本發(fā)明的SCR消聲器特征還在于上述板連接于排氣管的一端并且直徑大于排氣管，并且上述氣孔僅設(shè)置在直徑大于排氣管的區(qū)域內(nèi)。
該板可具有形如向上游逐漸變細的凸面的截面。
本發(fā)明的另一種方案是一種SCR消聲器，包括用于選擇性地還原和清除廢氣中所含的氮氧化物(NOx)的SCR催化劑；允許廢氣流入SCR催化劑并且在其要被插入到消聲器的部分中具有氣孔的排氣管；以及將還原劑或還原劑前體供給至廢氣的還原劑等的供給裝置。該SCR消聲器特征在于只有排氣管被無氣孔的板關(guān)閉。
該板可具有形如向上游逐漸變細的凸面的截面。
而本發(fā)明的另一種方案是一種SCR消聲器，包括用于選擇性地還原和清除廢氣中所含的氮氧化物(NOx)的SCR催化劑；允許廢氣流入SCR催化劑的排氣管；以及將還原劑或還原劑前體供給至廢氣的還原劑等的供給噴嘴。SCR消聲器特征在于還原劑等的供給噴嘴穿插通過具有氣孔的板，并且上述板保持在排氣管中。


圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的SCR消聲器的基本示意圖；圖2是一種SCR消聲器的示意圖，其中只有排氣管2被無氣孔的板關(guān)閉；圖3是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的具有氣孔5的板4的截面圖；圖4顯示流入根據(jù)本發(fā)明第一實施例的SCR催化劑1中的廢氣流；圖5顯示流入根據(jù)本發(fā)明第一實施例的SCR催化劑1中的廢氣流，其中只有排氣管2被無氣孔的板4關(guān)閉；圖6是根據(jù)本發(fā)明第二實施例的SCR消聲器的基本示意圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明第二實施例的排氣管內(nèi)部的投影圖。
具體實施例方式
下面將參考附圖對用來實施本發(fā)明的SCR消聲器的最佳方式進行描述。
第一實施例圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的SCR消聲器的基本示意圖，它包括用來選擇性地還原和清除廢氣中所含的氮氧化物(NOx)的SCR催化劑1、允許廢氣流入SCR催化劑1的排氣管2、以及將還原劑或還原劑前體供給至廢氣的還原劑等的供給裝置3，并且它還在還原劑等的供給裝置3的下游和SCR催化劑1的上游具有一塊板4，該板4具有分散廢氣流并使其均勻的氣孔5。雖然圖1顯示出排氣管2插入在消聲器的內(nèi)部，但該排氣管2和消聲器也可一體地形成來代替將排氣管2插入在消聲器中。此外，不論串聯(lián)型還是并聯(lián)型、形狀不論是圓還是筒都無關(guān)緊要。
如圖1所示，這一實施例描述出排氣管2和消聲器一起被具有氣孔5的板4關(guān)閉，但本發(fā)明并不僅限于這種結(jié)構(gòu)。也就是說，具有氣孔5的板4可設(shè)置在接近SCR催化劑1的排氣管2的下游出口端，或者可設(shè)置在排氣管2中的一個位置，只要該位置位于還原劑等的供給裝置3的下游和SCR催化劑1的上游?？蛇x地，它可設(shè)置在消聲器本身內(nèi)而非排氣管2中。
如圖2所示，其中排氣管2插入在消聲器的內(nèi)部并且其插入位置具有氣孔，本發(fā)明可具有一種結(jié)構(gòu)，其中只有排氣管2被無氣孔的板4關(guān)閉。
在具有這種結(jié)構(gòu)的SCR消聲器中，廢氣沿從上游到下游的方向穿過排氣管2并流入SCR催化劑1。廢氣從例如柴油機的內(nèi)燃機中排出并且包含未燃的碳氫化合物(HC)、一氧化碳(CO)和例如一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2)的氮氧化物(NOx)等的有毒物質(zhì)。
這種廢氣在流入SCR催化劑1之前的時間期間，通過帶有還原劑或還原劑前體的還原劑等的供給裝置3而被供給。該還原劑或還原劑前體包括例如釋放還原劑的物質(zhì)的還原劑前體，以及還原劑本身，并且可以是碳氫化合物、氰尿酸酯(cyanurate)、氨水、碳酸銨、氨基甲酸銨、尿素及它們的化合物。此外，還原劑或還原劑前體可以是固體、液體和氣體中的任一種形式。
例如，還原劑等的供給裝置3可供給氨水本身作為還原劑，但在相對高的濃度下氨水氣味強烈并且毒性大。因此，低毒性的尿素水作為還原劑前體更適合經(jīng)噴射供給。在這種情況下，尿素水中的尿素與排氣管中的廢氣混合并接觸，并且經(jīng)加熱或水解分解釋放出氨水--一種還原劑。在本實施例中，尿素水借助于附加噴嘴從排氣管的外部經(jīng)噴射供給至排氣管內(nèi)的廢氣中。
此后，廢氣繼續(xù)沿下游方向流經(jīng)排氣管，并到達SCR催化劑1上游的具有氣孔5的板4。
圖3是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的具有氣孔5的板4的截面圖。無氣孔5設(shè)置在關(guān)閉排氣管2的中心部，并且多個圓形氣孔5僅設(shè)置在直徑大于排氣管口區(qū)域的外側(cè)區(qū)域，以交錯排列的方式設(shè)置，從而形成同心圓。
本發(fā)明的氣孔5可形為圓形、橢圓形、條狀、扇形及其它多邊形中的任一種，但更優(yōu)選類似沖壓孔。氣孔5可為這些形狀孔的組合。氣孔5的尺寸和數(shù)量可以是任意的。此外，氣孔5最好均勻?qū)ΨQ地設(shè)置，并且還最好僅設(shè)置在直徑大于排氣管的區(qū)域內(nèi)。
此外，本發(fā)明的板4可形為圓形、橢圓形、正方形、錐形及其它多邊形中的任一種，并且可為平面、凸面或其它形狀。此外，凸面板的凸截面可采用例如半圓或三棱錐的任意形狀，并且其方向可朝下游方向，但優(yōu)選朝上游方向。優(yōu)選地，板4具有能夠關(guān)閉排氣管2和消聲器的開口的尺寸，并且如上所述直徑大于排氣管2的直徑。可以存在一塊板4或多塊板4。
這樣，在本實施例中，由于排氣管2完全被板4的無氣孔5設(shè)置在其中的中心部所關(guān)閉，流經(jīng)排氣管并到達板4的廢氣不能直接穿過板4而被阻擋在板表面上。因此，廢氣穿過排氣管2插入在消聲器中的部分中的氣孔，并流出排氣管，然后流經(jīng)消聲器和排氣管2之間的空間，再次到達板4。
此后，已經(jīng)流出排氣管的廢氣穿過板4外側(cè)區(qū)域內(nèi)的氣孔5，流入其下游的SCR催化劑1，其中廢氣中所含的氮氧化物(NOx)被吸收到SCR催化劑1中。
該SCR(選擇性催化還原作用)催化劑1可由二氧化鈦(TiO2)、五氧化二釩(V2O5)、三氧化鎢(WO3)、三氧化鉬(MoO3)、二氧化硅(SiO2)、硫酸鹽、沸石等及其化合物中的任一種制成。此外，SCR催化劑1可被具有蜂窩結(jié)構(gòu)的催化劑支架盛裝或支承。
該SCR催化劑1選擇性地還原和清除廢氣中所含的氮氧化物(NOx)并將其轉(zhuǎn)化為對環(huán)境無害的氮和水。清除氮氧化物(NOx)的效率受到流入SCR催化劑1中的廢氣流的影響。
圖4顯示了流入第一實施例的SCR催化劑1中的廢氣流。圖4(a)顯示了在設(shè)置有具有氣孔5的平板4的情況下的廢氣流，而圖4(b)顯示了在設(shè)置有具有氣孔5的凸面板4的情況下的廢氣流。
如圖4所示，排氣管2由板4的無氣孔5的中心部關(guān)閉，因此，廢氣不能直接穿過板4。廢氣穿過排氣管2中的氣孔、流出排氣管，然后穿過板4外側(cè)區(qū)域內(nèi)的氣孔5、流入SCR催化劑1。
這時，板4中的氣孔5分散并使得廢氣流均勻，從而使得流入SCR催化劑1的廢氣流處于良好的狀態(tài)。注意一點，在圖4(b)的情況下，廢氣流由于凸面的阻力而比圖4(a)中的情況下更分散并且變得更為均勻。
圖5顯示了在只有排氣管2被如圖2所示的無氣孔板4關(guān)閉的情況下的廢氣流。
在這種情況下同樣地，由于受到板4的無氣孔的中心部的阻擋，廢氣穿過排氣孔2中的氣孔流出排氣管，但由于消聲器和排氣管2之間的空間沒有被板4關(guān)閉，因此廢氣無任何干擾地流入SCR催化劑1。因此，雖然廢氣流沒有被如圖4所示的板的氣孔分散和均勻化，但流入SCR催化劑1的廢氣流相對于不具有板4的情況仍處于良好的狀態(tài)。
如果流入SCR催化劑1的廢氣流處于如上的良好狀態(tài)，則廢氣中所含的氮氧化物(NOx)被吸收到SCR催化劑1中的速率增加，從而提高清除氮氧化物(NOx)的效率。
第二實施例接下來將描述本發(fā)明的第二實施例，其中相同的附圖標記表示與第一實施例中相同或相似的部件，而不同的或新增的部件由新的附圖標記表示。
圖6是根據(jù)本發(fā)明第二實施例的SCR消聲器的基本示意圖。該SCR消聲器包括用于選擇性地還原和清除廢氣中所含的氮氧化物(NOx)的SCR催化劑1、允許廢氣流入SCR催化劑1的排氣管2、以及將還原劑或還原劑前體供給至廢氣的還原劑等的供給噴嘴30，該還原劑等的供給噴嘴30穿插通過保持在排氣管2中的具有氣孔5的板40。
圖6(a)顯示了一種SCR消聲器，其中還原劑等的供給噴嘴30在其端部穿插通過具有彎曲部(形狀像R或凸起部，或是平面)的板40，并且板40通過將彎曲部固定到排氣管2的內(nèi)部而保持在排氣管2中。同時，圖6(b)顯示了一種SCR消聲器，其中還原劑等的供給噴嘴30在其端部穿插通過錐形板40，并且，通過將底部上的彎曲部夾在凸緣之間并將其固定，板40保持在排氣管2中。
在具有這種結(jié)構(gòu)的SCR消聲器中，廢氣沿從上游到下游的方向穿過排氣管2并流入SCR催化劑1。流經(jīng)SCR消聲器的廢氣在流入SCR催化劑1之前的時間期間，通過帶有還原劑或還原劑前體的還原劑等的供給裝置30而被供給。
在本發(fā)明中，還原劑等的供給噴嘴30穿插通過具有氣孔5的板40，并且該板40保持在排氣管2中。因此，還原劑等的供給噴嘴30由于受到由車輛、廢氣及類似物的振動而引起的振動得到抑制或降低。其結(jié)果是，還原劑或例如尿素水的還原劑前體以使其均勻分散的方式經(jīng)噴射供給至廢氣。此外，還原劑等的供給噴嘴30由于被板40加固而提高了耐用性。
圖7是根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的SCR消聲器的排氣管內(nèi)部在沿從上游到下游的方向觀察時的投影圖。廢氣穿過板40的氣孔5沿從上游到下游的方向流動。此外，還原劑等的供給噴嘴30穿插通過板40的中心部，并且還原劑或例如尿素水的還原劑前體通過沿從上游到下游的方向噴射而被供給，并以使其均勻分散的方式與廢氣混合和接觸。
本發(fā)明的板40可形成為圓形、橢圓形、正方形、錐形以及其它多邊形中的任一種，并可為平面、凸面或其它形狀。板40最好具有能夠關(guān)閉排氣管2的口的尺寸?？纱嬖谝粔K板40或多塊板40。
對于還原劑等的供給噴嘴30穿插通過板40的方式，還原劑等的供給噴嘴30的端部在其端部穿插通過板40，并且該板40最好固定于還原劑等的供給噴嘴30且處于該噴嘴的端部稍微突出的狀態(tài)。
對于將板40保持在排氣管2中的方式，除了其它方法之外，該板40可固定于排氣管2的內(nèi)部，或者夾持和固定在排氣管2的外凸緣之間。
廢氣進一步沿下游方向流動并流入SCR催化劑1，其中廢氣中所含的氮氧化物(NOx)被吸收到SCR催化劑1中并且被選擇性地還原和清除。其結(jié)果是，氮氧化物(NOx)轉(zhuǎn)化為對環(huán)境無害的氮和水。
在本發(fā)明中，流入SCR催化劑1的廢氣與還原劑或例如尿素水的還原劑前體充分混合和接觸，從而廢氣中所含的氮氧化物(NOx)被吸收到SCR催化劑1中的速率變得很高。因此，SCR催化劑1清除氮氧化物(NOx)的效率提高。
本發(fā)明可作為第一和第二實施例的結(jié)合來實施。這種情況下，流經(jīng)SCR消聲器的廢氣流變得良好，并且還原劑等的供給噴嘴所受的由車輛、廢氣及類似物的振動引起的振動得到抑制或降低。其結(jié)果是，SCR催化劑清除氮氧化物(NOx)的效率提高，并且還原劑等的供給噴嘴的耐用性提高。
工業(yè)實用性根據(jù)本發(fā)明，流經(jīng)SCR消聲器的廢氣流變得良好，因此提高了清除廢氣中所含的氮氧化物(NOx)的效率。
此外，根據(jù)本發(fā)明的SCR消聲器抑制或降低還原劑等的供給噴嘴所受的由車輛、廢氣及類似物引起的振動，因此提高了SCR催化劑清除氮氧化物(NOx)的效率以及還原劑等的供給噴嘴的耐用性。
權(quán)利要求
1.一種SCR消聲器，包括用于選擇性地還原和清除廢氣中所含的氮氧化物(NOX)的SCR催化劑；允許廢氣流入SCR催化劑的排氣管；以及將還原劑或還原劑前體供給至廢氣的還原劑等的供給裝置，其特征在于，具有分散廢氣流并使其均勻的氣孔的板設(shè)置在還原劑等的供給裝置下游和SCR催化劑的上游。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的SCR消聲器，其特征在于，上述板連接于排氣管的一端并且直徑大于排氣管，并且上述氣孔僅設(shè)置在直徑大于排氣管的區(qū)域內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的SCR消聲器，其特征在于，上述板具有形如向上游逐漸變細的凸面的截面。
4.一種SCR消聲器，包括用于選擇性地還原和清除廢氣中所含的氮氧化物(NOX)的SCR催化劑；允許廢氣流入SCR催化劑并且在其要被插入到消聲器的部分中具有氣孔的排氣管；以及將還原劑或還原劑前體供給至廢氣的還原劑等的供給裝置，其特征在于，只有排氣管被無氣孔的板關(guān)閉。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的SCR消聲器，其特征在于，上述板具有形如向上游逐漸變細的凸面的截面。
6.一種SCR消聲器，包括用于選擇性地還原和清除廢氣中所含的氮氧化物(NOX)的SCR催化劑；允許廢氣流入SCR催化劑的排氣管；以及將還原劑或還原劑前體供給至廢氣的還原劑等的供給噴嘴，其特征在于，上述還原劑等的供給噴嘴穿插通過具有氣孔的板，并且上述板保持在排氣管中。
全文摘要
流經(jīng)SCR消聲器的廢氣流變得良好，從而提高清除廢氣中所含的氮氧化物(NO
文檔編號F01N3/08GK1914411SQ200580003880
公開日2007年2月14日 申請日期2005年2月2日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月2日
發(fā)明者白井大輔, 山田尚史, 平本均, 金谷勇, 上野弘樹 申請人:東京濾器株式會社, 日產(chǎn)柴油機車工業(yè)株式會社