專利名稱：廢氣凈化設(shè)備的制作方法
廢氣凈化設(shè)備
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及一種廢氣凈化設(shè)備，更具體地，涉及一種用于提高催化劑溫度的廢氣 凈化設(shè)備，其中該催化劑形成該設(shè)備的一部分。已經(jīng)開(kāi)發(fā)了用于減少柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣中的氮氧化物(NOx)含量的尿素選擇性 催化還原技術(shù)(以下簡(jiǎn)稱為SCR)。SCR包括氧化催化劑，其用于將一氧化氮(NO)氧化成 二氧化氮(N02) ；SCR催化劑，其設(shè)置在氧化催化劑下游 ，用于通過(guò)NOx與氨之間的化學(xué)反應(yīng) 將NOx轉(zhuǎn)化成氮?dú)夂虷20，其中氨通過(guò)尿素與H20反應(yīng)而產(chǎn)生；尿素供給裝置，其用于將尿 素供給到SCR催化劑；以及氧化催化劑，該氧化催化劑設(shè)置在該SCR催化劑下游，用于氧化 在以上通過(guò)SCR催化劑的化學(xué)反應(yīng)后殘余的氨。當(dāng)溫度高于某一水平時(shí)，氧化催化劑和SCR催化劑充分發(fā)揮催化劑的作用，而當(dāng) 溫度低于這一水平時(shí)，催化劑的性能顯著下降。因此，當(dāng)溫度較低(例如當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)) 且催化劑性能不足時(shí)，應(yīng)提高催化劑的溫度。日本實(shí)用新型申請(qǐng)文獻(xiàn)No. 49-36324公開(kāi)了 一種在催化劑的上游設(shè)置電加熱器以加熱廢氣從而提高催化劑溫度的系統(tǒng)。然而，根據(jù)上述文獻(xiàn)的系統(tǒng)，電加熱器有可能因斷線而被切斷，其中斷線的原因可 能是由于運(yùn)行中廢氣流較低時(shí)加熱器的過(guò)熱，或者由于顆粒物(PM)附著于加熱元件而造 成的短路。本發(fā)明旨在提供一種通過(guò)有效地提高催化劑的溫度而解決以上問(wèn)題的廢氣凈化 設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
一種廢氣凈化設(shè)備包括催化劑載體和導(dǎo)電裝置，該催化劑載體具有體部以及承載 在體部上的催化劑，導(dǎo)電裝置用于將電流傳導(dǎo)到體部。體部的至少一部分由導(dǎo)電非金屬制 成。從結(jié)合附圖的以下描述中，本發(fā)明的其它方面和優(yōu)點(diǎn)將變得明顯，附圖以示例的 方式示出了本發(fā)明的原理。


所附權(quán)利要求中具體闡述了本發(fā)明的被認(rèn)為新穎的特征。參照對(duì)當(dāng)前優(yōu)選實(shí)施方 式的以下描述以及附圖，能夠更好地理解本發(fā)明及其目的和優(yōu)點(diǎn)，在附圖中圖1是示出根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式的廢氣凈化設(shè)備的示意性結(jié)構(gòu)圖。圖2是形成圖1的廢氣凈化設(shè)備的一部分的SCR催化劑的詳圖；圖3是圖2的SCR催化劑的催化劑載體的前視圖及其局部放大圖；以及圖4是沿圖3的線IV-IV而取的示意性橫剖視圖。
具體實(shí)施例方式以下將參照?qǐng)D1至圖4描述根據(jù)本發(fā)明的廢氣凈化設(shè)備的優(yōu)選實(shí)施方式。首先參見(jiàn)圖1，其示出了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式的廢氣凈化設(shè)備的示意性結(jié)構(gòu)圖。來(lái)自柴油發(fā)動(dòng) 機(jī)1的廢氣經(jīng)過(guò)廢氣管2流動(dòng)。在廢氣管2中依次設(shè)有氧化催化劑3、柴油顆粒過(guò)濾器(以 下稱之為DPF) 4、SCR催化劑5以及另一個(gè)氧化催化劑6。在DPF4與SCR催化劑5之間設(shè) 有用于注入尿素水的噴嘴7，該噴嘴7通過(guò)管道8而連接于用于儲(chǔ)存尿素水的尿素水箱7。 在管道8中設(shè)有尿素水供給裝置10，該尿素水供給裝置10用于將尿素水箱9中的尿素水供 給到噴嘴7，并且還電連接于控制裝置，即電控單元(以下稱之為E⑶)14。
圖2中所示的SCR催化劑5具有轉(zhuǎn)化器室11以及設(shè)置在該轉(zhuǎn)化器室11中的柱形 催化劑載體12。一對(duì)電極15彼此間隔開(kāi)，并且電連接于SCR催化劑5中的催化劑載體12 的相對(duì)端(圖2中示出了一個(gè)電極15)，并且電連接于供電源16。電極15和供電源16形 成導(dǎo)電裝置。該導(dǎo)電裝置將電流傳導(dǎo)至催化劑載體12。每個(gè)電極15以多個(gè)長(zhǎng)且薄的電極 棒15A的網(wǎng)格的形式形成。催化劑載體12設(shè)有用于測(cè)量催化劑載體12內(nèi)部溫度的溫度傳 感器17。供電源16和溫度傳感器17電連接于E⑶14。如圖3所示，催化劑載體12具有基底21和薄膜22，基底21由碳制成，作為催化劑 載體12的框架，而薄膜22由碳化硅(SiC)制成，并通過(guò)燒結(jié)或常壓化學(xué)氣相沉積(CVD)而 形成在基底21的表面上。沿柱形基底21的軸向方向形成有貫穿柱形基底21的、橫截面為 方形的多個(gè)孔23。薄膜22承載選擇性還原催化劑。如圖4所示，形成電極15的每個(gè)電極棒15A連接于薄膜22，使得當(dāng)在電極棒15A 和薄膜22的橫截面中觀察時(shí)，電極棒15A與薄膜22的端面22A彼此點(diǎn)接觸。換言之，每個(gè) 電極棒15A與薄膜22之間的接觸部分24沿電極棒15A的軸向方向直線延伸。與電極15與 薄膜22點(diǎn)接觸地連接的情況相比，這種接觸部分24的直線延伸允許更大的電流流過(guò)。當(dāng) 電極棒15A彎曲時(shí)，接觸部24不再直線延伸，而是連續(xù)地沿彎曲的電極棒15A延伸。氧化催化劑3和6的結(jié)構(gòu)與圖2至圖4所示的SCR催化劑5的結(jié)構(gòu)基本相同。氧 化催化劑3和6中的每一個(gè)也具有設(shè)置在催化劑載體的相對(duì)端的一對(duì)電極、連接于這對(duì)電 極的供電源以及用于測(cè)量催化劑載體內(nèi)部溫度的溫度傳感器。以下將描述根據(jù)本發(fā)明的廢氣凈化設(shè)備的操作。當(dāng)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)1剛啟動(dòng)或處于怠 速時(shí)，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)1的廢氣的溫度較低。因此，當(dāng)這種廢氣流過(guò)氧化催化劑3、6和SCR催化 劑5時(shí)，不能將各個(gè)催化劑的溫度提高得足夠高以發(fā)揮其作用，直到在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)1啟動(dòng)后 經(jīng)過(guò)了預(yù)定的時(shí)間才能改變這一情況。以下將描述用于提高SCR催化劑5的溫度的操作。如果當(dāng)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)1啟動(dòng)后經(jīng) 過(guò)了預(yù)定的時(shí)間時(shí)，由溫度傳感器17測(cè)量的溫度低于由ECU14預(yù)定的溫度，則ECU14啟動(dòng) 供電源16，以將電流供給至薄膜22。相應(yīng)地，通過(guò)形成薄膜22的SiC的電阻加熱而提高薄 膜22的溫度，使得由薄膜22承載的選擇性還原催化劑的溫度提高。如果由溫度傳感器17測(cè)量的溫度超過(guò)上述預(yù)定溫度，則E⑶14關(guān)閉供電源16。相 應(yīng)地，由于沒(méi)有將電流傳導(dǎo)至薄膜22，所以薄膜22的溫度不會(huì)提高。之后，通過(guò)供電源16 的開(kāi)/關(guān)控制而適當(dāng)?shù)乇３钟杀∧?2承載的選擇性還原催化劑的溫度，在供電源16的開(kāi)/ 關(guān)控制中，ECU14響應(yīng)于由溫度傳感器17所檢測(cè)的溫度而打開(kāi)或關(guān)閉供電源16。類似地， 以與SCR催化劑5的溫度相同的方式適當(dāng)?shù)乜刂蒲趸呋瘎?、6的溫度。 在氧化催化劑3和6以及SCR催化劑5的這種溫度下，通過(guò)廢氣流過(guò)氧化催化劑3 而將廢氣中的NO氧化成N02。然后，當(dāng)廢氣流過(guò)DPF4時(shí)，廢氣中的PM被DPF4捕獲。E⑶14在恰當(dāng)?shù)亩〞r(shí)啟動(dòng)尿素水供給裝置10，從而將尿素水從尿素水箱9通過(guò)管道8供給到噴嘴7，然后通過(guò)噴嘴7將尿素水輸送到SCR催化劑5。輸送到SCR催化劑5的尿素水被水解成 氨和二氧化碳，且產(chǎn)生的氨與廢氣中的NOx反應(yīng)，從而生成氮?dú)夂退?。在以上反?yīng)后在SCR 催化劑5中殘余的殘余氨在氧化催化劑6中被氧化。由此，將NOx去除并將凈化后的廢氣 排放到大氣。如上所述，供電源16的開(kāi)/關(guān)控制開(kāi)始于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)1啟動(dòng)后經(jīng)過(guò)了預(yù)定的時(shí)間 時(shí)。這是因?yàn)樵诓裼桶l(fā)動(dòng)機(jī)1剛啟動(dòng)時(shí)，SCR催化劑5的溫度與外部空氣的溫度大致相同， 且遠(yuǎn)低于SCR催化劑5能夠充分地發(fā)揮催化劑作用的溫度。當(dāng)僅通過(guò)SiC的電阻加熱而加 熱SCR催化劑5時(shí)，需要較長(zhǎng)時(shí)間來(lái)將SCR催化劑5的溫度提高到所需的水平。應(yīng)當(dāng)在柴 油發(fā)動(dòng)機(jī)1啟動(dòng)之后經(jīng)過(guò)了預(yù)定的時(shí)間時(shí)——即當(dāng)SCR催化劑5已經(jīng)被廢氣的提高后的溫 度預(yù)熱之后——才通過(guò)SiC的電阻加熱來(lái)提高SCR催化劑5的溫度，這在能耗方面是有利 的。因此，在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)1啟動(dòng)后，熱廢氣到達(dá)SCR催化劑5之前，不啟動(dòng)供電源16的開(kāi)/ 關(guān)控制。當(dāng)經(jīng)過(guò)了預(yù)定的時(shí)間后才開(kāi)始供電源16的開(kāi)/關(guān)控制，該預(yù)定的時(shí)間由ECU14基 于諸如所使用電池的性能、環(huán)境溫度以及柴油發(fā)動(dòng)機(jī)1的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況等信息而確定。由此，能夠有效地提高催化劑的溫度，因?yàn)楫?dāng)電流被導(dǎo)至由SiC制成的薄膜22時(shí)， SiC的電阻加熱提高了承載在薄膜22上的選擇性還原催化劑的溫度。以上實(shí)施方式的催化劑載體12包括由碳制成的基底21以及由SiC制成并形成在 基底21的表面上的薄膜22，但本發(fā)明并不局限于這種結(jié)構(gòu)。催化劑載體12可以一體地形 成為僅由SiC制成的體部，而不是由兩種不同的元件——即基底21和薄膜22形成。薄膜 22的材料并不局限于SiC，而是可以是碳或任何導(dǎo)電非金屬的組合。雖然在本實(shí)施方式中 基底21和薄膜22均由導(dǎo)電非金屬制成，但基底21可以是任何材料，只要薄膜22是導(dǎo)電非 金屬即可。在該實(shí)施方式中電極15以多個(gè)長(zhǎng)且薄的電極棒15A的網(wǎng)格的形式形成。本發(fā)明并 不局限于這種結(jié)構(gòu)。只要電極15和薄膜22沒(méi)有在一個(gè)接觸點(diǎn)(一個(gè)非常小的區(qū)域)進(jìn)行 連接，它可以具有任何結(jié)構(gòu)。電極15可以具有平面形狀，使得接觸部24具有確定的區(qū)域。 例如，電極15可以具有平面形狀，并且對(duì)應(yīng)于催化劑載體12的孔23的部分可以通過(guò)沖壓 而形成孔，或者電極15可以具有用于通過(guò)多個(gè)接觸點(diǎn)而連接于薄膜22的形狀。接觸部分 24可以具有單個(gè)直線或單個(gè)平面形狀。S卩，接觸部分24等同于電極15和薄膜22之間的多 個(gè)小接觸點(diǎn)的集合。根據(jù)本發(fā)明，接觸部分24具有單個(gè)直線或單個(gè)平面形狀，這意味著電 極15和薄膜22通過(guò)“多個(gè)接觸點(diǎn)”而彼此連接，換言之，接觸部分24具有多個(gè)接觸點(diǎn)。接 觸部分24可以具有曲線或曲面。以上實(shí)施方式的溫度傳感器17適于直接測(cè)量催化劑載體12內(nèi)部的溫度，但是本 發(fā)明并不局限于這種結(jié)構(gòu)。溫度傳感器17可以設(shè)置在排氣管2中的任何位置，使其通過(guò)測(cè) 量流過(guò)排氣管2的廢氣的溫度而估計(jì)催化劑載體12的溫度。在該實(shí)施方式中電極15和薄膜22之間的接觸部分24具有多個(gè)接觸點(diǎn)，但電極15 和薄膜22也可以僅在一個(gè)接觸點(diǎn)處進(jìn)行連接。此外，在以上實(shí)施方式中，供電源16的開(kāi)/ 關(guān)控制開(kāi)始于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)1啟動(dòng)后經(jīng)過(guò)了預(yù)定的時(shí)間時(shí)。然而，供電源16的開(kāi)/關(guān)控制也 可以在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)1一啟動(dòng)時(shí)就開(kāi)始。
權(quán)利要求
一種廢氣凈化設(shè)備，其特征在于，所述廢氣凈化設(shè)備包括催化劑載體，所述催化劑載體具有體部和承載在所述體部上的催化劑，其中，所述體部的至少一部分由導(dǎo)電非金屬制成；以及導(dǎo)電裝置，所述導(dǎo)電裝置用于將電流傳導(dǎo)至所述體部。
2.如權(quán)利要求1所述的廢氣凈化設(shè)備，其特征在于，所述體部包括基底，所述基底形成所述催化劑載體的框架；以及承載所述催化劑的薄膜，其中，所述薄膜由導(dǎo)電非金屬制成并且形成于所述基底的表 面上。
3.如權(quán)利要求2所述的廢氣凈化設(shè)備，其特征在于，所述基底由導(dǎo)電非金屬制成。
4.如權(quán)利要求2所述的廢氣凈化設(shè)備，其中，所述基底是柱形物，并且沿所述基底的軸 向方向形成有貫穿所述基底的、橫截面為方形的多個(gè)孔。
5.如權(quán)利要求4所述的廢氣凈化設(shè)備，其中，所述導(dǎo)電裝置以多個(gè)電極棒的網(wǎng)格的形 式制成，并且在所述柱狀基底的相對(duì)端處電連接于所述薄膜。
6.如權(quán)利要求1所述的廢氣凈化設(shè)備，其特征在于，所述導(dǎo)電裝置包括一對(duì)電極，所述電極彼此間隔開(kāi)并且分別在接觸部分與所述體部電接觸，其中，所述接 觸部分具有多個(gè)接觸點(diǎn)。
7.如權(quán)利要求1所述的廢氣凈化設(shè)備，其特征在于，所述廢氣凈化設(shè)備還包括溫度傳感器，所述溫度傳感器用于測(cè)量所述催化劑載體內(nèi)部的溫度；以及控制裝置，所述控制裝置用于響應(yīng)于由所述溫度傳感器所測(cè)量的溫度而打開(kāi)或關(guān)閉所 述導(dǎo)電裝置。
8.如權(quán)利要求1所述的廢氣凈化設(shè)備，其特征在于，所述導(dǎo)電非金屬由碳、碳化硅或其 組合制成。
9.如權(quán)利要求7所述的廢氣凈化設(shè)備，其特征在于，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣 到達(dá)所述催化劑載體后經(jīng)過(guò)了一段時(shí)間后，所述控制裝置開(kāi)始打開(kāi)或關(guān)閉所述導(dǎo)電裝置。
10.如權(quán)利要求6所述的廢氣凈化設(shè)備，其特征在于，所述接觸部分具有直線形狀或平 面形狀或曲線或曲面。
全文摘要
一種廢氣凈化設(shè)備，包括催化劑載體和導(dǎo)電裝置，催化劑載體具有體部和承載在體部上的催化劑，導(dǎo)電裝置用于將電流傳導(dǎo)至體部。體部的至少一部分由導(dǎo)電非金屬制成。
文檔編號(hào)F01N3/20GK101806237SQ20101012677
公開(kāi)日2010年8月18日 申請(qǐng)日期2010年2月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月18日
發(fā)明者吉田浩二 申請(qǐng)人:株式會(huì)社豐田自動(dòng)織機(jī)