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)開發(fā)了用于減少柴油發(fā)動機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NOx與氨之間的化學(xué)反應(yīng) 將NOx轉(zhuǎn)化成氮氣和H20，其中氨通過尿素與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，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，催化劑的性能顯著下降。因此，當(dāng)溫度較低(例如當(dāng)發(fā)動機啟動時) 且催化劑性能不足時，應(yīng)提高催化劑的溫度。日本實用新型申請文獻No. 49-36324公開了 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 能是由于運行中廢氣流較低時加熱器的過熱，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有效地提高催化劑的溫度而解決以上問題的廢氣凈化 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。參照對當(dāng)前優(yōu)選實施方 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，在附圖中圖1是示出根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實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。
具體實施例方式以下將參照圖1至圖4描述根據(jù)本發(fā)明的廢氣凈化設(shè)備的優(yōu)選實施方式。首先參見圖1，其示出了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施方式的廢氣凈化設(shè)備的示意性結(jié)構(gòu)圖。來自柴油發(fā)動 機1的廢氣經(jīng)過廢氣管2流動。在廢氣管2中依次設(shè)有氧化催化劑3、柴油顆粒過濾器(以 下稱之為DPF) 4、SCR催化劑5以及另一個氧化催化劑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通過管道8而連接于用于儲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。一對電極15彼此間隔開，并且電連接于SCR催化劑5中的催化劑載體12 的相對端(圖2中示出了一個電極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。每個電極15以多個長且薄的電極 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，電極棒15A與薄膜22的端面22A彼此點接觸。換言之，每個 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。當(dāng) 電極棒15A彎曲時，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中的每一個也具有設(shè)置在催化劑載體的相對端的一對電極、連接于這對電 極的供電源以及用于測量催化劑載體內(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)動機1剛啟動或處于怠 速時，柴油發(fā)動機1的廢氣的溫度較低。因此，當(dāng)這種廢氣流過氧化催化劑3、6和SCR催化 劑5時，不能將各個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)動機1啟動后 經(jīng)過了預(yù)定的時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)動機1啟動后經(jīng) 過了預(yù)定的時間時，由溫度傳感器17測量的溫度低于由ECU14預(yù)定的溫度，則ECU14啟動 供電源16，以將電流供給至薄膜22。相應(yīng)地，通過形成薄膜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測量的溫度超過上述預(yù)定溫度，則E⑶14關(guān)閉供電源16。相 應(yīng)地，由于沒有將電流傳導(dǎo)至薄膜22，所以薄膜22的溫度不會提高。之后，通過供電源16 的開/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/ 關(guān)控制中，ECU14響應(yīng)于由溫度傳感器17所檢測的溫度而打開或關(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，通過廢氣流過氧化催化劑3 而將廢氣中的NO氧化成N02。然后，當(dāng)廢氣流過DPF4時，廢氣中的PM被DPF4捕獲。E⑶14在恰當(dāng)?shù)亩〞r啟動尿素水供給裝置10，從而將尿素水從尿素水箱9通過管道8供給到噴嘴7，然后通過噴嘴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)，從而生成氮氣和水。在以上反應(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/關(guān)控制開始于柴油發(fā)動機1啟動后經(jīng)過了預(yù)定的時間 時。這是因為在柴油發(fā)動機1剛啟動時，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SiC的電阻加熱而加 熱SCR催化劑5時，需要較長時間來將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)動機1啟動之后經(jīng)過了預(yù)定的時間時——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SiC的電阻加熱來提高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)動機1啟動后，熱廢氣到達(dá)SCR催化劑5之前，不啟動供電源16的開/ 關(guān)控制。當(dāng)經(jīng)過了預(yù)定的時間后才開始供電源16的開/關(guān)控制，該預(yù)定的時間由ECU14基 于諸如所使用電池的性能、環(huán)境溫度以及柴油發(fā)動機1的運轉(zhuǎn)狀況等信息而確定。由此，能夠有效地提高催化劑的溫度，因為當(dāng)電流被導(dǎo)至由SiC制成的薄膜22時， 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。在該實施方式中電極15以多個長且薄的電極棒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沒有在一個接觸點(一個非常小的區(qū)域)進行 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，并且對應(yīng)于催化劑載體12的孔23的部分可以通過沖壓 而形成孔，或者電極15可以具有用于通過多個接觸點而連接于薄膜22的形狀。接觸部分 24可以具有單個直線或單個平面形狀。S卩，接觸部分24等同于電極15和薄膜22之間的多 個小接觸點的集合。根據(jù)本發(fā)明，接觸部分24具有單個直線或單個平面形狀，這意味著電 極15和薄膜22通過“多個接觸點”而彼此連接，換言之，接觸部分24具有多個接觸點。接 觸部分24可以具有曲線或曲面。以上實施方式的溫度傳感器17適于直接測量催化劑載體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，使其通過測 量流過排氣管2的廢氣的溫度而估計催化劑載體12的溫度。在該實施方式中電極15和薄膜22之間的接觸部分24具有多個接觸點，但電極15 和薄膜22也可以僅在一個接觸點處進行連接。此外，在以上實施方式中，供電源16的開/ 關(guān)控制開始于柴油發(fā)動機1啟動后經(jīng)過了預(yù)定的時間時。然而，供電源16的開/關(guān)控制也 可以在柴油發(fā)動機1一啟動時就開始。
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)電裝置以多個電極棒的網(wǎng)格的形 式制成，并且在所述柱狀基底的相對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)電裝置包括一對電極，所述電極彼此間隔開并且分別在接觸部分與所述體部電接觸，其中，所述接 觸部分具有多個接觸點。
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量的溫度而打開或關(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)動機啟動，來自發(fā)動機的廢氣 到達(dá)所述催化劑載體后經(jīng)過了一段時間后，所述控制裝置開始打開或關(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F01N3/20GK101806237SQ20101012677
公開日2010年8月18日 申請日期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 申請人:株式會社豐田自動織機