[實用新型]車用三元催化轉換器

無效

• 申請號: 00251496.6
• 申請日: 2000-09-15
• 公開（公告）號: CN2474733Y
• 公開（公告）日: 2002-01-30
• 發明（設計）人: 韓煒;龔依民
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: F01N3/28
• 分類號: F01N3/28
• 代理公司: 吉林大學專利事務所
• 代理人: 張景林

本實用新型屬于交通運輸領域，特別是涉及一種具有快速起燃裝置的車用三元催化轉換器。

近年來汽車廢氣環境污染問題日益受到人們的重視，世界各國都制定了嚴格的限制排放的法規。為了減少汽車發動機的NOx、CO、HC的排放量，目前比較流行的做法是機外安裝三元催化轉換器凈化有害排放物，轉換器一般采用鉑(Pt)、鈀(Pd)和銠(Ph)等貴重金屬，能同時將汽車尾氣中的NOx、CO和HC催化使其在最終排入大氣時轉換為N₂、CO和H₂O。但是轉換器一般工作溫度在250℃以上時，才對污染物開始催化。高轉化率及長壽命的理想工作溫度范圍大約在400℃-800℃。所以在啟車的初始階段(啟車后200秒)，或長時間怠速，由于達不到催化劑的起燃溫度，催化劑基本不起作用，又由于啟車時整個系統溫度低，燃燒極不充分，研究表明，使用催化器后冷排放大約占整個排放的30％左右。發達國家都在進行降低冷排放問題，普遍采用的方法有兩類：一類是在發動機出口(高溫區)添加一個前置催化轉換器，專門對冷排放進行處理，由于其工作環境極其惡劣，制作成本很高；另一類是將催化轉換器進行預熱，但通常使用的電加熱方法，由于空氣和催化劑的陶瓷載體都是熱的不良導體，所以工作效率極低，不能達到快速加熱升溫的目的，另外，如果利用加大加熱器功率來實現快速加熱，又會影響啟車(電瓶功率不夠)。

本實用新型的目的是提供一種具有快速起燃裝置的車用三元催化轉換器。

本實用新型所涉及的車用三元催化轉換器由驅動電路、磁控管及諧振腔組成，諧振腔帶有進氣與出氣口，諧振腔內通過不吸收微波的減振裝置安裝有陶瓷載體，在陶瓷載體的表面涂有金屬觸媒，所述的觸媒采用鉑(Pt)、鈀(Pd)和銠(Ph)等貴重金屬，磁控管由驅動電路提供頻率為17KHz到30KHz的高壓直流電，產生2450KHz的微波，提供給諧振腔。金屬觸媒在諧振腔內微波場的作用下快速起燃，對諧振腔內的氣體快速加熱，從而完成對汽車尾氣中有害氣體進行轉換的目的。

與現有技術相比，本實用新型增加了快速起燃裝置——改造后的諧振腔及磁控管，利用三元催化轉換器的固定管，對其原有尺寸及結構進行一定的調整以達到能使由磁控管產生的微波諧振的要求。與傳統的電加熱方法相比，省去了電發熱體，既提高了效率又減小了體積。

本實用新型采用汽車電瓶作為電源，輸入電源通過逆變器變成交流電，再通過升壓變壓器變成高壓交流電，再整流變成高壓直流電提供給磁控管，磁控管在高壓的作用下產生2450KHz的微波，并通過波導管傳給諧振腔，在諧振腔內附著在圓柱狀陶瓷載體上的觸媒鉑、銠、鈀吸收微波的能量而迅速升溫達到反應溫度，達到快速起燃的目的，圓柱狀陶瓷載體(載體附著在上面)通過減震裝置固定在諧振腔內。

我們采用的微波加熱法，用有限的電能高效率加熱金屬催化劑本身(質量約為載體的五十分之一，比熱約為載體的十分之一)，使催化劑瞬間(30秒以內)可達到起燃溫度，避免了整體加熱的缺點，迅速參與催化反應。另一方面，研究表明，微波還對CO和PM還原NOx有催化作用，可進一步降低排放。

微波加熱技術，是利用微波的熱效應，介質(特別是含水介質)在微波場的作用下，由于高頻極化產生介質損耗而使介質加熱，微波加熱的獨特優點是加熱速度快，加熱均勻和具有選擇性加熱而又容易實現自動控制等。由于觸媒只占陶瓷載體質量的約1/50，而陶瓷載體本身并不吸收微波的能量。少量的觸媒鉑、銠、鈀為金屬，吸收微波的能量并產生高頻電流而產生熱量。由于微波的頻率很高(我國主要使用的波段為2450KHz)高頻電流集中在觸媒的表面，小顆粒的觸媒先從表面開始加熱。這樣微波的能量大部分集中在只占陶瓷載體質量的約1/50的觸媒的活性表面上，而載體為陶瓷體，是熱的不良導體，這就使得觸媒活性表面能在瞬間，達到反應溫度，因此加熱效率高，又符合我們的實用要求(實際上，快速起燃只要求觸媒達到起燃溫度，與載體溫度無關)。

實驗表明：使用本裝置后，微波功率為500W時，汽車在冷態啟動，收集前120秒排出的尾氣，有害物質的含量(CO、PM或NOx)比不用本裝置減少30％到50％。

本實用新型設計原理簡單，具有快速起燃且對汽車尾氣中有害物質處理效率高等優點。

圖1：為本實用新型所述的具有快速起燃裝置的車用三元催化轉換器；

圖2：圖1所示轉換器的剖視圖；

圖3：為磁控管提供高頻直流電源的驅動電路；

下面結合附圖對本實用新型做進一步的說明：