專利名稱：廢氣凈化裝置及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于凈化(還原)從車輛等的內(nèi)燃機(jī)排出的廢氣中的氮氧化物的裝置和方法。
背景技術(shù)：
因?yàn)槿剂鲜窃诟谎醐h(huán)境中燃燒的，因此柴油發(fā)動機(jī)或貧燃汽油發(fā)動機(jī)提高了燃料經(jīng)濟(jì)性。也就是說能夠減少CO2的排放量。但是，從柴油發(fā)動機(jī)或貧燃汽油發(fā)動機(jī)排出的廢氣不利地包含較大量的氮氧化物。
未經(jīng)審查的日本專利出版物第2004-27881號公開了一種用于凈化(還原)氮氧化物的凈化方法，在這種方法里對廢氣使用了少量碳?xì)浠衔?HC)，從而將作為富氣的廢氣與氮氧化合物一起提供給凈化(還原)氮氧化物的催化轉(zhuǎn)換器。于是，廢氣就得到了還原和凈化。
在這里，柴油發(fā)動機(jī)等的燃料是HC的來源。柴油發(fā)動機(jī)的燃料通常是輕油，眾所周知輕油包含各種HC，比如能夠有效地減少氮氧化物(強(qiáng)還原成分，例如n-石蠟)的HC，以及顯示出較弱還原作用的HC。強(qiáng)還原成分和其它成分對還原/凈化氮氧化物具有不同的還原/凈化能力。因此，當(dāng)使用弱還原能力的成分時，可能會增加使用量。這會不利地導(dǎo)致燃料經(jīng)濟(jì)性的下降。并且，有必要簡化從輕油這樣的燃料中分離強(qiáng)還原成分的裝置。

發(fā)明內(nèi)容
做出本發(fā)明考慮到的是上述缺點(diǎn)。因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種用于凈化廢氣的裝置和方法，這種裝置和方法避免或減輕了至少一個上述缺點(diǎn)。
為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，提供一種廢氣凈化裝置，它包括廢氣通道、氮氧化物凈化催化轉(zhuǎn)換器和還原劑添加模塊。來自內(nèi)燃機(jī)的廢氣流過廢氣通道。氮氧化物凈化催化轉(zhuǎn)換器位于廢氣通道的任意部位，其中氮氧化物凈化催化轉(zhuǎn)換器利用還原劑凈化廢氣中的氮氧化物。還原劑添加模塊將還原劑添加到廢氣通道中，它位于廢氣流動方向上氮氧化物凈化催化轉(zhuǎn)換器的上游一側(cè)。還原劑添加模塊包括還原劑分離模塊，用于利用熱量從混合物中分離強(qiáng)還原成分，這種混合物中含有強(qiáng)還原成分和至少一種其它成分。由還原劑分離模塊分離出的強(qiáng)還原成分用作還原劑。
為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，還提供一種廢氣凈化方法。在這種方法中，將含有強(qiáng)還原成分和至少一種其它成分的混合物引入分離膜片的一側(cè)，其中分離膜片包括選擇性滲透孔，選擇性滲透孔有選擇地允許混合物中分子尺寸相對較小的強(qiáng)還原成分滲透通過選擇性滲透孔。將廢氣引入與分離膜片的另一側(cè)接觸，使得從混合物中分離出強(qiáng)還原成分，并將分離出的還原成分添加到廢氣中。
為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，還提供一種廢氣凈化方法。在這種方法里，將含有強(qiáng)還原成分和至少一種其它成分的混合物引入分離膜片的一側(cè)，其中的分離膜片有選擇地允許混合物中的強(qiáng)還原成分滲透通過分離膜片。將高溫氣體引入與分離膜片的另一側(cè)接觸，使得從混合物中分離出強(qiáng)還原成分，并將分離出的還原成分添加到高溫氣體中。


從下面的說明與后面的權(quán)利要求及附圖，會更好地理解本發(fā)明和其它目的、特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)，其中圖1是一個原理圖，示出了第一個實(shí)施例中廢氣凈化裝置的結(jié)構(gòu)；圖2是還原劑添加設(shè)施的外觀示意圖；圖3是還原劑分離設(shè)施的外觀示意圖，它在還原劑添加設(shè)施的內(nèi)部
圖4是示出其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的還原劑分離設(shè)施的剖面示意圖，；圖5是圖4所示的還原劑分離設(shè)施一部分的放大剖面示意圖；圖6是圖5所示放大視圖一部分的進(jìn)一步放大的剖面示意圖；圖7是一個流程圖，示出了控制第一個實(shí)施例的廢氣凈化裝置的方法；圖8是第一個實(shí)施例的還原劑分離設(shè)施的改進(jìn)的剖面示意圖，這個改進(jìn)具有擴(kuò)大的分離膜片區(qū)域；以及圖9是一個原理圖，示出了第二個實(shí)施例中廢氣凈化裝置的結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式
(第一個實(shí)施例)下面將結(jié)合

本發(fā)明的第一個實(shí)施例。本實(shí)施例的廢氣凈化裝置凈化從作為內(nèi)燃機(jī)的柴油發(fā)動機(jī)排出的廢氣。如圖1所示，本實(shí)施例的廢氣凈化裝置包括廢氣通道31、32、33，氮氧化物凈化(還原)催化轉(zhuǎn)換器40，以及還原劑添加設(shè)施(還原劑添加模塊)10。從柴油發(fā)動機(jī)60排出的廢氣經(jīng)過廢氣通道31、32、33。氮氧化物凈化催化轉(zhuǎn)換器40安裝在廢氣通道里。還原劑添加設(shè)施10安裝在廢氣通道31、32之間，也就是說，在柴油發(fā)動機(jī)60和氮氧化物凈化催化轉(zhuǎn)換器40(即安裝在廢氣通道里的還原劑添加設(shè)施10位于氮氧化物凈化催化轉(zhuǎn)換器40的上游一側(cè))之間。氮氧化物凈化催化轉(zhuǎn)換器40和還原劑添加設(shè)施10每個都構(gòu)成了廢氣通道的一部分。
還原劑添加設(shè)施10包括燃料引入端口111和殘油回收端口131(見圖2)。從燃料引入端口111引入充當(dāng)混合物的輕油(用于內(nèi)燃機(jī)的燃料)進(jìn)入還原劑添加設(shè)施10的內(nèi)部。還有，將強(qiáng)還原成分從輕油中分離后產(chǎn)生的，是輕油殘余物的殘油，通過殘油回收端口131排出并回收。燃料供應(yīng)通道21和還原劑添加設(shè)施10的燃料引入端口111連接。利用泵(混合物供應(yīng)模塊)20通過燃料供應(yīng)通道21從燃料箱(混合物箱)50提供輕油給燃料引入端口111。
還原劑添加設(shè)施10的殘油回收端口131通過殘油回收通道22與燃料箱50連接，從而在強(qiáng)還原成分被還原劑添加設(shè)施10分離出之后，將輕油的殘余物回收到燃料箱中。殘油回收通道22可以包括調(diào)節(jié)器，使得還原劑添加設(shè)施10中輕油的壓力與預(yù)定壓力保持相等或者要高些。還原劑添加設(shè)施10中輕油的壓力增加時，分離出的強(qiáng)還原成分的量應(yīng)該會增加。
電子控制單元(ECU)70控制泵20的輕油吐出量。也就是說ECU70控制提供給還原劑添加設(shè)施10的輕油的量。ECU 70與溫度傳感器71和氮氧化物(NOx)傳感器72相連。溫度傳感器71安裝在廢氣通道31里，用來測量流入還原劑添加設(shè)施10的廢氣的溫度。NOx傳感器72測量從氮氧化物凈化催化轉(zhuǎn)換器40排出的氮氧化物的濃度。盡管省略了其詳細(xì)說明，但是ECU 70與測量各種物理量的各種傳感器連接。
還原劑添加設(shè)施10包括主體構(gòu)件和還原劑分離構(gòu)件(還原劑分離模塊)，如圖2、3所示。將廢氣通道的一部分放大形成主體構(gòu)件，還原劑分離構(gòu)件位于主體構(gòu)件中。還原劑分離構(gòu)件包括分離器(空心分離器)12，它從輕油中分離強(qiáng)還原成分。每個分離器12都是通常為圓柱形的管狀構(gòu)件，它包括承載體122和分離膜片121。承載體122是管狀構(gòu)件，它由不銹鋼多孔主體或富鋁紅柱石構(gòu)成(即，承載體122包括對于廢氣或高溫氣體在物理和化學(xué)上耐久的材料)。分離膜片121在承載體122的內(nèi)壁上構(gòu)成，包括是一種沸石的硅質(zhì)巖。使用沸石是因?yàn)槟軌蛲ㄟ^加工條件和它的成分容易地控制沸石的細(xì)孔直徑。分離膜片121的細(xì)孔直徑被控制在0.39nm到0.57nm之間，更具體地是大約0.55nm，可以選擇分子篩代替硅質(zhì)巖作為分離膜片121。
利用在分離器12內(nèi)壁上形成的硅質(zhì)巖，分離器12從分離器12中流動的輕油里分離出n-石蠟。具體地說，n-石蠟的分子直徑大約是0.38nm，所以n-石蠟?zāi)軌驖B透通過分離膜片121。但是，分子直徑大約是0.58nm的芳香族成分則不能滲透通過分離膜片121?；谏鲜鍪聦?shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)n-石蠟的分離。也就是說，因此可以將任意的膜片作為分離膜片121，只要膜片允許分子直徑為0.38nm或更小的分子滲透通過膜片，但不允許分子直徑為0.58nm或更大的分子滲透通過就行。
分離器12的安裝使得每個分離器12的縱向平行于廢氣的流動方向，分離器12有4排，每排五個。每個分離器12的一端與連接機(jī)構(gòu)112相連，連接機(jī)構(gòu)112連接著燃料引入端口111。每個分離器12的另一端與連接機(jī)構(gòu)132相連，連接機(jī)構(gòu)132連接著殘油回收端口131。通過燃料引入端口111引入的輕油依次流過連接機(jī)構(gòu)112、二十個分離器12、連接機(jī)構(gòu)132和殘油回收端口131。
也就是說，如圖4所示，在還原劑添加設(shè)施10中，燃料流過燃料引入端口111和連接機(jī)構(gòu)112之后，流入這些分離器12。在分離器中分離強(qiáng)還原成分。然后，殘油流過連接機(jī)構(gòu)132，通過殘油回收端口131回收殘油。
氮氧化物凈化催化轉(zhuǎn)換器40利用比如添加到廢氣中的n-石蠟這種強(qiáng)還原成分的反應(yīng)來還原并凈化氮氧化物。但是，催化轉(zhuǎn)換器不限于下面的例子，催化轉(zhuǎn)換器可以有合適的基片(陶瓷基片、金屬基片)支撐的其它催化劑。其它的催化劑包括，例如，沸石選擇性還原催化劑、氧化鋁選擇性還原催化劑、Pt-Ba選擇性還原催化劑和Pt三通催化劑。
下面說明效果。因?yàn)閺U氣凈化裝置是按照上述方式構(gòu)造的，因此本實(shí)施例的廢氣凈化裝置能夠產(chǎn)生如下效果。換句話說，由泵20通過燃料供應(yīng)通道21將燃料箱50里的輕油提供給還原劑添加設(shè)施10。提供給還原劑添加設(shè)施10的輕油通過燃料引入端口111引入還原劑分離構(gòu)件。
然后，輕油通過燃料引入端口111和連接機(jī)構(gòu)112到達(dá)分離器12。在分離器12中，分子尺寸小的強(qiáng)還原成分通過分離膜片121釋放到廢氣通道中。依靠允許輕油(n-石蠟)滲透通過分離膜片121，分離膜片121能夠有效地分離出n-石蠟。一般而言，通過將n-石蠟的溫度提高到高于沸點(diǎn)或者降低n-石蠟的壓力，能夠蒸發(fā)n-石蠟。但是，降低壓力的上述方法需要大型設(shè)備和大量能量。例如，為了將n-庚烷的沸點(diǎn)從將常壓下(1.0大氣壓)的98.4℃降低到常溫到50℃之間的范圍內(nèi)，n-庚烷的壓力需要降低到大約0.1到0.2大氣壓。因此，本實(shí)施例使用的提高溫度的方法是利用廢氣的廢熱。在這里，分離膜片121由相容材料制成，它選擇性地與n-石蠟(強(qiáng)還原成分)相容。這樣，n-石蠟匯集到分離膜片121并通過分離膜片的細(xì)孔，因此，能夠有選擇地分離n-石蠟。
只要分離膜片能夠具有所需要的分離性能，分離膜片最好盡可能薄。在這種情況下，為了提高分離膜片121的強(qiáng)度，最好具有第一承載體和第二承載體中的至少一個。第一承載體支撐分離膜片121的一側(cè)，第二承載體支撐分離膜片121的相對(另外)一側(cè)。
分離膜片121直接通過廢氣或間接通過承載體122由廢氣的熱量加熱，所以分離膜片的溫度得到了提高。通過這種方式，能夠有效利用廢氣的熱量。因此，滲透進(jìn)分離膜片121或者接觸分離膜片121表面的輕油(n-石蠟)被加熱蒸發(fā)。然后，只有能夠滲透通過分離膜片121的細(xì)孔的n-石蠟?zāi)鼙环蛛x出來。結(jié)果是只有n-石蠟被添加到廢氣中作為強(qiáng)還原成分。通過增大有關(guān)參數(shù)(例如，分離膜片面積，分離膜片121兩側(cè)之間強(qiáng)還原成分的濃度差，這兩者之間強(qiáng)還原成分的壓力差，分離膜片121的溫度)能夠提高分離膜片121分離強(qiáng)還原成分的分離速度。在這里，分離膜片121兩側(cè)之間強(qiáng)還原成分的濃度差取決于向分離膜片121一側(cè)供應(yīng)的輕油的量。
因此，能夠選擇性地將n-石蠟有效地添加到廢氣中。在這一點(diǎn)上，本發(fā)明與日本未經(jīng)審查的專利出版物第2004-27881號公開的傳統(tǒng)技術(shù)不同，它是將燃料中的全部成分都添加(應(yīng)用)到廢氣中，而不管燃料中每種成分的還原能力。
回到本發(fā)明，如圖5、6所示，承載體122每個細(xì)孔的直徑明顯地大于分離膜片121每個細(xì)孔的直徑。因此，分離膜片121主要從輕油中分離n-石蠟。承載體122位于分離器12直接接觸廢氣的接觸面，所以分離膜片121的細(xì)孔受廢氣中微粒物質(zhì)堵塞程度有限。因此，這一特性有助于長時間保持分離膜片121的分離性能。
分離n-石蠟后的輕油的殘油流過分離器12，并通過連接機(jī)構(gòu)132、殘油回收端口131和殘油回收通道22回收到燃料箱中。因此，能夠有效地將殘油用作內(nèi)燃機(jī)的燃料，這是輕油的最初目的。
在上述結(jié)構(gòu)中，能夠快速地將分離出的強(qiáng)還原成分添加到廢氣中。
結(jié)合圖7來說明本廢氣凈化裝置的控制方法。對本裝置的控制由ECU 70實(shí)現(xiàn)。ECU 70根據(jù)溫度傳感器71和NOx傳感器72提供的信息，還根據(jù)柴油發(fā)動機(jī)60的工作狀態(tài)(例如，轉(zhuǎn)動速度、燃料噴射量)控制本裝置。在這里，溫度傳感器71感測廢氣的溫度，NOx傳感器72感測廢氣中NOx的濃度。
發(fā)動機(jī)在步驟S1里啟動后，溫度傳感器71在步驟S2里測量廢氣溫度。在步驟S3里，判斷測量到的溫度是等于還是高于輕油的沸點(diǎn)溫度(具體地說，是輕油中作為強(qiáng)還原成分的n-石蠟的沸點(diǎn)溫度)。當(dāng)廢氣溫度不是允許輕油蒸發(fā)的蒸發(fā)溫度時(即廢氣溫度低于輕油沸點(diǎn)時)，控制循環(huán)回到步驟S2。當(dāng)廢氣溫度是蒸發(fā)溫度時，繼續(xù)進(jìn)行下一步控制。
當(dāng)廢氣溫度為蒸發(fā)溫度時，在步驟S4里測量發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速，在步驟S5里獲得燃料噴射量信息。根據(jù)上述信息，估計(jì)出廢氣的排放量和廢氣中NOx的濃度，從而在步驟S6里估計(jì)出NOx的排放量。NOx濃度實(shí)際上也可以由安裝在廢氣通道31里的NOx傳感器來測量，而不是根據(jù)工作狀態(tài)估計(jì)NOx濃度。還有，也可以根據(jù)由預(yù)先的實(shí)驗(yàn)計(jì)算出來的對應(yīng)關(guān)系估計(jì)NOx的排放量。
在步驟S7里，相對應(yīng)地計(jì)算出對估計(jì)出的NOx排放量進(jìn)行還原和凈化所需要的還原劑的量。在步驟S8里，確定泵20的吐出量，從而能夠?qū)⒂?jì)算量的還原劑添加到廢氣中。泵20的輕油吐出量與給廢氣的還原劑使用量之間的對應(yīng)關(guān)系可以根據(jù)預(yù)先實(shí)驗(yàn)計(jì)算出來，這樣就能夠確定輕油的吐出量。
在步驟S9里，泵20根據(jù)上述確定的吐出量工作，這樣就能夠?qū)罅縩-石蠟的輕油提供給分離器12。結(jié)果是，增加了通過分離膜片121能夠分離的n-石蠟的量，因而增加了添加到廢氣中的n-石蠟的量。在氮氧化物凈化催化轉(zhuǎn)換器40中，廢氣里添加的n-石蠟與氮氧化物發(fā)生反應(yīng)，使得氮氧化物得到還原和凈化。
然后，在步驟S10里，在廢氣通道33中測量出NOx濃度，通道33位于氮氧化物凈化催化轉(zhuǎn)換器40的下游一側(cè)。在步驟S11里確定NOx的濃度等于或小于預(yù)定值時，控制流程返回到步驟S2，以便從開頭恢復(fù)控制。當(dāng)NOx的濃度不等于或小于預(yù)定值時，在步驟S12里將泵20的吐出量設(shè)置為更高。然后，控制流程回到步驟S9，以便泵20根據(jù)增加的吐出量工作。
要注意，在步驟S12里增加泵20的吐出量時，優(yōu)選對應(yīng)地修改輕油吐出量與還原劑使用量之間的對應(yīng)關(guān)系，在步驟S8里這個關(guān)系用于確定泵20的吐出量。例如，可以通過改變校正對應(yīng)關(guān)系的校正值來修改吐出量和還原劑使用量之間的對應(yīng)關(guān)系。在修改對應(yīng)關(guān)系的情況下，也需要處理步驟用于減小吐出量。例如，可以有幾個步驟，這些步驟可以被描述為“當(dāng)控制從步驟S11到步驟S12(步驟S2)一連串連續(xù)n次或更多次時，增加(減少)泵20的吐出量一預(yù)定量”。
下面說明本實(shí)施例的第一個修改。除了分離器的分離膜片和承載體是相反排列的以外，這一修改中的廢氣凈化裝置包括與上述實(shí)施例相同的結(jié)構(gòu)，按相同工作方法工作。具體地說，分離器12的分離膜片121在承載體122的外圍表面上形成。由于上述結(jié)構(gòu)，分離膜片直接接觸廢氣，使得分離膜片的溫度能快速地跟隨廢氣溫度。這樣，能夠快速分離出強(qiáng)還原成分。在這里，在分離膜片121能夠制造得較厚或分離膜片121的材料能夠改變，從而能夠提高分離膜片121強(qiáng)度的情況下，承載體不是必需的。
另外，為了方便制造，可以將廢氣流通道用作輕油流通道，可以將輕油流通道用于還原劑添加設(shè)施中的廢氣流。另外，如圖8所示，也可以將分離膜片121形成凸凹形狀(例如起伏狀、波紋狀)，使接觸面積增大。因此能夠提高分離效率。
進(jìn)一步，在承載體122位于分離器接觸廢氣的接觸面上的情況下，用于還原氮氧化物的選擇性還原催化劑可以由承載體122攜帶，從而承載體122也充當(dāng)?shù)趸飪艋呋D(zhuǎn)換器。
上述實(shí)施例描述了一個實(shí)例，其中將用作燃料的輕油引入柴油發(fā)動機(jī)的還原劑添加設(shè)施10中。當(dāng)換成貧燃汽油發(fā)動機(jī)時，可以將用作燃料的汽油引入還原劑添加設(shè)施10中。
下面說明第一個實(shí)施例的第二個修改。也可以將酒精、酒精燃料和天然氣用作兩種或更多成分(即強(qiáng)還原成分和至少一種其它成分)的混合物，而不是用內(nèi)燃機(jī)燃料，比如輕油。
(第二個實(shí)施例)第二個實(shí)施例的廢氣凈化裝置凈化作為內(nèi)燃機(jī)的柴油發(fā)動機(jī)排出的廢氣。下面參考圖9說明本實(shí)施例的廢氣凈化裝置。在圖9中與第一個實(shí)施例的廢氣凈化裝置中具有類似效果的一些類似組件，用相同的數(shù)字來表示。
如圖9所示，本實(shí)施例的廢氣凈化裝置包括廢氣通道33、34，氮氧化物凈化(還原)催化轉(zhuǎn)換器40和還原劑添加設(shè)施(還原劑添加模塊)10。從柴油發(fā)動機(jī)60排出的廢氣通過廢氣通道33、34。氮氧化物凈化催化轉(zhuǎn)換器40安裝在廢氣通道33、34里。還原劑添加設(shè)施10與還原劑添加通道11、13連接，使得氣體排放到位于發(fā)動機(jī)60和氮氧化物凈化催化轉(zhuǎn)換器40之間的廢氣通道34中(即氣體排放(應(yīng)用)到位于氮氧化物凈化催化轉(zhuǎn)換器40上游的廢氣通道34)。氮氧化物凈化催化轉(zhuǎn)換器40和還原劑添加設(shè)施10每個都構(gòu)成廢氣通道的一部分。
將通過風(fēng)扇82和散熱器81的空氣提供給還原劑添加設(shè)施10。強(qiáng)還原成分供應(yīng)通道包括還原劑添加設(shè)施10，還原劑添加通道11、13和回流抑制機(jī)構(gòu)14，安裝回流抑制機(jī)構(gòu)14的目的是限制廢氣從廢氣通道回流到還原劑添加設(shè)施10中。柴油發(fā)動機(jī)60的冷卻劑經(jīng)過冷卻劑通道83、84循環(huán)到散熱器81中。
將省略對一些元件的進(jìn)一步說明，比如泵20、氮氧化物凈化催化轉(zhuǎn)換器40、燃料箱50、柴油發(fā)動機(jī)60、ECU 70及其外圍設(shè)備，所有這些都用與第一個實(shí)施例中那些相同的數(shù)字表示，因?yàn)檫@些元件一般都與第一個實(shí)施例中描述的那些相似。
第二個實(shí)施例中還原劑添加設(shè)施10的一般結(jié)構(gòu)與第一個實(shí)施例中的基本一樣，這種結(jié)構(gòu)利用分離膜片分離燃料中的強(qiáng)還原成分。但是，將加熱的空氣作為引入并接觸分離膜片一側(cè)的高溫氣體。在這里，加熱的空氣通過散熱器81，因此是由柴油發(fā)動機(jī)60的廢熱加熱的。
下面說明效果。因?yàn)樯鲜鼋Y(jié)構(gòu)，本實(shí)施例的廢氣凈化裝置能夠獲得與第一個實(shí)施例的廢氣凈化裝置相同的效果。下面詳細(xì)說明不同于第一個實(shí)施例的不同之處。
安裝在還原劑添加設(shè)施10中的分離膜片由散熱器81加熱過的高溫氣體的熱量加熱。這樣，分離膜片的溫度得到提高，使得只有作為強(qiáng)還原成分的n-石蠟?zāi)軌驈妮p油中分離出來。分離之后，分離出的強(qiáng)還原成分隨著高溫氣流流入廢氣通道。在這里，即使廢氣通道中的壓力變得高于強(qiáng)還原成分供應(yīng)通道(還原劑添加通道)11、13中的壓力，回流抑制機(jī)構(gòu)14也會限制廢氣流入還原劑添加設(shè)施10和散熱器81中。因此，沒有凈化的未經(jīng)處理的廢氣不會泄漏出來。
因?yàn)檫€原劑添加設(shè)施10直接接觸廢氣受到限制，因此本實(shí)施例的廢氣凈化裝置限制了廢氣影響(例如，由于廢氣中的顆粒物質(zhì)引起的分離膜片的堵塞)。
下面說明第二個實(shí)施例的第一個修改例。也可以將后面的機(jī)構(gòu)加熱的氣體(空氣)用來代替通過散熱器81的空氣，作為提供給還原劑添加設(shè)施10的高溫氣體。例如，替換過來用作高溫氣體的是空氣，這些空氣通過廢氣通道33、34加熱，柴油發(fā)動機(jī)60的廢氣經(jīng)過這些通道?？梢詫⒖諝庖虢佑|廢氣通道33、34的外部，從而加熱空氣。
另外，代替使用高溫氣體，也可以用一種方法來加熱分離膜片本身，例如，用這種方法，廢氣的熱量能夠傳導(dǎo)到分離膜片。于是，常溫氣體(可能是高溫氣體)通過加熱的分離膜片，從而能夠分離強(qiáng)還原成分并提供給氣體。
本領(lǐng)域技術(shù)人員很容易想到另外的優(yōu)點(diǎn)和改進(jìn)。因此廣義地講，本發(fā)明并不限于這些具體細(xì)節(jié)、代表性裝置以及示出和描述的說明性實(shí)例。
權(quán)利要求
1.一種廢氣凈化裝置，包括廢氣通道(31、32、33)，內(nèi)燃機(jī)(60)的廢氣流過該廢氣通道；氮氧化物凈化催化轉(zhuǎn)換器(40)，位于所述廢氣通道(31、32)的任意部位，其中所述氮氧化物凈化催化轉(zhuǎn)換器(40)利用還原劑凈化所述廢氣中的氮氧化物；以及還原劑添加模塊(10)，用于向所述廢氣通道(32、34)中添加所述還原劑，位于廢氣流向上所述氮氧化物凈化催化轉(zhuǎn)換器(40)的上游一側(cè)，其中所述還原劑添加模塊(10)包括還原劑分離模塊，用于利用熱量從混合物中分離強(qiáng)還原成分，該混合物具有所述強(qiáng)還原成分和至少一種其它成分；以及由所述還原劑分離模塊分離出來的所述強(qiáng)還原成分充當(dāng)所述還原劑。
2.如權(quán)利要求1所述的廢氣凈化裝置，其中所述還原劑添加模塊(10)將廢氣熱量作為所述熱量，從所述混合物中分離出所述強(qiáng)還原成分。
3.如權(quán)利要求1或2所述的廢氣凈化裝置，其中所述混合物包括用于所述內(nèi)燃機(jī)(60)的燃料。
4.如權(quán)利要求3所述的廢氣凈化裝置，還包括混合物供應(yīng)模塊(20)，用于從存儲所述混合物的混合物箱(50)向所述還原劑分離模塊供應(yīng)所述混合物；以及混合物再循環(huán)模塊(22)，用于將殘余物再循環(huán)到所述混合物箱(50)，其中所述殘余物是在通過所述還原劑分離模塊將所述強(qiáng)還原成分從所述混合物中分離出來之后產(chǎn)生的。
5.如權(quán)利要求1所述的廢氣凈化裝置，其中所述還原劑分離模塊包括分離膜片(121)，在引入所述混合物接觸所述分離膜片(121)的一側(cè)，同時引入高溫氣體接觸所述分離膜片(121)的另一側(cè)的狀態(tài)下，所述分離膜片(121)從所述混合物中分離所述強(qiáng)還原成分。
6.如權(quán)利要求2所述的廢氣凈化裝置，其中所述還原劑分離模塊包括分離膜片(121)，在引入所述混合物接觸所述分離膜片(121)的一側(cè)，同時引入所述廢氣接觸所述分離膜片(121)的另一側(cè)的狀態(tài)下，所述分離膜片(121)從所述混合物中分離所述強(qiáng)還原成分。
7.如權(quán)利要求5所述的廢氣凈化裝置，其中所述分離膜片(121)基于所述強(qiáng)還原成分和所述至少一種其它成分的分子尺寸之差，從所述混合物中分離所述強(qiáng)還原成分。
8.如權(quán)利要求6所述的廢氣凈化裝置，其中所述分離膜片(121)基于所述強(qiáng)還原成分和所述至少一種其它成分的分子尺寸之差，從所述混合物中分離所述強(qiáng)還原成分。
9.如權(quán)利要求7所述的廢氣凈化裝置，其中所述分離膜片(121)包括滲透孔，該滲透孔的直徑被控制在0.39nm到0.57nm之間。
10.如權(quán)利要求8所述的廢氣凈化裝置，其中所述分離膜片(121)包括滲透孔，該滲透孔的直徑被控制在0.39nm到0.57nm之間。
11.如權(quán)利要求7所述的廢氣凈化裝置，其中所述分離膜片(121)包括沸石。
12.如權(quán)利要求8所述的廢氣凈化裝置，其中所述分離膜片(121)包括沸石。
13.如權(quán)利要求5所述的廢氣凈化裝置，其中所述分離膜片(121)包括一種材料，這種材料具有對所述強(qiáng)還原成分的第一相容性，并且具有至少一個第二相容性，所述第二相容性的每一種表明與所述至少一種其它成分的對應(yīng)的一種成分相容；以及所述第一相容性不同于所述至少一個第二相容性。
14.如權(quán)利要求6所述的廢氣凈化裝置，其中所述分離膜片(121)包括一種材料，這種材料具有對所述強(qiáng)還原成分的第一相容性，并且具有至少一個第二相容性，所述第二相容性的每一種表明與所述至少一種其它成分的對應(yīng)的一種成分相容；以及所述第一相容性不同于所述至少一個第二相容性。
15.如權(quán)利要求5所述的廢氣凈化裝置，其中所述還原劑分離模塊(12)包括如下至少之一支撐所述分離膜片(121)所述一側(cè)的多孔承載體(122)；和支撐所述分離膜片(121)所述另一側(cè)的多孔承載體(122)。
16.如權(quán)利要求6所述的廢氣凈化裝置，其中所述還原劑分離模塊(12)包括如下至少之一支撐所述分離膜片(121)所述一側(cè)的多孔承載體(122)；和支撐所述分離膜片(121)所述另一側(cè)的多孔承載體(122)。
17.如權(quán)利要求5所述的廢氣凈化裝置，其中所述還原劑分離模塊包括空心分離器(12)，該空心分離器(12)位于所述廢氣通道(31、32)中，使得所述廢氣與所述混合物中的一個流入所述分離器(12)的內(nèi)部，所述廢氣與所述混合物中的另外一個圍繞所述分離器(12)的外部流過；以及所述分離器(12)的所述內(nèi)部和所述外部之間的邊界的至少一部分由所述分離膜片(121)形成。
18.如權(quán)利要求6所述的廢氣凈化裝置，其中所述還原劑分離模塊包括空心分離器(12)，該空心分離器(12)位于所述廢氣通道(31、32)中，使得所述廢氣與所述混合物中的一個流入所述分離器(12)的內(nèi)部，所述廢氣與所述混合物中的另外一個圍繞所述分離器(12)的外部流過；以及所述分離器(12)的所述內(nèi)部和所述外部之間的邊界的至少一部分由所述分離膜片(121)形成。
19.如權(quán)利要求17所述的廢氣凈化裝置，其中所述混合物供應(yīng)模塊(20)通過所述分離器(12)的一端供應(yīng)所述混合物；以及所述混合物再循環(huán)模塊(22)通過所述分離器(12)的另一端將所述剩余物再循環(huán)到所述混合物箱(50)中。
20.如權(quán)利要求18所述的廢氣凈化裝置，其中所述混合物供應(yīng)模塊(20)通過所述分離器(12)的一端供應(yīng)所述混合物；以及所述混合物再循環(huán)模塊(22)通過所述分離器(12)的另一端將所述剩余物再循環(huán)到所述混合物箱(50)中。
21.如權(quán)利要求17所述的廢氣凈化裝置，其中所述分離器(12)是在所述廢氣流向中延伸的管狀構(gòu)件。
22.如權(quán)利要求18所述的廢氣凈化裝置，其中所述分離器(12)是在所述廢氣流向中延伸的管狀構(gòu)件。
23.如權(quán)利要求1所述的廢氣凈化裝置，其中所述強(qiáng)還原成分是n-石蠟。
24.一種廢氣凈化方法，包括將具有強(qiáng)還原成分和至少一種其它成分的混合物引入分離膜片(121)的一側(cè)，其中所述分離膜片(121)包括選擇性滲透孔，這種滲透孔有選擇地允許所述混合物中具有相對較小分子尺寸的所述強(qiáng)還原成分滲透通過所述選擇性滲透孔；并且引入廢氣接觸所述分離膜片(121)的另一側(cè)，從而從所述混合物中分離出所述強(qiáng)還原成分，并將分離出的所述還原成分添加到所述廢氣中。
25.如權(quán)利要求24所述的廢氣凈化方法，其中所述分離膜片(121)位于從內(nèi)燃機(jī)(60)延伸出來的廢氣通道(31、32)中氮氧化物凈化催化轉(zhuǎn)換器(40)的上游一側(cè)。
26.一種廢氣凈化方法，包括將具有強(qiáng)還原成分和至少一種其它成分的混合物引入分離膜片(121)的一側(cè)，其中所述分離膜片(121)有選擇地允許所述混合物中的所述強(qiáng)還原成分滲透通過所述分離膜片(121)；并且引入高溫氣體接觸所述分離膜片(121)的另一側(cè)，從而從所述混合物中分離出所述強(qiáng)還原成分，并將分離出的所述還原成分添加到所述高溫氣體中。
27.如權(quán)利要求26所述的廢氣凈化方法，其中所述分離膜片(121)位于強(qiáng)還原成分供應(yīng)通道(11、13、14)中氮氧化物凈化催化轉(zhuǎn)換器(40)的上游一側(cè)，從而將所述高溫氣體供應(yīng)給從內(nèi)燃機(jī)(60)延伸出來的廢氣通道(34)。
28.如權(quán)利要求26所述的廢氣凈化方法，其中所述高溫氣體是利用來自所述內(nèi)燃機(jī)(60)的廢熱加熱的。
29.如權(quán)利要求24到28中任何一個所述的廢氣凈化方法，其中所述混合物包括用于所述內(nèi)燃機(jī)(60)的燃料。
全文摘要
一種廢氣凈化裝置包括廢氣通道(31、32、33)、氮氧化物凈化催化轉(zhuǎn)換器(40)和還原劑添加設(shè)施(10)。內(nèi)燃機(jī)(60)排出的廢氣流過廢氣通道(31、32、33)。氮氧化物凈化催化轉(zhuǎn)換器(40)位于廢氣通道(31、32)的任意部位，利用還原劑凈化廢氣中的氮氧化物。位于氮氧化物凈化催化轉(zhuǎn)換器(40)上游一側(cè)的還原劑添加設(shè)施(10)向廢氣通道(32、34)中添加還原劑。還原劑添加設(shè)施(10)包括還原劑分離膜片，用于利用熱量從含有強(qiáng)還原成分和至少一種其它成分的混合物中分離強(qiáng)還原成分。由還原劑分離模塊分離出的強(qiáng)還原成分用作還原劑。
文檔編號B01D53/34GK1916379SQ20061011487
公開日2007年2月21日 申請日期2006年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月17日
發(fā)明者荒川宮男, 黑柳正利, 西島義明, 清住嘉道, 長瀨多加子, 長谷川泰久, 水上富士夫 申請人:株式會社電裝