催化燃料汽化器和燃料重整器組件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明描述了一種用于與稀燃NOx催化劑(LNC)一起使用的催化燃料汽化器和燃料重整器組件。外管與LNC相聯(lián)。內(nèi)管完全置于外管中。排氣流在內(nèi)管和外管之間分流。內(nèi)管容納催化燃料汽化器和催化燃料重整器，其將至少一部分噴入的烴類轉(zhuǎn)換為氫氣和一氧化碳，并且汽化烴類用于NOx還原。
【專利說明】催化燃料汽化器和燃料重整器組件
【背景技術(shù)】
[0001 ] 稀燃NOx催化劑(LNC)技術(shù)的操作通常是用烴類(HC)來還原氮氧化物(NOx)。有關(guān)LNC技術(shù)的研究還表明，在較低的廢氣溫度下，氫氣(H2)有利于幫助LNC還原氮氧化物。
[0002]如圖1所示，旁通閥結(jié)合燃料重整器用于為LNC生產(chǎn)氫氣。諸如燃料注入器或電加熱的汽化器之類的外部燃料源可以為LNC提供作為還原劑的HC。或者，電加熱的汽化器裝置結(jié)合燃料重整器可用于為LNC提供作為還原劑的H2和HC，其可以在較低溫度下提高NOx轉(zhuǎn)化率，其中燃料重整器利用旁通閥向燃料重整器導入部分流體。使用燃料重整器或電加熱的燃料汽化器裝置向LNC單獨或聯(lián)合地引入還原劑用于NOx還原。
[0003]當燃料充足時，使用旁通閥來調(diào)節(jié)進入燃料重整器的排氣流以控制燃料重整器的溫度以及燃料與氧氣之比，從而連續(xù)生成氫氣。使用閉環(huán)控制旁通閥，同時監(jiān)控進入重整器的排氣流速。通過測量流體通過孔口的壓降確定進入燃料重整器的流速。需要測量通過孔口進入的燃料重整器的流速，來計算為LNC生產(chǎn)足量的氫氣所需的燃料注入量，從而以還原NOx。然而,流通孔口和旁通閥配置會受到如下的困擾:不準確、響應時間慢(例如，旁通閥響應時間慢)、對孔口附加壓力監(jiān)測的需要、和/或外形的挑戰(zhàn)是圖1所示配置的固有屬性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]在一個實施例中，組件例如包括外管和內(nèi)管。內(nèi)管完全置于外管內(nèi)。排氣流在內(nèi)管和外管之間分流。內(nèi)管容納催化燃料重整器。
[0005]在另一個實施例中，一種方法提供內(nèi)管催化燃料汽化器和燃料重整器以與LNC —起使用。該方法可包括例如以下操作中的一個或多個:提供完全置于外管內(nèi)的內(nèi)管，外管與LNC相聯(lián)；在內(nèi)管中設置催化燃料汽化器和燃料重整器；以及通過置于內(nèi)管中的催化燃料汽化器和燃料重整器汽化烴類并生產(chǎn)氫氣。
[0006]在另一個實施例中，在發(fā)動機的排氣再循環(huán)(EGR)系統(tǒng)內(nèi)使用一種組件。該組件包括例如外管和內(nèi)管。外管與發(fā)動機相聯(lián)(例如，發(fā)動機的EGR支路或環(huán)路)。內(nèi)管完全置于外管內(nèi)。排氣流在內(nèi)管和外管之間分流。內(nèi)管容納催化燃料汽化器和燃料重整器。
[0007]在另一個實施例中，一種組件與燃料電池一起使用。該組件包括例如外管和內(nèi)管。內(nèi)管完全置于外管內(nèi)。廢氣流在內(nèi)管和外管之間分流。內(nèi)管容納催化燃料汽化器、燃料重整器以及氫分離膜。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1是與稀燃NOx催化劑(LNC) —起使用的燃料重整器和旁通閥的常規(guī)配置。
[0009]圖2是帶有內(nèi)管催化燃料汽化器和燃料重整器的排氣組件的一個實施例。
[0010]圖3A是內(nèi)管催化燃料汽化器和燃料重整器的第一實施例的截面圖。
[0011]圖3B是內(nèi)管催化燃料汽化器和燃料重整器的第二實施例的截面圖。
[0012]圖3C是內(nèi)管催化燃料汽化器和燃料重整器的第三實施例的截面圖。[0013]圖4是內(nèi)管催化燃料汽化器和燃料重整器的一個實施例，示出了某些配置自由度。
[0014]圖5是用于內(nèi)管催化燃料汽化器和燃料重整器裝置的燃料區(qū)域的一個實施例。
[0015]圖6是不含催化燃料汽化器的內(nèi)管燃料重整器的一個實施例。
[0016]圖7A是在排氣管內(nèi)的內(nèi)管重整器系統(tǒng)的一個實施例的圖片。
[0017]圖7B是圖7A的內(nèi)管催化燃料汽化器和重整器系統(tǒng)。
[0018]圖8A是內(nèi)管催化燃料汽化器和重整器的一個實施例的圖片。
[0019]圖SB是圖8A的內(nèi)管催化燃料汽化器和重整器的布局圖。
[0020]圖9示出了內(nèi)管催化燃料汽化器和重整器在LNC配置中的布局的一個實施例。
[0021]圖10是不同進料安排中在不同催化劑位置的內(nèi)管系統(tǒng)溫度圖。
[0022]圖11是在注入柴油燃料流速相同時不同進料安排下內(nèi)管出口的氣體組成的圖表，該氣體組成為:氫氣，一氧化碳和烴類。
【具體實施方式】
[0023]目前的稀燃NOx催化劑(LNC)技術(shù)的操作利用了烴類(HC)來還原氮氧化物(NOx)。通過管內(nèi)或缸內(nèi)注射來引入烴類。氫氣也用作還原劑來還原LNC上的NOx。特別是在較低的LNC溫度下，氫氣表現(xiàn)出優(yōu)于HC?？梢胫卣鱽懋a(chǎn)生氫氣。內(nèi)管催化燃料汽化器和燃料重整器的配置可為LNC提供HC和氫氣以還原氮氧化物。
[0024]某些實施例不使用電加熱裝置為LNC汽化燃料。某些實施例不使用圖1所示結(jié)合燃料重整器的旁通閥。
[0025]某些實施例提供了內(nèi)管催化燃料汽化器和催化燃料重整器的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)允許一部分廢氣流進入重整催化劑，而另一部分廢氣流(例如，來自發(fā)動機的廢氣流的剩余部分)繞過重整器，而不使用旁通閥。
[0026]某些實施例使用內(nèi)管催化燃料汽化器，以汽化噴入到排氣管中的柴油燃料，從而減小了系統(tǒng)的外形尺寸。
[0027]某些實施例使用內(nèi)管燃料重整催化劑，以為LNC生產(chǎn)氫氣。
[0028]在某些實施例中，當與其它后處理技術(shù)、例如LNC結(jié)合時，使用內(nèi)管催化燃料汽化器和燃料重整器作為后處理裝置，以輔助還原NOx。
[0029]如圖2所示，排氣組件100包括內(nèi)管催化燃料汽化器和燃料重整器110、注入器120和LNC130。圖2所示的實施例不使用圖1中所使用的旁通閥、額外的外部管道和電加熱燃料汽化器。
[0030]內(nèi)管催化燃料汽化器和燃料重整器110位于LNC130之前，例如，作為車輛排氣管140的一部分。LNC130前的排氣管包括內(nèi)管150(例如，內(nèi)管道)和外管160 (例如，外管道)。內(nèi)管150在外管160的內(nèi)部(例如，完全在內(nèi)部)。內(nèi)管150容納內(nèi)管催化燃料汽化器和燃料重整器110。此外，注入器120作為燃料定量給料器，并且只向內(nèi)管催化燃料汽化器和燃料重整器110所在的內(nèi)管150中注入燃料。燃料定量給料器位于內(nèi)管催化燃料汽化器和燃料重整器110的催化燃料汽化器的上游。也在圖2中示出的是位于內(nèi)管150中的基板155。在基板155上施加例如燃料汽化催化劑和/或燃料重整催化劑的涂層。
[0031]圖3A-C示出了在外管160中的內(nèi)管150的幾個可能的位置和尺寸?？蓪⒆⑷肫?20配置成垂直于內(nèi)管150和/或外管160表面。在另一個實施例中，將注入器120配置為相對于內(nèi)管150和/或外管160呈大約90度以外的角度。例如，注入器120配置為相對于內(nèi)管150和/或外管160呈約45度的角度。例如，約4-5英寸的管道可用作內(nèi)管催化燃料汽化器和燃料重整器110的殼體。在一個實施例中，夕卜管160或內(nèi)管150直徑可以是常見的卡車排氣管直徑。容納內(nèi)管催化燃料汽化器和燃料重整器110的內(nèi)管的長度由燃料汽化器和重整器的催化劑尺寸決定，該催化劑是由特殊的NOx還原技術(shù)以產(chǎn)生足夠量的H2和汽化的HC所需。內(nèi)管150的直徑(例如，內(nèi)管式直徑)可根據(jù)其尺寸而變化，以滿足特定應用場合(例如，燃料電池應用場合，LNC應用場合，稀燃NOx捕集(LNT)應用場合，廢氣再循環(huán)(EGR)應用場合以及其他的應用場合)所需的H2和HC。
[0032]也是在圖3A-C中所示，多孔板位置170位于外管160之內(nèi)且在內(nèi)管150之外。在多孔板位置170處設置的多孔板提供背壓，從而例如在內(nèi)管150和外管160之間獲得固定的分支流速，其中內(nèi)管中有燃料汽化和燃料重整催化劑，外管中有空隙體積中。
[0033]圖6示出了一個實施例，其中內(nèi)管150包括不帶催化燃料汽化器的燃料重整器。內(nèi)管催化燃料重整器可與催化燃料汽化器一起作用或不與催化燃料汽化器一起作用。例如，帶或不帶燃料汽化器的內(nèi)管燃料重整器都可以生產(chǎn)氫氣。
[0034]在某些實施例中，催化燃料汽化器用作汽化燃料的一種方式，從而允許縮小外形尺寸。
[0035]在某些實施例中，電加熱燃料點火器位于催化燃料重整器的上游。電加熱燃料點火器也可以在內(nèi)管150內(nèi)部或是其一部分，或者在內(nèi)管150的上游。
[0036]如圖4，示出了關(guān)于內(nèi)管催化燃料汽化器和燃料重整器裝置200的某些配置自由度。內(nèi)管催化燃料汽化器和燃料重整器裝置200包括，例如，催化燃料汽化器180和催化燃料重整器190 (例如，燃料重整催化劑)。內(nèi)管催化燃料汽化器和燃料重整器裝置200容納在外管160內(nèi)部的內(nèi)管150中。
[0037]在配置內(nèi)管催化燃料汽化器和燃料重整器裝置200時，有配置自由度，以將內(nèi)管催化燃料汽化器和燃料重整器裝置200設置在外管160 (例如，導向LNC130的外管道)管殼內(nèi)任何地方。此外，在配置內(nèi)管催化燃料汽化器和燃料重整器裝置200時，有配置自由度，以設定催化燃料汽化器180和催化燃料重整器190的尺寸。例如，可以設置催化燃料汽化器180和催化燃料重整器190的直徑和長度以提供指定量的HC和H2。
[0038]設計、實施和/或制作用于LNC應用場合的內(nèi)管催化燃料汽化器和燃料重整器裝置200的實施例的步驟包括，例如以下操作中的一個或多個:(I)確定用于特定的發(fā)動機應用場合的LNC130所需的或特定的NOx還原量；(2)確定和設計(例如，配置)催化燃料汽化器180和催化燃料重整器190以產(chǎn)生足夠的氫氣，并有足夠的汽化HC，以轉(zhuǎn)化定量的NOx (例如，定量的NOx還原)；(3)設計(例如，配置)內(nèi)管設備以容納催化燃料汽化器180和催化燃料重整器190 ；以及(4)利用貧/富調(diào)制操作來產(chǎn)生H2和汽化HC。
[0039]如圖5示出了用語內(nèi)管催化燃料汽化器和燃料重整器裝置200的燃料區(qū)。注入器120僅向催化燃料汽化器180和/或燃料重整器催化劑190所在的內(nèi)管150注入燃料(例如，柴油燃料)。注入器120可以許多不同的配置方式定位，以向內(nèi)管催化燃料汽化器和燃料重整器裝置200輸送燃料。雖然圖示為與內(nèi)管150的軸向?qū)?，注入?20也可以垂直于內(nèi)管150的軸線，或者與內(nèi)管150的軸線成角度設置。[0040]如圖7A和7B示出了內(nèi)管催化燃料汽化器和燃料重整器系統(tǒng)的一個實施例。內(nèi)管催化燃料汽化器和燃料重整器系統(tǒng)包括，例如排氣管210和位于排氣管210內(nèi)的內(nèi)管220。內(nèi)管系統(tǒng)230包括，例如內(nèi)管220、孔板240和兩個測壓孔250，260?？装?40和兩個測壓孔250，260可以配置為測量通過內(nèi)管220的排氣流速。燃料注入器270安裝在排氣管210上，而其噴霧噴嘴在內(nèi)管220中。內(nèi)管220包含反應器部件:靜態(tài)燃料混合器和催化燃料汽化器280、燃燒催化反應器290、重整催化反應器300、以及、在某些應用場合中的水_氣變換催化反應器310。為了使柴油燃料重整器更耐柴油發(fā)動機廢氣流中的煙塵，串聯(lián)布置第一和第二催化劑支承件320，330。第一支承件320更接近入口并具有單體結(jié)構(gòu)，該單體結(jié)構(gòu)在流動方向上是均勻的。所述第二支支承件330有改動的單體式結(jié)構(gòu)，該單體結(jié)構(gòu)在流動方向上是不均勻的。在某些實施例中，第一支承件320具有直通道；并且第二支支承件330在它的長度上具有周期性間隔的內(nèi)部導流邊緣以破碎流體。此外，第一和第二支承件320，330的結(jié)構(gòu)可方便地按指定的改動以為了安全操作，并輸送預定量的氫氣和烴。第一支承件320具有催化劑涂層，其中包括至少一種氧化催化劑。第二支承件330具有包括至少一種蒸汽重整催化劑的催化劑涂層。內(nèi)管中包含的用于某些應用場合的附加部件可能包括:例如位于催化燃料重整器下游的水注入器340，為重整添加蒸汽，以取代水-氣變換平衡；以及熱傳輸翅片350和360，用以向主排氣管的廢氣散熱。閥370 (例如，蝶閥)允許控制內(nèi)管與主排氣管之間的分流比。在一個實施例中，閥370設置在外管中而外管中不存在多孔板。
[0041]圖8A和圖SB示出了內(nèi)管催化燃料汽化器和重整器的一個實施例的圖片及布局圖，其中包括:例如，犧牲孔(sacrificial orifice) 380、靜壓測點390和400、燃料汽化器410、燃燒催化劑420、重整催化劑430和樣品管線440。
[0042]圖9示出了內(nèi)管催化燃料汽化器和重整器在LNC配置中布局的一個實施例。如圖9所示，內(nèi)管重整器位于LNC130上游，而LNC130則位于柴油微粒過濾器(DPF)450的上游。
[0043]圖10是不同進料安排下不同位置的內(nèi)管系統(tǒng)溫度圖。該圖標出為內(nèi)管孔口入口氣體溫度、內(nèi)管燃燒表面溫度、內(nèi)管重整表面溫度和內(nèi)管的排氣溫度與時間的函數(shù)。
[0044]在圖10中示出了在不同進料安排下，沿組件100從入口端220至出口端不同位置測得的溫度。曲線380的位置是在燃燒催化劑元件320內(nèi)。曲線390的位置是在重整催化劑元件330內(nèi)。曲線400的位置是在重整催化劑元件330下游的內(nèi)管220內(nèi)。節(jié)流孔入口氣體溫度曲線410的位置是在催化汽化器元件280上游的內(nèi)管220內(nèi)。如圖10所示，在不同的進料安排下，沿組件100的不同位置處，組件100能夠保持穩(wěn)定的溫度。
[0045]圖11是在注入柴油燃料流速相同時不同進料安排下內(nèi)管出口的氣體組分數(shù)據(jù)圖。該圖以進料周期的函數(shù)標出了內(nèi)管出口氣體的組分:氫氣、一氧化碳和烴類(Cl為基準)。
[0046]圖11中，在恒定的燃料流速下，在重整催化劑元件330下游的內(nèi)管220內(nèi)測得的氫氣、一氧化碳和烴類的濃度與進料安排關(guān)聯(lián)。由圖11所示，組件100能夠產(chǎn)生重整產(chǎn)品(例如，氫氣和一氧化碳)并且通過改變進料安排來改變重整產(chǎn)品的烴類比率。
[0047]某些實施例提供了控制系統(tǒng)(例如，電子控制系統(tǒng))引起燃料注入器120在貧與富之間調(diào)制，為LNC130提供足夠數(shù)量的HC和H2。在某些實施例中，這樣的策略是基于以下一個或多個已知的因素，例如包括:排氣流速、氧濃度、以及HC和H2的LNC選擇性。用于催化燃料汽化器180和催化燃料重整器190的排氣流速可直接從發(fā)動機的進氣和發(fā)動機燃料供給中獲得，因為分流比應該在進入到催化劑、或通過多孔板的流速之間固定。
[0048]某些實施例提供了從傳統(tǒng)組件拆下附加的部件，例如:在使用了內(nèi)管催化燃料汽化器和重整器系統(tǒng)的情況下拆下電加熱汽化器和/或用于燃料重整器190的旁通閥。
[0049]某些實施例提供了內(nèi)管催化燃料汽化器和燃料重整器組合用于稀燃NOx催化劑的連續(xù)運行。
[0050]某些實施例提供了一種具有低起燃溫度的燃料重整器190，并且除了烴類以外還為LNC130提供氫氣以還原NOx。氫氣可以幫助LNC130在較低的排氣溫度下轉(zhuǎn)化更多的NOx。
[0051 ] 某些實施例提供了 一種低起燃的燃料重整器190，其可提供額外的熱量用于提高LNC的磚體溫度，它可以提高NOx轉(zhuǎn)化率。
[0052]某些實施例提供了一種催化燃料汽化器180，可用于汽化LNC130所使用的燃料，以還原NOx，并可以縮小燃料重整催化劑190的混合長度。
[0053]某些實施例提供了:將催化燃料汽化器和燃料重整器110設置為只將少量的燃料轉(zhuǎn)化成氫氣，并且只燃燒足夠的燃料以產(chǎn)生熱量(例如，足夠的或必須的熱量)，以汽化LNC130所使用的燃料。
[0054]某些實施例不需要使用尿素和/或柴油機排出流體(DEF)。
[0055]某些實施例減少了 LNC催化劑的結(jié)焦問題。不是使用電加熱汽化器在較低溫度下汽化烴，例如，約300°C以下，或其它特定的溫度，該溫度下結(jié)焦是一個問題。催化燃料汽化器和燃料重整器110可允許較大的LNC操作窗口并減少結(jié)焦問題。
[0056]某些實施例滿足美國和外國當局(如歐洲，日本等)的政府排放法規(guī)。
[0057]某些實施例可用于柴油發(fā)動機、混合動力電動發(fā)動機、嵌入式混合動力電動發(fā)動機或其它類型的發(fā)動機結(jié)合。
[0058]某些實施例中考慮將內(nèi)管催化燃料汽化器和燃料重整器設置用于LNC130以外的應用程序。
[0059]例如，某些實施例中使用內(nèi)管催化燃料汽化器和燃料重整器與稀燃NOx捕集器(LNT)配套。內(nèi)管催化燃料汽化器和燃料重整聯(lián)接到LNT上游。例如，圖2中的LNC可由LNT替換。LNT在稀薄環(huán)境下操作以捕獲NOx。例如，LNT從部分的稀燃汽油發(fā)動機和柴油發(fā)動機中捕獲NOx。內(nèi)管催化燃料汽化器和燃料重整器可以通過向LNT提供一氧化碳和氫氣來再生LNT。再生的LNT可以隨后存儲NOx?；^催化燃料汽化器和燃料重整器的HC也可用作還原劑再生LNT。內(nèi)管催化燃料汽化器和燃料重整器可以連續(xù)操作以再生LNT。LNT可以在循環(huán)模式(例如，NOx存儲/還原劑再生LNT)或在連續(xù)模式使用。在連續(xù)操作模式中，在稀燃條件下以連續(xù)的短周期注入預定濃度的HC。
[0060]設計、實施和/或制作與LNT —起使用的內(nèi)管催化燃料汽化器和燃料重整器的實施例的某些步驟包括，例如:確定用于特定的發(fā)動機應用場合的LNT所需的NOx還原量，同時，例如使LNT體積最小，以減小貴金屬負載；確定并設計(例如，配置)燃料汽化器催化劑和燃料重整器催化劑，其可以產(chǎn)生一定量HC和重整產(chǎn)品(例如，H2和CO)以在LNT上轉(zhuǎn)化NOx;設計(例如，配置)內(nèi)管設備以適配小型燃料汽化器和燃料重整器催化劑；以及利用貧/富調(diào)制來連續(xù)操作以產(chǎn)生HC和重整產(chǎn)品(例如，H2和CO)。控制系統(tǒng)會引發(fā)燃料注入器在貧和富之間連續(xù)調(diào)制，從而為LNT提供足夠量的烴類和氫氣，并且控制催化組分的溫度?？梢允褂门艢獾牧魉俸脱鯕鉂舛葋磉M行實施。排氣流速可直接從發(fā)動機的進氣和發(fā)動機燃料供應中獲得，因為流入燃料汽化器和重整器催化劑以及流入外管之間的分流比是已知的。
[0061]某些用于LNT的實施例提供了具有低起燃溫度的重整器。由于相對于內(nèi)嵌重整器，該重整器的尺寸小，從成本的角度來看，催化劑上用于降低起燃溫度的更多貴金屬負載是可以接受的。某些實施例給出了重整器可以為LNT磚提供熱量并增加LNT磚的活性。某些實施例給出，催化燃料汽化器允許在燃料重整器上游設置緊湊的氣體混合區(qū)，并簡化后處理系統(tǒng)的外形。此外，該系統(tǒng)不需要使用尿素或DEF。某些實施例中，如果催化燃料汽化器和燃料重整器連續(xù)操作，可以顯著地降低LNT體積，它可以降低LNT上負載的貴金屬成本。此外，可以有效地控制LNT NOx還原，同時管理燃料損耗。
[0062]某些實施例中使用內(nèi)管催化燃料汽化器和燃料重整器與排氣再循環(huán)(EGR)設置在一起。向內(nèi)燃室內(nèi)部引入氫氣減少了不完全燃燒產(chǎn)物(例如，排氣中未燃燒的HC和CO)、顆粒物和NOx。內(nèi)管催化燃料汽化器和燃料重整器可置于柴油內(nèi)燃機組件的EGR支路上，例如為燃燒室提供氫氣。內(nèi)管催化燃料汽化器和燃料重整器足夠小，例如，以適配于柴油發(fā)動機的EGR循環(huán)回路中?？梢栽诖呋剂掀魃嫌卧O置一個可選的燃料定量給料器，并只向催化燃料汽化器和燃料重整所在的內(nèi)管注入燃料。燃料也可以來自發(fā)動機的后期周期注入，以產(chǎn)生氫氣。
[0063]設計、實施和/或制作與EGR —起使用的內(nèi)管催化燃料汽化器和燃料重整器的某些實施例的某些步驟包括例如:確定要引入到燃燒室以達到目標廢氣排放水平的所需氫氣量；確定并配置燃料汽化催化劑和燃料重整器催化劑，以產(chǎn)生所需量的氫氣；設計(例如，配置)內(nèi)管設備以適配小型燃料汽化器和燃料重整器催化劑；以及不連續(xù)地操作EGR燃料注入，以產(chǎn)生所需的氫氣水平。可以使用EGR支路的排氣流速和氧氣濃度來進行實施。
[0064]某些與EGR系統(tǒng)一起使用的實施例可以降低不完全燃燒產(chǎn)物。某些實施例提供小型和緊湊外形，可以容納在EGR管內(nèi)。此外，該系統(tǒng)不需使用尿素或DEF。
[0065]某些實施例使用內(nèi)管催化燃料汽化器和燃料重整器，用于強化被動的DPF再生。被動的DPF技術(shù)的目的之一是從發(fā)動機的排氣中除去顆粒物質(zhì)。被動的DPF再生技術(shù)使用柴油氧化催化劑(DOC)，以促進將NO氧化成NO2，可以有效地使用它，以方便DPF的再生。由于DOC上NO向NO2的氧化在較高的催化劑溫度下有利，內(nèi)管催化燃料汽化器和燃料重整器可以用來為DOC將排氣溫度提升到最佳的溫度，以促進的NO到NO2氧化。內(nèi)管催化燃料汽化器和燃料重整可聯(lián)接到DOC的上游，而DOC則聯(lián)接于DPF的上游。例如，可以使用內(nèi)管催化燃料汽化器和燃料重整器作為柴油燃料的燃燒器，為DOC產(chǎn)生熱量，并且提高DOC操作效率，以促進NO到NO2的轉(zhuǎn)換。燃料定量給料器可以位于催化燃料汽化器的上游，并可以只向催化燃料汽化器和燃料重整器所在的內(nèi)管注入燃料。注入的燃料可以為DOC提高排氣溫度以有效地運作。
[0066]設計、實施和/或制作與增強的被動式DPF再生一起使用的內(nèi)管催化燃料汽化器和燃料重整器的一個實施例的某些步驟包括例如:根據(jù)發(fā)動機排量所給定的預期流速來確定所需熱量，以將排氣溫度提高到有利于DOC的溫度，其中排氣溫度只需為某些低流量和溫度條件而增加；確定并配置的催化燃料汽化器和燃料重整器，其產(chǎn)生所需的熱量，并在低溫下熄滅；設計一個內(nèi)管設備以適配小的燃料汽化器和燃料重整催化劑；以及操作管內(nèi)燃料注入，以提高排氣溫度。
[0067]某些與增強被動的DPF再生一起使用的實施例可以減少來自發(fā)動機的不完全燃燒產(chǎn)物。某些實施例提供可以安裝在DPF管內(nèi)的小型且緊湊的外形。
[0068]某些實施例將內(nèi)管催化燃料汽化器和燃料重整器與燃料電池結(jié)合使用。例如，內(nèi)管催化燃料汽化器和燃料重整器產(chǎn)生氫氣。然后通過同軸的氫分離膜將氫氣從排氣主流中分離并送入燃料電池，以用于發(fā)電。例如，市售的同軸的氫分離膜可以位于內(nèi)管催化燃料汽化器和燃料重整器的內(nèi)管出口處。發(fā)動機和燃料電池的組合操作通過將發(fā)動機排氣中包含的一些能量轉(zhuǎn)換成有用的電能來增加了特定電源的整體效率。
【權(quán)利要求】
1.一種組件，包括: 外管；和 完全設置在外管內(nèi)的內(nèi)管， 其中，排氣流在內(nèi)管和外管之間分流，并且， 其中，內(nèi)管容納催化燃料重整器。
2.如權(quán)利要求1的組件，其中，內(nèi)管容納催化燃料汽化器和催化燃料重整器，并且，外管與以下中的一個或多個相聯(lián):稀燃NOx催化劑(LNC)和稀燃NOx捕集器(LNT)。
3.如權(quán)利要求1的組件，其中，內(nèi)管容納催化燃料汽化器和催化燃料重整器。
4.如權(quán)利要求1的組件，其中，內(nèi)管容納催化燃料汽化器、催化燃料重整器、水注入器、熱交換器和水-氣變換催化劑。
5.如權(quán)利要求3的組件，其中，催化燃料重整器包括第一催化劑支承件和第二催化劑支承件，其中，所述第一催化劑支承件具有單體結(jié)構(gòu)，該單體結(jié)構(gòu)在流動方向上是均勻的，以及其中，第二催化劑支承件具有改動的單體結(jié)構(gòu)，該改動的單體結(jié)構(gòu)在流動方向上是非均勻的。
6.如權(quán)利要求1的組件，其中，燃料注入到內(nèi)管中，并且其中，燃料包括下列中的一種或多種:烴類和含氧化合物。
7.如權(quán)利要求6的組件，其中，烴類包括下列中的一種或多種:汽油，甲烷和柴油。
8.根據(jù)權(quán)利要求6的組件，其中，所述含氧化合物包括下列中的一種或多種:乙醇和甲醇。
9.如權(quán)利要求1的組件，包括位于催化劑燃料重整器上游的燃料點火器，其中，該組件不包括電加熱的燃料汽化器。
10.如權(quán)利要求1的組件，包括: 聯(lián)接于內(nèi)管的注入器，其中，注入器將燃料注入到內(nèi)管中，以及其中，在貧/富之間調(diào)制注入器，為LNC提供足夠量的烴類和氫氣。
11.如權(quán)利要求1的組件，其中，催化燃料汽化器和催化燃料重整器汽化烴類并產(chǎn)生氫氣和一氧化碳，用于轉(zhuǎn)換NOx，以及其中，該組件是后處理系統(tǒng)。
12.如權(quán)利要求1的組件，其中，包括位于內(nèi)管外以及外管內(nèi)的多孔板或蝶閥。
13.一種提供與稀燃NOx催化劑(LNC) —起使用的內(nèi)管催化燃料汽化器和燃料重整器的方法，包括: 提供完全置于外管內(nèi)的內(nèi)管，外管與LNC相聯(lián)； 在內(nèi)管中設置催化燃料汽化器和燃料重整器；以及 通過設置在內(nèi)管中的催化燃料汽化器和燃料重整器汽化烴類并生產(chǎn)氫氣。
14.一種在發(fā) 動機的排氣再循環(huán)(EGR)系統(tǒng)內(nèi)使用的組件,包括: 聯(lián)接到發(fā)動機的外管；和 完全置于外管內(nèi)的內(nèi)管， 其中，排氣流在內(nèi)管和外管之間分流，以及 其中，內(nèi)管容納催化燃料汽化器和燃料重整器。
15.一種與燃料電池一起使用的組件，包括: 外管；和完全置于外管內(nèi)的內(nèi)管，其中，排氣流在內(nèi)管和外管之間分流，以及其中， 內(nèi)管容納催化燃料汽化器、燃料重整器和氫分離膜。
【文檔編號】F01N3/20GK104005816SQ201310123440
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2013年2月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年2月22日
【發(fā)明者】J·F·尼克, E·恩甘格, D·普加里 申請人:萬國引擎知識產(chǎn)權(quán)有限責任公司