废气净化装置 有关申请的交叉引用
本申请要求2008年9月5日向韩国知识产权局申请的韩国专利申请No.10-2008-0087821的优先权,该申请的全文在此并入以供所有目的的参考。
【技术领域】
本发明涉及废气净化装置,更具体地,本发明涉及废气净化装置,其中该装置的涂层结构(coating structure)被改进以维持它的正常净化效率。
背景技术
一般地,发动机的废气系统将废气排出到车辆的后方并降低排气噪声。
最近,催化剂装置被用来净化废气并将有害的废气转化为无害的二氧化碳和水。
具体地,催化剂装置还原碳氢化合物、一氧化碳和氧化氮(NOx)。并且,催化剂装置过滤或燃烧颗粒材料(particulate material)。
一般地,安装在废气净化装置里的催化剂过滤器,具有沿废气的流动方向形成的通道。
此外,通道中至少一个通道的进口封闭并且其出口打开,通道中至少另一个通道的进口封闭并且其出口打开,封闭的部分是选择性地分布的。
并且,在催化剂装置中应用催化颗粒过滤器(CPF),其中颗粒材料(PM)燃烧而在其中转化为积炭(soot)。
在催化颗粒过滤器(CPF)中积炭被阻拦并积聚,从而降低了NO2的生成量并且也降低了选择催化还原装置(selective catalystreduction device)的NOX净化效率。
本发明背景部分公开的上述信息仅仅用来增加对本发明一般背景的理解,其不应作为该信息构成对本领域技术人员来说已经公知的现有技术的确认和任何形式的建议。
【发明内容】
本发明的各个方面涉及提供废气净化装置,其具有防止NO2生成量的降低并改进了选择催化还原装置的NOx净化效率的优点。
在本发明的一个方面中,废气净化装置包括催化颗粒过滤器,其中沿废气的流动方向形成多个通道,该通道中至少一个通道的进口封闭并且其出口打开,通道中至少另一个通道的进口封闭并且其出口打开,并且封闭的部分是选择性地分布的;可以包括被催化剂覆盖的第一涂层,其沿进口到出口的方向在通道的内表面形成,长度为预定第一长度,和/或被催化剂覆盖的第二涂层,其沿出口到进口的方向在通道的外表面形成,长度为预定第二长度,其中催化剂没有覆盖在通道的下游侧的内表面上。
通道的出口可以通过堵头(plug)而封闭,被催化剂覆盖第三涂层的在堵头的外表面形成,并且第三涂层与第二涂层相连接。
选择催化还原装置(SCR)可以安装在催化颗粒过滤器的下游侧。
还原剂供给装置可以安装在催化颗粒过滤器和选择催化还原装置的之间。
柴油机氧化催化剂装置(DOC)可以位于催化颗粒过滤器的上游侧。
在本发明的另一个方面中,废气净化装置包括催化颗粒过滤器,其具有沿废气流动方向形成的至少一个废气通道,废气通道可以包括侧向相互结合的第一通道和第二通道,并且通过其侧面的接触面在其间流体相通(fluidly communicating),其中废气通过第一通道的进口开口而进入,且通过第一通道下部和/或第二通道的出口开口而排出,并且其中第一涂层在第一通道的内表面沿其纵向方向基本上从进口开口以第一预定长度形成,第一涂层被催化剂覆盖,并且第二涂层在第二通道的内表面沿其纵向方向基本上从出口开口以第二预定长度形第二涂层被催化剂覆盖。
第一和第二涂层没有相互重叠。
第二涂层可以进一步在第一通道的下部的外表面沿其纵向方向形成,基本上从其远端部分开始长度为第二预定长度。第一和第二涂层没有相互重叠。
第一通道的进口开口可以比第一通道的远端部分宽。
第一通道的远端部分可以封闭。第一通道的远端部分可以通过堵头而封闭。被催化剂覆盖的第三涂层,可以在堵头的外表面形成。
第一通道的远端部分可以通过堵头而封闭,被催化剂覆盖的第三涂层,可以在堵头的外表面形成,并且第三涂层可以与第二涂层相连接。
第二通道地远端部分可以封闭,第二通道的远端部分可以通过堵头封闭。
第二通道的出口开口可以比第二通道的远端部分窄。
本发明的方法和装置具有其他特征和优点,这些特征和优点可以从结合在本申请文件中的附图以及下面的具体实施方式中变得显而易见,并在其中进行更加详细的阐述,其中附图以及具体实施方式一起用于解释本发明的一些原理。
【附图说明】
图1是根据本发明的示例性废气净化装置的透视图。
图2是根据本发明的示例性催化颗粒过滤器(CPF)的局部横截面详图。
图3是示出了在根据本发明的示例性催化颗粒过滤器下游侧的废气状况的曲线图。
【具体实施方式】
以下将详细参考本发明的不同实施例,本发明的实例在附图中示出并在下面进行描述。虽然结合示例性实施例描述本发明,但应了解该描述不是旨在将本发明限制于那些示例性实施例。相反地,本发明旨在不仅仅覆盖示例性实施例,还覆盖可以包括在由权利要求所限定的本发明的精神和范围里的各种替代、改进、等效结构以及其他实施例。
图1是根据本发明的不同实施例的废气净化装置的透视图
参考图1,废气净化系统包括柴油机氧化催化剂装置100、催化颗粒过滤器105、还原剂供给装置110以及选择催化还原装置115。
柴油机氧化催化剂装置(DOC)100位于发动机的下游侧,从而将有害气体(CO、THC、NOx、PM)转化为无害气体(H2O、CO2)。
此外,催化颗粒过滤器(CPF)105位于柴油机氧化催化剂装置100的下游侧,从而净化氧化氮(NOx)和颗粒物(particulate matter)(PM),该颗粒物包括包含在废气中的积炭和烟尘(smoke)。
并且,催化颗粒过滤器105将NO氧化为NO2,从而也改进了选择催化还原装置(115,SCR)的性能。
并且,还原剂供给装置(DM:定量模块dosing module)110喷射还原剂(例如,尿素水溶液),从而还原NOx,并且选择催化还原装置(115)使用还原剂来还原氧化氮(NOx)。在此,净化装置100、105、110和115的结构和功能对本领域的技术人员已公知,所以其详细描述将被省略。
催化颗粒过滤器105的催化剂涂层结构被改进,以增加废气中NO2的量,并且改进选择催化还原装置115的功能以及氧化氮(NOx)的净化速率。
此外,即使积炭和烟尘积聚在过滤器里,改进后的催化颗粒过滤器105的涂层结构也能维持净化效率。催化颗粒过滤器105的内部结构将参考图2而解释。
图2是根据本发明不同实施例的催化颗粒过滤器(CPF)的局部横截面详图。
参考图2,催化颗粒过滤器105包括第一室板(cell plate)225、第二室板230和第三室板240,这些室板顺序地从上部到下部分布而彼此相对。
在本发明的不同实施例中,催化颗粒过滤器的通道横截面形状可以形成为方形、六边形、圆形、三角形等等。
因此,第一和第二室板225和230构成催化颗粒过滤器的通道,并且本发明的该实施例仅为一个实例且能够以多种形式变化。
废气通过其流进的进口200,在第一和第二室板225和230的前部形成,堵头245和235分别位于第二和第三室板230和240的前部和后部。
废气通过进口200流进在第一和第二室板225和230之间形成的通道,在图中从左边向右边移动,穿透第一和第二室板225和230,通过第一室板225的外部通路或者第二室板230的外部通路,并通过出口205流出。
被催化剂覆盖的第一涂层210在第一和第二室板225和230的内表面形成,并且第一涂层210沿从进口200到堵头235的方向形成,长度为预定长度。此外,涂层没有在第一和第二室板225和230的内部的下游侧形成。
当催化颗粒过滤器105工作时,积炭和烟尘(220)被阻拦在通道内部的下游侧,其中催化剂未覆盖通道的内表面的下游侧,从而没有削弱催化剂的功能。
此外,在本发明的不同实施例中,被催化剂覆盖的第二涂层215在第一室板225和第二室板230的外表面的下游侧形成。
废气在通道的上游侧沿内部通路流动,该通道在第一和第二室板225和230之间形成,废气穿透第一和第二室板225和230,当它流向下游部分时沿第一和第二室板225和230的外部通路流动,从而第二涂层215有效地净化了废气。
并且,在本发明的不同实施例中,被催化剂覆盖的第三涂层217进一步在堵头235的外表面形成,从而充分地改进了催化剂的效率。如图2所示,第二涂层215和第三涂层217需要相互连接。
参考图2,催化颗粒过滤器(CPF)的一些通道是在一个方向开口,并且其他通道在另一个方向开口。
并且,通道的该进口和该出口通过堵头而可选择性地封闭,其整个截面具有格子格局(check pattern),并且废气穿透过室板(室壁cell wall)。
因此,颗粒材料(PM)被阻拦在通道内部的室板(室壁),且废气通过催化剂涂层被氧化或者还原而转化为无害材料,并且流向通道的下游侧。
然而,当颗粒材料增加时,废气的流阻增加。颗粒材料在时间间隔内燃烧而被消除从而解决了该问题。
在催化颗粒过滤器中大部分过滤器为蜂窝型,并且该类型能够根据设计规格变化。
在本发明的不同实施例中,进口200的开口可以比堵头235所在的内部部分宽。在这种构造中,由于通道中部的压力增加,可以增加在催化颗粒过滤器105的上游侧的废气的流阻,从而可以延长在通道上游侧废气与第一涂层210的接触时间。
在本发明的其他示例性实施例中,出口206的开口可以比堵头245所在的内部部分窄。在这种构造中,可以增加在催化颗粒过滤器105的下游侧废气的流阻,从而延长废气与第二涂层215的接触时间。
图3是示出了根据本发明的不同实施例的催化颗粒过滤器下游侧的废气状况的曲线图。
参考图3,横轴示出了行驶时间,纵轴示出了转化速率,其中,催化颗粒过滤器105下游侧的NO2生成量305和选择催化还原装置115的NOx净化速率300被绘制在图上。
如图所示,维持提供给选择催化还原装置115的NO2生成量305不变,从而,维持NOx净化速率300不变。
在本发明的不同实施例中,没有增加用于催化颗粒过滤器105的催化剂量,并且在积炭220被阻拦在通道里的状况下维持NO2生成量305,从而论证了其效果。
表1
<CPF积炭量:5g/L>
表1是示出了当使用根据本发明不同实施例的催化颗粒过滤器时的废气状况的表格。
参考表1,其示出了在本发明的不同实施例中,在积炭220被阻拦的状况下,NO2生成速率增加了10%,并且NOx净化效率增加了大于15%。
在本发明的各个方面中,虽然积炭被积聚在催化颗粒过滤器的通道的内表面的下游侧,但是没有减少催化剂的涂层面积,因此没有降低NO2的生成量并且改进了根据本发明的废气净化装置的NOx的净化效率。此外,因为催化剂覆盖在通道的外表面的下游侧代替了覆盖在通道的内表面的下游侧,所以降低了NO2的生成并且改进了NOx的净化效率。
为了在方便解释和准确定义所附权利要求,“上部”、“下部”、“前方”、“后方”、“内”和“外”等术语依据该特征在图中显示的位置来描述示例性实施例的该特征。
前述本发明的具体示例性实施例的目的是阐明和描述。这些实施例不是为了穷尽本发明,也不是为了将本发明限制于所揭示的具体形式,显然,按照上述教导可以进行许多改进和变化。这些实施例的选择和描述是为了解释本发明的一些原理及其实际应用,从而使本领域的其他技术人员制造和使用本发明的各种示例性实施例及其各种替代和改进。本发明的保护范围旨在由所附权利要求及其等同物限定。