本發(fā)明涉及汽車尾氣凈化領(lǐng)域，尤其涉及一種傳熱管式熱電發(fā)電儲(chǔ)能三元催化尾氣凈化器以及尾氣凈化方法。

背景技術(shù)：

三元催化器是安裝在汽車排氣系統(tǒng)中最重要的機(jī)外凈化裝置，它可將汽車尾氣排出的CO、HC和NOx等有害氣體通過(guò)氧化和還原作用轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)害的二氧化碳、水和氮?dú)狻．?dāng)高溫的汽車尾氣通過(guò)凈化裝置時(shí)，三元催化器中的凈化劑(常用金屬鉑、銠、鈀)將增強(qiáng)CO、HC和NOx三種氣體的活性，促使其進(jìn)行一定的氧化-還原化學(xué)反應(yīng)，其中CO在高溫下氧化成為無(wú)色、無(wú)毒的二氧化碳?xì)怏w；HC化合物在高溫下氧化成水(H₂O)和二氧化碳；NOx還原成氮?dú)夂脱鯕?。三種有害氣體變成無(wú)害氣體，使汽車尾氣得以凈化。

經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，中國(guó)專利公開(kāi)號(hào)為CN201412211，名稱為三元催化轉(zhuǎn)化器，該實(shí)用新型所述的三元催化轉(zhuǎn)化器包括有管體和裝在該管體內(nèi)用于三元催化的凈化劑，所述管體的前端和后端分別通過(guò)一個(gè)具有中心通孔的端蓋與一個(gè)連接法蘭相連接，在所述凈化劑與所述管體之間裝有襯墊層。但這種三元催化轉(zhuǎn)化器在工作時(shí)進(jìn)氣口散熱較快，催化劑處的催化溫度較低，或達(dá)到理想催化狀態(tài)溫度(最佳的工作溫度是400℃到800℃左右)的時(shí)間較長(zhǎng)，以致催化轉(zhuǎn)化效率低，甚至可能造成在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)初期的催化轉(zhuǎn)化效果達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求。為此，中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)枮镃N201210157728.6，名稱為機(jī)動(dòng)車尾氣排放裝置及機(jī)動(dòng)車發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣催化器，該系統(tǒng)所述機(jī)動(dòng)車發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣催化器包括有筒體和裝在該筒體內(nèi)用于三元催化的催化劑，以及進(jìn)氣端連接法蘭，所述筒體前端與所述進(jìn)氣端連接法蘭之間設(shè)有由內(nèi)筒，套在該內(nèi)筒外的外筒，以及裝在所述內(nèi)筒和所述外筒之間的隔熱材料構(gòu)成的進(jìn)氣管。由于機(jī)動(dòng)車發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣催化器可直接安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)，催化轉(zhuǎn)化器能很快達(dá)到正常工作溫度，有利于催化器啟燃，更能提高催化劑的催化效率和使用時(shí)間，減少污染氣體的排放。

同時(shí)，催化器工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，熱量使三元催化器內(nèi)的溫度升高，當(dāng)溫度超過(guò)1000℃時(shí)，催化體上的催化劑涂層就會(huì)燒結(jié)壞死，也極易發(fā)生車輛自燃事故。為了防止催化體燒結(jié)及防止車輛自燃，需要及時(shí)對(duì)三元催化器冷卻降溫。中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)枮?01510951237.2，名稱為三元催化器風(fēng)冷系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括四通管、通氣管、渦輪增壓器、溫度傳感器和車載電腦，溫度傳感器固定在三元催化器上并連接至車載電腦。該發(fā)明意在提供一種三元催化器風(fēng)冷系統(tǒng)，以汽車尾氣為動(dòng)力抽取空氣冷卻溫度過(guò)高的三元催化器，同時(shí)保證冷卻過(guò)程中三元催化器繼續(xù)正常工作。但是，該專利技術(shù)不能解決催化器低溫運(yùn)行時(shí)催化效率低的問(wèn)題。

因此，本領(lǐng)域的技術(shù)人員致力于開(kāi)發(fā)一種三元催化尾氣凈化器，既能在發(fā)動(dòng)機(jī)冷啟動(dòng)時(shí)快速達(dá)到催化溫度，又能在工作時(shí)間過(guò)長(zhǎng)后催化溫度過(guò)高時(shí)，及時(shí)冷卻催化劑涂層的溫度，防止燒結(jié)壞死，還能同時(shí)回收利用冷卻時(shí)散發(fā)的熱能，極大地提高能源利用效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是如何設(shè)計(jì)一種三元催化尾氣凈化器，同時(shí)可以滿足催化劑涂層快速升溫和及時(shí)冷卻的性能要求，還可以回收利用廢棄熱能，提高能源利用效率。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種三元催化尾氣凈化器，包括傳熱管、換熱翅片、電磁感應(yīng)線圈、溫度傳感器、溫差發(fā)電片、電磁感應(yīng)加熱裝置、自動(dòng)升降壓器、儲(chǔ)電電瓶和逆變器，其中所述傳熱管具有熱端和冷端，所述傳熱管熱端設(shè)置于凈化器外殼內(nèi)部，所述傳熱管冷端設(shè)置于凈化器外殼外部；所述傳熱管熱端的表面設(shè)置有熱端換熱翅片和所述電磁感應(yīng)線圈；所述傳熱管熱端的表面和熱端換熱翅片上均覆蓋有三元催化劑，所述溫度傳感器設(shè)置在所述熱端換熱翅片上，并與所述電磁感應(yīng)加熱裝置相連；所述傳熱管冷端的表面設(shè)置有冷端換熱翅片和所述溫差發(fā)電片；所述溫差發(fā)電片與所述自動(dòng)升降壓器相連，所述自動(dòng)升降壓器的輸出端與所述儲(chǔ)電電瓶的輸入端相連，所述儲(chǔ)電電瓶的輸出端與所述逆變器的輸入端相連，所述逆變器的輸出端與所述電磁感應(yīng)加熱裝置的輸入端相連。

進(jìn)一步地，所述凈化器外殼采用具有防腐蝕性能的不銹鋼材料。

進(jìn)一步地，所述傳熱管采用中溫?zé)峁?，所述傳熱管的工質(zhì)工作溫度范圍為400-800℃。

進(jìn)一步地，所述熱端換熱翅片和冷端換熱翅片采用導(dǎo)熱金屬材料。

進(jìn)一步地，所述三元催化劑采用金屬鉑、銠或鈀。

進(jìn)一步地，所述溫差發(fā)電片為圓弧形狀。

本發(fā)明還提供了一種三元催化尾氣凈化方法，所述方法包括以下步驟：

步驟1、提供如權(quán)利要求1-6任一一種三元尾氣凈化器；

步驟2、當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行且傳熱管熱端的表面催化劑溫度低于300℃時(shí)，電磁感應(yīng)加熱裝置利用電磁感應(yīng)線圈對(duì)所述傳熱管熱端的表面催化劑進(jìn)行加熱，直到所述催化劑溫度迅速達(dá)到300℃；

步驟3、當(dāng)傳熱管熱端的表面溫度超過(guò)400℃時(shí)，傳熱管熱端的熱量不斷傳遞到傳熱管冷端；

步驟4、傳熱管冷端表面的溫差發(fā)電片利用傳遞的熱量進(jìn)行發(fā)電并儲(chǔ)存在儲(chǔ)電電瓶中；

步驟5、儲(chǔ)電電瓶為電磁感應(yīng)加熱裝置提供電能。

本發(fā)明設(shè)計(jì)一種基于傳熱管式冷卻及電磁加熱啟動(dòng)的三元催化尾氣凈化器，采取的方案是：帶翅片的傳熱管熱端為三元催化劑載體，其外表面涂有三元催化劑(即金屬鉑、銠或鈀)并纏繞電磁感應(yīng)線圈，構(gòu)成尾氣凈化器安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管道內(nèi)；傳熱管冷端外表面緊貼帶有冷卻翅片的溫差發(fā)電片，置于尾氣排氣管道外。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行且傳熱管熱端外表面催化劑溫度低于300℃時(shí)，電磁感應(yīng)加熱裝置開(kāi)始工作；傳熱管內(nèi)工作工質(zhì)的工作溫度范圍是400-800℃，即當(dāng)傳熱管熱端溫度超過(guò)400℃時(shí)，傳熱管開(kāi)始工作，傳熱管熱端的熱量不斷傳遞到傳熱管冷端，一方面可對(duì)傳熱管熱端上的三元催化劑進(jìn)行冷卻，防止三元催化劑溫度過(guò)高，另一方面，傳熱管冷端上的溫差發(fā)電片將利用傳遞的熱量進(jìn)行發(fā)電并儲(chǔ)存在電瓶中，為電磁感應(yīng)加熱裝置提供電能，從而實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣廢熱有效利用。

本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果包括利用電磁高效加熱性能，使三元催化劑很快達(dá)到正常工作溫度，有利于催化器啟燃，提高催化劑的催化效率和使用時(shí)間，減少污染氣體的排放；同時(shí)利用傳熱管導(dǎo)熱條件可控性及高導(dǎo)熱性能，防止三元催化劑由于長(zhǎng)時(shí)間工作導(dǎo)致其溫度過(guò)高，有利于延長(zhǎng)催化劑使用壽命。

以下將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的構(gòu)思、具體結(jié)構(gòu)及產(chǎn)生的技術(shù)效果作進(jìn)一步說(shuō)明，以充分地了解本發(fā)明的目的、特征和效果。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例的三元催化尾氣凈化器結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是圖1中A-A線方向的剖面圖。

具體實(shí)施方式

以下將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的構(gòu)思、具體結(jié)構(gòu)及產(chǎn)生的技術(shù)效果作進(jìn)一步說(shuō)明，以充分地了解本發(fā)明的目的、特征和效果。

如圖1所示，本發(fā)明所述的三元催化尾氣凈化器包括凈化器外殼1，傳熱管熱端2，熱端換熱翅片3，電磁感應(yīng)線圈4，溫度傳感器5，傳熱管冷端6，溫差發(fā)電片7，冷端換熱翅片8，自動(dòng)升降壓器9，儲(chǔ)電電瓶10，逆變器11，電磁感應(yīng)加熱裝置12。

傳熱管熱端2安裝在凈化器外殼1內(nèi)，傳熱管熱端2外表面貼有熱端換熱翅片3，并纏繞有電磁感應(yīng)線圈4，電磁感應(yīng)線圈4與電磁感應(yīng)加熱裝置12的電輸出端相連，傳熱管熱端2外表面和熱端換熱翅片3均涂有三元催化劑，溫度傳感器5緊貼在熱端換熱翅片3上，并與電磁感應(yīng)加熱裝置12的控制端相連；傳熱管冷端6安裝在凈化器外殼1外，傳熱管冷端5外表面粘貼帶有冷端換熱翅片8的溫差發(fā)電片7，溫差發(fā)電片7的正、負(fù)極分別與自動(dòng)升降壓器9電輸入端相連，自動(dòng)升降壓器9電輸出端與儲(chǔ)電電瓶10電輸入端相連，儲(chǔ)電電瓶10電輸出端與逆變器11電輸入端相連，逆變器11電輸出端與電磁感應(yīng)加熱裝置12的電輸入端相連。

凈化器外殼1采用具有防腐蝕性能的不銹鋼材料，傳熱管采用中溫傳熱管，傳熱管工質(zhì)工作溫度范圍為400-800℃，熱端換熱翅片3和冷端換熱翅片8采用導(dǎo)熱性能好的金屬材料，涂敷在傳熱管熱端2外表面和熱端換熱翅片3上的三元催化劑采用金屬鉑、銠或鈀，溫差發(fā)電片7為圓弧形狀，自動(dòng)升降壓器9將不穩(wěn)定的電壓轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的儲(chǔ)電電瓶10的充電電壓(通常為12V或24V)，逆變器11則將儲(chǔ)電電瓶10的直流輸出電流轉(zhuǎn)化為220V,50Hz的交流電流用于驅(qū)動(dòng)電磁感應(yīng)加熱裝置12。

當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行且傳熱管熱端2外表面催化劑溫度低于300℃時(shí)，電磁感應(yīng)加熱裝置12開(kāi)始工作，利用電磁感應(yīng)線圈4對(duì)傳熱管熱端2外表面催化劑進(jìn)行加熱，指導(dǎo)催化劑溫度迅速達(dá)到300℃；當(dāng)傳熱管熱端2溫度超過(guò)400℃時(shí)，傳熱管開(kāi)始工作，傳熱管熱端2的熱量不斷傳遞到傳熱管冷端6，從而有效防止催化劑溫度過(guò)高，傳熱管冷端6上的溫差發(fā)電片7將利用傳遞的熱量進(jìn)行發(fā)電并儲(chǔ)存在儲(chǔ)電電瓶10中，為電磁感應(yīng)加熱裝置12提供電能，從而實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣廢熱有效利用。

以上詳細(xì)描述了本發(fā)明的較佳具體實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域的普通技術(shù)無(wú)需創(chuàng)造性勞動(dòng)就可以根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思作出諸多修改和變化。因此，凡本技術(shù)領(lǐng)域中技術(shù)人員依本發(fā)明的構(gòu)思在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上通過(guò)邏輯分析、推理或者有限的實(shí)驗(yàn)可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在由權(quán)利要求書所確定的保護(hù)范圍內(nèi)。