專利名稱：排氣凈化器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種凈化諸如柴油機(jī)、燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)、汽油發(fā)動(dòng)機(jī)和燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng) 機(jī)的內(nèi)燃機(jī)或諸如焚化爐或鍋爐的燃燒設(shè)備的排氣的裝置。更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉 及一種安裝在排氣通道中并主要除去氮氧化物等的排氣凈化器。
背景技術(shù)：
進(jìn)行排氣凈化的目標(biāo)物質(zhì)是例如氮氧化物、 一氧化碳、未燃烴、炭煙等的顆 粒物質(zhì)。迄今為止已研發(fā)出多種用于凈化這些物質(zhì)的裝置。作為還原氮氧化物(NOx)的裝置， 一種脫硝裝置或類似裝置已進(jìn)入實(shí)際使 用，其中將氨或尿素作為還原劑的還原催化劑被安裝在排氣通道中，從而有選擇地 還原氮氧化物。此外，在比較小型的燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)或汽車(chē)用汽油發(fā)動(dòng)機(jī)中，已研發(fā)出 能同時(shí)分解包括氮氧化物、 一氧化碳(CO)和未燃烴(HC)的三種成分的三用催 化物，該三用催化物有助于排氣的有效凈化。然而，已知該三用催化物在工作于理想空氣燃料比或接近理想空氣燃料比的 范圍內(nèi)的情形下能夠有效地起到凈化作用，但在其它狀態(tài)下，尤其是在空氣(氧氣) 過(guò)剩的排氣中無(wú)法有效地工作。為了解決這個(gè)問(wèn)題，在工作于空氣過(guò)剩狀態(tài)下的燃 氣發(fā)動(dòng)機(jī)或汽油發(fā)動(dòng)機(jī)中實(shí)際使用一種氮氧化物吸留催化系統(tǒng)，該系統(tǒng)在在空氣 (氧氣)過(guò)剩狀態(tài)下工作時(shí)暫時(shí)使氮氧化物吸留在吸留材料中，并隨后通過(guò)使之在燃料過(guò)剩狀態(tài)下工作而排出并還原被吸留的氮氧化物。不過(guò)，已知在氮氧化物吸留催化系統(tǒng)中，催化劑被燃料中的硫磺成分所產(chǎn)生 的排氣中的硫氧化物(SOx)破壞，對(duì)氮氧化物的凈化能力快速降低，該氮氧化物 吸留催化系統(tǒng)在實(shí)際狀態(tài)下僅用于使用低硫磺含量的燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)中。人們己經(jīng)研 發(fā)出一種凈化器(專利文獻(xiàn)l)，該凈化器的結(jié)構(gòu)可通過(guò)利用吸留物質(zhì)在氮氧化物 凈化塔中吸留氮氧化物并在氮氧化物凈化塔中燃燒氮氧化物來(lái)減少吸附于吸留物 質(zhì)的氮氧化物并排出硫氧化物或類似物質(zhì)?？墒?，由于該結(jié)構(gòu)制造成在具有內(nèi)置的
吸留物質(zhì)的凈化塔內(nèi)進(jìn)行燃燒，吸留物質(zhì)的耐久性實(shí)際上就很成問(wèn)題。為了去除諸如炭煙之類的顆粒物質(zhì)，實(shí)際使用電除塵器和DPF。 DPF的結(jié)構(gòu) 構(gòu)造成通過(guò)過(guò)濾器捕獲顆粒物質(zhì)，并通過(guò)電加熱器或類似裝置來(lái)燃燒和除去所捕獲 的顆粒物質(zhì)。近來(lái)人們已幵發(fā)出一種DPF，其中在細(xì)粒過(guò)濾器中帶有具有氧化作 用的催化成分并可以連續(xù)地除去顆粒物質(zhì)。專利文獻(xiàn)1:日本專利特開(kāi)公報(bào)第2003 — 27927號(hào)。發(fā)明內(nèi)容如已說(shuō)明了的，三用催化劑無(wú)法在空氣過(guò)剩狀態(tài)下工作的內(nèi)燃機(jī)或燃燒設(shè)備 中執(zhí)行催化功能。此外，在小型燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)或汽車(chē)用汽油發(fā)動(dòng)機(jī)中實(shí)際使用的氮氧 化物吸留催化系統(tǒng)中，很難在含有硫氧化物或顆粒物質(zhì)的排氣中有效地實(shí)現(xiàn)凈化能力。在工業(yè)內(nèi)燃機(jī)中，大多數(shù)燃燒設(shè)備和海上作業(yè)的內(nèi)燃機(jī)在空氣過(guò)剩的狀態(tài)下 工作，且使用含有硫磺成分的燃料。因此，在排氣中含有大量硫氧化物和顆粒物質(zhì)， 就需要一種排氣凈化器，它能在上述排氣中充分地實(shí)現(xiàn)其性能。應(yīng)予注意的是，通過(guò)使用氨、尿素等來(lái)有選擇地減少氮氧化物的脫硝裝置應(yīng) 用于相對(duì)較大的工業(yè)內(nèi)燃機(jī)或燃燒設(shè)備。不過(guò)，該裝置自身很大又極其昂貴，且諸 如氨和尿素之類的還原劑的維護(hù)成本也會(huì)增加。此外，還有未耗用掉的氨被排出到 大氣中的很大可能性。(發(fā)明目的)本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種氣體凈化器，它即便在內(nèi)燃機(jī)或燃燒設(shè)備主要 在空氣過(guò)程的狀態(tài)下工作時(shí)也能完全地除去排出的有害成分。具體地說(shuō)，本發(fā)明的目的是能完全除去排氣中的氮氧化物、諸如炭煙之類的 顆粒、 一氧化碳以及未燃烴，以不降低排氣凈化器的凈化能力地保持凈化能力，或 者能完全除去排氣中的氮氧化物、硫氧化物等，以即便在燃料含有硫磺成分的情況 下也能不降低排氣凈化器的凈化能力地保持凈化能力。本發(fā)明的第一方面是提供一種排氣凈化器，該排氣凈化器設(shè)置在內(nèi)燃機(jī)或燃 燒設(shè)備的排氣通道中，該排氣凈化器的特點(diǎn)是包括氮氧化物吸附材料，該氮氧化 物吸附材料暫時(shí)地吸附氮氧化物并通過(guò)加熱或還原氣氛來(lái)脫附所吸附的氮氧化物； 吸附物質(zhì)脫附裝置，該吸附物質(zhì)脫附裝置設(shè)置在氮氧化物吸附材料的排氣上游側(cè)， 并加熱排氣或空氣，或者將排氣或空氣轉(zhuǎn)化成還原氣氛；燃燒裝置，該燃燒裝置設(shè) 置在氮氧化物吸附材料的排氣下游側(cè)，并包括空氣供應(yīng)裝置、燃料供應(yīng)裝置以及點(diǎn) 火裝置；以及過(guò)濾裝置，該過(guò)濾裝置設(shè)置在燃燒裝置的排氣下游側(cè)，以能夠捕獲包 含在排氣中的顆粒物質(zhì)，其中，氮氧化物吸附材料、吸附物質(zhì)脫附裝置、燃燒裝置 以及過(guò)濾裝置設(shè)置在排氣通道中。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，可獲得以下的工作效果。在內(nèi)燃機(jī)或類似設(shè)備的正常工作期間，吸附物質(zhì)脫附裝置和燃燒裝置是停止 工作的，并且排氣中的氮氧化物被吸附至氮氧化物吸附材料并由其除去，包含在排 氣中的顆粒物質(zhì)被排氣通道中的過(guò)濾裝置捕獲。當(dāng)?shù)趸镂讲牧系奈搅炕蜻^(guò)濾裝置的捕獲量達(dá)到預(yù)定量(例如，飽和 量)時(shí)，使吸附物質(zhì)脫附裝置和燃燒裝置工作以執(zhí)行再生工作。在氮氧化物吸附材 料中，吸附物質(zhì)脫附裝置使所吸附的氮氧化物脫附。脫附出來(lái)的氮氧化物被輸送至 燃燒裝置，然后由燃燒裝置適當(dāng)?shù)剡€原和除去。在過(guò)濾裝置中，所捕獲的顆粒物質(zhì) 由燃燒裝置燃燒和除去。此時(shí)，通常氮氧化物吸附材料在飽和量和諸如時(shí)間和溫度之類的再生條件方 面與過(guò)濾裝置是不同的。因此，在本發(fā)明中，使吸附物質(zhì)脫附裝置和燃燒裝置兩者 都工作，以例如根據(jù)氮氧化物吸附材料的再生條件同時(shí)執(zhí)行氮氧化物吸附材料的再 生和過(guò)濾裝置的再生，并且，在過(guò)濾裝置由于氮氧化物吸附材料與過(guò)濾裝置之間的 再生條件或類似條件之間的差別而沒(méi)有充分再生的情況下，可停止吸附物質(zhì)脫附裝 置而僅使燃燒裝置工作以再生過(guò)濾裝置。此時(shí)，可以通過(guò)根據(jù)過(guò)濾裝置的再生條件 運(yùn)轉(zhuǎn)燃燒裝置來(lái)有效和基本上完全地除去顆粒物質(zhì)。因此，可以適當(dāng)?shù)卦偕趸?物吸附材料和過(guò)濾裝置并保持它們的凈化能力不降低。此外，也節(jié)省了燃料成本。在根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的排氣凈化器中，本發(fā)明的第二方面的特點(diǎn)是排氣 通道分支成多個(gè)分支排氣通道，在各分支排氣通道的排氣入口中設(shè)置能阻斷氣體流 動(dòng)的阻斷裝置，各分支排氣通道包括氮氧化物吸附材料、吸附物質(zhì)脫附裝置、燃燒 裝置以及過(guò)濾裝置，并且吸附物質(zhì)脫附裝置包括空氣供應(yīng)裝置，且吸附物質(zhì)脫附裝 置構(gòu)造成加熱來(lái)自空氣供應(yīng)裝置的空氣或?qū)⒖諝廪D(zhuǎn)化成還原氣氛。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，使排氣從內(nèi)燃機(jī)或類似設(shè)備流入至少一個(gè)分支排氣 通道，并且可在其它分支排氣通道中阻斷排氣以執(zhí)行再生工作。在執(zhí)行再生工作的 分支排氣通道中阻斷排氣，從而可與吸附物質(zhì)脫附裝置和各燃燒裝置的空氣供應(yīng)裝 置中的排氣量無(wú)關(guān)地自由設(shè)定空氣量。因此，在再生工作狀態(tài)下分支排氣通道的空 氣量可以獨(dú)立于正常工作狀態(tài)下的分支排氣通道而設(shè)定得較少，從氮氧化物吸附材 料脫附氮氧化物所消耗的能量(燃料流率)和供應(yīng)至燃燒裝置的燃料流率可設(shè)定得 較小，從而節(jié)省了燃料的成本。本發(fā)明的第三方面提供一種排氣凈化器，該排氣凈化器設(shè)置在內(nèi)燃機(jī)或燃燒 設(shè)備的排氣通道中，該排氣凈化器的特點(diǎn)是排氣通道分支成多個(gè)分支排氣通道； 在分支排氣通道的排氣入口和排氣出口中設(shè)置能阻斷氣體流動(dòng)的阻斷裝置；在分支 排氣通道的排氣入口和排氣出口處的阻斷裝置之間設(shè)置氮氧化物吸附材料、吸附物 質(zhì)脫附裝置、燃燒裝置、過(guò)濾裝置以及大氣釋放部分；氮氧化物吸附材料暫時(shí)地吸 附氮氧化物并通過(guò)加熱或還原氣氛來(lái)脫附所吸附的氮氧化物；吸附物質(zhì)脫附裝置設(shè) 置在氮氧化物吸附材料的排氣下游側(cè)，吸附物質(zhì)脫附裝置包括空氣供應(yīng)裝置，并加 熱來(lái)自空氣供應(yīng)裝置的空氣或?qū)⒖諝廪D(zhuǎn)化成還原氣氛;燃燒裝置設(shè)置在氮氧化物吸 附材料的排氣上游側(cè)，并包括空氣供應(yīng)裝置、燃料供應(yīng)裝置以及點(diǎn)火裝置；過(guò)濾裝 置設(shè)置在燃燒裝置的排氣上游側(cè)，以能夠捕獲包含在排氣中的顆粒物質(zhì)；大氣釋放 部分設(shè)置在過(guò)濾裝置的排氣上游側(cè)，以使分支排氣通道通向大氣；并且當(dāng)吸附物質(zhì) 脫附裝置和燃燒裝置工作以執(zhí)行再生工作時(shí)，阻斷裝置阻斷分支排氣通道的排氣入 口和排氣出口，分支排氣通道通過(guò)大氣釋放部分而敞開(kāi)，并且使再生工作產(chǎn)生的氣 體沿著與排氣流動(dòng)方向相反的方向流動(dòng)并從大氣釋放部分排出。根據(jù)本發(fā)明的第三方面，可獲得以下的工作效果。在內(nèi)燃機(jī)或類似設(shè)備正常工作期間，在排氣流過(guò)的分支排氣通道中，吸附物 質(zhì)脫附裝置和燃燒是停止工作的，包含在排氣中的顆粒物質(zhì)被過(guò)濾裝置捕獲，并且 排氣中的氮氧化物被吸附至氮氧化物吸附材料并由其除去。因此，顆粒物質(zhì)幾乎不 會(huì)堵塞氮氧化物吸附材料，并可以防止氮氧化物吸附材料的吸附作用減弱。在氮氧化物吸附材料或硫氧化物吸附材料的吸附量達(dá)到預(yù)定量(例如，飽和 量)的情況下，可在各吸附材料中進(jìn)行再生工作。在再生工作期間，吸附物質(zhì)脫附 裝置和燃燒裝置在阻斷裝置阻斷住排氣入口和出口且同時(shí)分支排氣通道通過(guò)大氣 釋放部分釋放到大氣中的狀態(tài)下工作。通過(guò)吸附物質(zhì)脫附裝置來(lái)脫附吸附至氮氧化 物吸附材料的氮氧化物。脫附下來(lái)的氮氧化物被輸送至燃燒裝置，然后在燃燒裝置 中被還原和除去。過(guò)濾裝置所捕獲的顆粒物質(zhì)被燃燒裝置焚化和除去。再生工作所 產(chǎn)生的氣體(再生氣體)沿著與排氣流動(dòng)相反的方向流動(dòng)，并通過(guò)大氣釋放部分排 入大氣。如上所述，通常氮氧化物吸附材料和過(guò)濾裝置在飽和量和再生條件方面是彼 此不同的。因此，在本發(fā)明中，使吸附物質(zhì)脫附裝置和燃燒裝置兩者都工作，以例 如根據(jù)氮氧化物吸附材料的再生條件同時(shí)執(zhí)行氮氧化物吸附材料的再生和過(guò)濾裝 置的再生，并且，在過(guò)濾裝置由于氮氧化物吸附材料與過(guò)濾裝置之間的再生條件或 類似條件之間的差別而沒(méi)有充分再生的情況下，可停止吸附物質(zhì)脫附裝置而僅使燃 燒裝置工作以再生過(guò)濾裝置。此時(shí)，可以通過(guò)根據(jù)過(guò)濾裝置的再生條件運(yùn)轉(zhuǎn)燃燒裝 置來(lái)有效和基本上完全地除去顆粒物質(zhì)。因此，可以適當(dāng)?shù)卦偕趸镂讲牧?和過(guò)濾裝置并保持它們的凈化能力不降低。此外，也節(jié)省了燃料成本。因?yàn)榕艢馔ǖ婪种С啥鄠€(gè)分支排氣通道，可使在內(nèi)燃機(jī)或類似設(shè)備正常工作 期間產(chǎn)生的排氣流入至少一個(gè)分支排氣通道，并且可在其它分支排氣通道中阻斷排 氣以執(zhí)行再生工作。在執(zhí)行再生工作的分支排氣通道中阻斷排氣，從而可與吸附物 質(zhì)脫附裝置和各燃燒裝置的空氣供應(yīng)裝置中的排氣量無(wú)關(guān)地自由設(shè)定空氣量。因 此，在再生工作狀態(tài)下分支排氣通道的空氣量可以獨(dú)立于正常工作狀態(tài)下的分支排 氣通道而設(shè)定得較少，從氮氧化物吸附材料脫附氮氧化物所消耗的能量(燃料流率) 和供應(yīng)至燃燒裝置的燃料流率可設(shè)定得較小，從而節(jié)省了燃料的成本。根據(jù)本發(fā)明的第四方面提供一種排氣凈化器，該排氣凈化器設(shè)置在內(nèi)燃機(jī)或 燃燒設(shè)備的排氣通道中，該排氣凈化器的特點(diǎn)是排氣通道分支成多個(gè)分支排氣通 道；在分支排氣通道的排氣入口和排氣出口處設(shè)置能阻斷氣體流動(dòng)的阻斷裝置；在 分支排氣通道的排氣入口和排氣出口處的阻斷裝置之間設(shè)置氮氧化物吸附材料、硫 氧化物吸附材料、吸附物質(zhì)脫附裝置、燃燒裝置以及大氣釋放部分；氮氧化物吸附 材料暫時(shí)地吸附氮氧化物并通過(guò)加熱或還原氣氛來(lái)脫附所吸附的氮氧化物；硫氧化 物吸附材料設(shè)置在氮氧化物吸附材料的排氣上游側(cè)，硫氧化物吸附材料暫時(shí)地吸附 硫氧化物并通過(guò)加熱或還原氣氛來(lái)脫附所吸附的硫氧化物；吸附物質(zhì)脫附裝置設(shè)置 在氮氧化物吸附材料的排氣下游側(cè)，吸附物質(zhì)脫附裝置包括空氣供應(yīng)裝置，且加熱來(lái)自空氣供應(yīng)裝置的空氣或?qū)⒖諝廪D(zhuǎn)化成還原氣氛;燃燒裝置設(shè)置在氮氧化物吸附 材料的排氣上游側(cè)，并包括空氣供應(yīng)裝置、燃料供應(yīng)裝置以及點(diǎn)火裝置；大氣釋放 部分設(shè)置在過(guò)濾裝置的排氣上游側(cè)，以使分支排氣通道通向大氣；并且當(dāng)吸附物質(zhì) 脫附裝置和燃燒裝置工作以執(zhí)行再生工作時(shí)，阻斷裝置阻斷分支排氣通道的排氣入 口和排氣出口，分支排氣通道通過(guò)大氣釋放部分而敞開(kāi)，并且使再生工作產(chǎn)生的氣 體沿著與排氣流動(dòng)方向相反的方向流動(dòng)并從大氣釋放部分排出。 根據(jù)本發(fā)明的第四方面，可獲得以下的工作效果。在內(nèi)燃機(jī)或類似設(shè)備的正常工作期間，吸附物質(zhì)脫附裝置和燃燒裝置是停止 工作的，并且從內(nèi)燃機(jī)或類似設(shè)備中排出的排氣中的硫氧化物被吸附至硫氧化物吸 附材料并由其除去，并且氮氧化物被吸附至氮氧化物吸附材料并由其除去。因?yàn)榱蜓趸镂讲牧显O(shè)置在氮氧化物吸附材料的排氣上游，所以硫氧化物 幾乎不會(huì)流入氮氧化物吸附材料，從而可以抑制硫氧化物的損害作用在氮氧化物吸 附材料中引起的性能降低。在氮氧化物吸附材料或硫氧化物吸附材料的吸附量達(dá)到預(yù)定量(例如，飽和 量)的情況下，可在各吸附材料中進(jìn)行再生工作。在再生工作期間，吸附物質(zhì)脫附 裝置和燃燒裝置在阻斷裝置阻斷住排氣入口和出口且同時(shí)分支排氣通道通過(guò)大氣 釋放部分釋放到大氣中的狀態(tài)下工作。分別通過(guò)吸附物質(zhì)脫附裝置來(lái)脫附吸附至氮 氧化物吸附材料的氮氧化物和吸附至硫氧化物吸附材料的硫氧化物。脫附下來(lái)的氮 氧化物和硫氧化物被輸送至燃燒裝置，然后在燃燒裝置中被還原和除去。再生工作 所產(chǎn)生的氣體(再生氣體)沿著與排氣流動(dòng)相反的方向流動(dòng)，并通過(guò)大氣釋放部分 排入大氣。因此，從硫氧化物吸附材料脫附的硫氧化物不會(huì)流入氮氧化物吸附材料， 從而可以抑制硫氧化物的損害作用在氮氧化物吸附材料中引起的性能降低。因此，在本發(fā)明中，即便在燃料包含硫磺成分的情況下，也能完全地除去氮 氧化物和硫氧化物，并且保持吸附材料的性能而不降低凈化能力。因?yàn)榕艢馔ǖ婪种С啥鄠€(gè)分支排氣通道，可使在內(nèi)燃機(jī)或類似設(shè)備正常工作 期間產(chǎn)生的排氣流入至少一個(gè)分支排氣通道，并且可在其它分支排氣通道中阻斷排 氣以執(zhí)行再生工作。在執(zhí)行再生工作的分支排氣通道中阻斷排氣，從而可與吸附物 質(zhì)脫附裝置和各燃燒裝置的空氣供應(yīng)裝置中的排氣量無(wú)關(guān)地自由設(shè)定空氣量。因 此，在再生工作狀態(tài)下分支排氣通道的空氣量可以獨(dú)立于正常工作狀態(tài)下的分支排
氣通道而設(shè)定得較少，從氮氧化物吸附材料和硫氧化物吸附材料脫附氮氧化物和硫 氧化物所消耗的能量(燃料流率)和供應(yīng)至在吸附材料下游側(cè)的燃燒裝置的燃料流 率可設(shè)定得較小，從而節(jié)省了燃料的成本。在根據(jù)第四方面的排氣凈化器中，根據(jù)本發(fā)明的第五方面的特點(diǎn)是在各分支 排氣通道中，在燃燒裝置的排氣上游側(cè)和大氣釋放部分的排氣下游側(cè)設(shè)置能捕獲排 氣中包含的顆粒物質(zhì)的過(guò)濾裝置。根據(jù)本發(fā)明的第五方面，在內(nèi)燃機(jī)或類似設(shè)備正常工作期間，排氣中包含的 顆粒物質(zhì)不會(huì)流入氮氧化物吸附材料和硫氧化物吸附材料。因此，顆粒物質(zhì)不會(huì)對(duì) 各吸附材料的吸附性能造成不利影響。在使吸附物質(zhì)脫附裝置和燃燒裝置工作以執(zhí)行再生工作時(shí)，在氮氧化物吸附 材料和硫氧化物吸附材料中脫附所吸附的氮氧化物和硫氧化物，并且脫附下來(lái)的氮 氧化物和硫氧化物被輸送至燃燒裝置，從而由燃燒裝置完全地還原和除去氮氧化 物。在過(guò)濾裝置中，由燃燒裝置焚化和除去所捕獲的顆粒物質(zhì)。如上所述，通常氮氧化物吸附材料和硫氧化物吸附材料在飽和量和再生條件 方面與過(guò)濾裝置是不同的。因此，在本發(fā)明中，使吸附物質(zhì)脫附裝置和燃燒裝置兩 者都工作，根據(jù)各吸附材料的再生條件同時(shí)執(zhí)行各吸附材料的再生和過(guò)濾裝置的再 生，并且，在過(guò)濾裝置由于各吸附材料與過(guò)濾裝置之間的再生條件或類似條件之間 的差別而沒(méi)有充分再生的情況下，可停止吸附物質(zhì)脫附裝置而僅使燃燒裝置工作以 再生過(guò)濾裝置。此時(shí)，可以通過(guò)根據(jù)過(guò)濾裝置的再生條件運(yùn)轉(zhuǎn)燃燒裝置來(lái)有效地除 去顆粒物質(zhì)。因此，可以適當(dāng)?shù)卦偕魑讲牧虾瓦^(guò)濾裝置并保持它們的凈化能力 不降低。此外，也節(jié)省了燃料成本。本發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明，即便內(nèi)燃機(jī)或燃燒設(shè)備在空氣過(guò)剩的條件下工作，也可以完全 地凈化所排出的有害成分。具體地說(shuō)，在本發(fā)明的第一至第三方面中，可以完全地除去排氣中的氮氧化 物和諸如炭煙之類的顆粒物質(zhì)，并且可以保持排氣凈化器的凈化能力不降低。在本發(fā)明的第四和第五方面，即便在燃料包含硫磺成分的情況下，也可以完 全地除去排氣中的氮氧化物、硫氧化物等，并且可以保持排氣凈化器的凈化能力不 降低。


圖1是示出本發(fā)明第一實(shí)施例的排氣凈化器的示意圖。 圖2是示出本發(fā)明第二實(shí)施例的排氣凈化器的示意圖。 圖3是示出本發(fā)明第三實(shí)施例的排氣凈化器的示意圖。圖4是示出本發(fā)明第四實(shí)施例的排氣凈化器的示意圖。 圖5是示出本發(fā)明第五實(shí)施例的排氣凈化器的示意圖。文字或標(biāo)號(hào)說(shuō)明1內(nèi)燃機(jī)2排氣通道2a分支排氣通道2b分支排氣通道3吸附物質(zhì)脫附裝置4氮氧化物吸附材料燃燒裝置6燃料噴嘴(燃料供應(yīng)裝置)7點(diǎn)火器(點(diǎn)火裝置)15空氣供應(yīng)裝置20上游側(cè)切換閥31燃料噴嘴(燃料供應(yīng)裝置)32點(diǎn)火器(點(diǎn)火裝置)33空氣供應(yīng)裝置40細(xì)粒過(guò)濾器(過(guò)濾裝置)42硫氧化物吸附材料58下游側(cè)切換閥60大氣釋放部分具體實(shí)施方式
(本發(fā)明的第一實(shí)施例)圖1示出本發(fā)明第一實(shí)施例的排氣凈化器的示意圖。該第一實(shí)施例主要基于 本發(fā)明的第一方面。在內(nèi)燃機(jī)1或燃燒設(shè)備中的單個(gè)排氣通道2中設(shè)置排氣凈化器。 內(nèi)燃機(jī)1的例子包括柴油機(jī)、燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)、汽油發(fā)動(dòng)機(jī)以及燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)。燃燒 設(shè)備的例子包括工業(yè)鍋爐等。在排氣通道2中，從排氣的上游側(cè)沿排氣流動(dòng)方向Z1以預(yù)定的間隔依次設(shè)置 有吸附物質(zhì)脫附裝置3、氮氧化物吸附材料4 (下文稱作"NOx吸附材料)、燃燒 裝置5以及過(guò)濾裝置40。燃燒裝置5包括空氣供應(yīng)裝置15、點(diǎn)火裝置7以及燃料供應(yīng)裝置6。燃料供 應(yīng)裝置6包括燃料噴嘴，燃料噴嘴6通過(guò)燃料箱11連接至燃料量調(diào)節(jié)裝置10。在 燃料供應(yīng)裝置6中，由電子控制單元12 (下文稱作"ECU")來(lái)控制燃料的供應(yīng) 量和供應(yīng)定時(shí)。點(diǎn)火裝置7由點(diǎn)火器構(gòu)成。空氣供應(yīng)裝置15設(shè)置在燃料噴嘴6的排氣下游側(cè)，并通過(guò)空氣量調(diào)節(jié)裝置16 連接至空氣供應(yīng)源17。在空氣量調(diào)節(jié)裝置16中，由ECU 12控制燃料的供應(yīng)量和 供應(yīng)定時(shí)。NOx吸附材料4特別是即便在空氣過(guò)剩的氣氛下也能有效和暫時(shí)地吸附氮氧 化物(下文稱作"NOx")，且其具有在加熱到預(yù)定溫度時(shí)或在還原氣氛下可脫附 所吸附的NOx的性質(zhì)。在本實(shí)施例中，N0x吸附材料4包括具有氧化作用的催化 劑，并氧化諸如一氧化碳(下文稱作"CO")和烴(下文稱作"HC")的未燃成 分。例如，把用于將排氣加熱到預(yù)定溫度或更高溫度的加熱裝置用作吸附物質(zhì)脫 附裝置3。用于將排氣轉(zhuǎn)化成還原氣氛的裝置可用作吸附物質(zhì)脫附裝置3?；蛘?， 形成還原劑供應(yīng)裝置添加到加熱裝置的結(jié)構(gòu)，藉此有效地吸附和脫附NOx和SOx。 諸如電加熱器之類的發(fā)熱電阻器之類的用作加熱裝置，藉此快速和可靠地升高溫 度。此外，燃料供應(yīng)裝置也可設(shè)置為吸附物質(zhì)脫附裝置3的另一例子。在這種情況 下，所供應(yīng)的燃料起到還原劑的作用，并且NOx通過(guò)利用所供應(yīng)的燃料在包含在 NOx吸附材料4中并具有氧化作用的催化劑上氧化時(shí)的發(fā)熱來(lái)脫附。過(guò)濾裝置40由細(xì)粒過(guò)濾器構(gòu)成，細(xì)粒過(guò)濾器可捕獲顆粒物質(zhì)。過(guò)濾裝置40可僅具有捕獲顆粒物質(zhì)的功能，并且可以包括具有氧化作用的催化劑且具有能連續(xù) 氧化顆粒物質(zhì)的功能。(第一實(shí)施例的工作效果)在圖1所示的結(jié)構(gòu)中，吸附物質(zhì)脫附裝置(加熱裝置)3和燃燒裝置5在內(nèi)燃 機(jī)1的正常工作期間是停止工作的。因此，從內(nèi)燃機(jī)1中排入排氣通道2的排氣直 接到達(dá)N0x吸附材料4，因而NOx被吸附。與此同時(shí)，諸如CO和HC之類的未 燃成分由包含在NOx吸附材料4中的氧化催化劑來(lái)氧化和解毒。然后，包含在排 氣中的顆粒物質(zhì)被細(xì)粒過(guò)濾器40捕獲，并且從排氣通道2中排出己凈化的排氣。在吸附于細(xì)粒過(guò)濾器40的顆粒物質(zhì)的量變得飽和且背壓升高，或者NOx吸 附材料4的吸附量達(dá)到遇到的量(例如飽和量)，吸附物質(zhì)脫附裝置3和燃燒裝置 5工作以再生NOx吸附材料4和細(xì)粒過(guò)濾器40。在吸附物質(zhì)脫附裝置3中，排氣在氮氧化物吸附材料4的上游側(cè)被加熱到遇 到溫度或更高的溫度，并且NOx吸附材料4被加熱到預(yù)定溫度或更高的溫度，藉 此脫附吸附于NOx吸附材料4的NOx。從NOx吸附材料4脫附的NOx到達(dá)位于排氣下游側(cè)的燃燒裝置5。燃燒裝置 5致使點(diǎn)火器7用供應(yīng)自燃料噴嘴6的燃料來(lái)燃燒流自吸附物質(zhì)脫附裝置3的排氣， 藉此在空氣供應(yīng)裝置15的排氣上游側(cè)上形成過(guò)富燃燒區(qū)域XI。在過(guò)富燃燒區(qū)域 XI，從NOx吸附材料4脫附的NOx被還原并除去。也就是說(shuō)，NOx解毒成N2并 被排出。燃燒裝置5還通過(guò)從空氣供應(yīng)裝置15供應(yīng)的空氣在空氣供應(yīng)裝置15的排氣 下游側(cè)形成貧燃燃燒區(qū)域X2。從內(nèi)燃機(jī)1和過(guò)富燃燒區(qū)域X1排出的CO、 HC及 顆粒物質(zhì)在貧燃燃燒區(qū)域X2被燃燒并除去。穿過(guò)燃燒裝置5的排氣和再生氣體總是通過(guò)過(guò)富燃燒區(qū)域X1和貧燃燃燒區(qū)域 X2，這是因?yàn)閰^(qū)域X1和X2形成為橫穿排氣通道2的整個(gè)截面。因此，可確保還 原和除去NOx，并且可確保燃燒和除去從內(nèi)燃機(jī)1和過(guò)富燃燒區(qū)域X1排出的CO、 HC以及以及顆粒物質(zhì)。細(xì)粒過(guò)濾器40所捕獲的顆粒物質(zhì)通過(guò)燃燒裝置5的燃燒而被焚化和除去。此 時(shí)，NOx吸附材料4和細(xì)粒過(guò)濾器40通常在諸如再生時(shí)間和溫度之類的再生條件 方面彼此不同。例如，盡管NOx吸附材料4中溫度升高的上限由于熱量所導(dǎo)致的
損傷而受到限制，但有時(shí)細(xì)粒過(guò)濾器40可以在高于該上限溫度的溫度下進(jìn)行再生。 NOx吸附材料4和細(xì)粒過(guò)濾器40在飽和量方面彼此不同。因此，當(dāng)在再生NOx 吸附材料的條件下執(zhí)行再生工作時(shí)，有時(shí)候即便可使NOx吸附材料4再生，但細(xì) 粒過(guò)濾器40并未充分地再生。在這種情況下，在第一實(shí)施例中，在停止吸附物質(zhì)脫附裝置3的同時(shí)，僅使 燃燒裝置5工作以僅對(duì)細(xì)粒過(guò)濾器40進(jìn)行再生。因?yàn)榧?xì)粒過(guò)濾器40的單獨(dú)再生工 作對(duì)NOx吸附材料4并無(wú)熱效應(yīng)，燃燒裝置5就可以根據(jù)細(xì)粒過(guò)濾器40的再生條 件來(lái)在較高的溫度下工作。因此，可有效地燃燒和除去顆粒物質(zhì)，并減少燃料消耗。在排氣中含有SOx的情況下，利用SOx很難吸附的材料從NOx吸附材料4 脫附出來(lái)的SOx，或者即便吸附了 SOx， NOx吸附材料4也被加熱到SOx脫附的 溫度，并且利用還原氣氛(如果需要的話)從NOx吸附材料4脫附SOx。 (第二實(shí)施例)圖2示出本發(fā)明第二實(shí)施例的排氣凈化器的示意圖。該第二實(shí)施例主要基于 本發(fā)明的第二方面。在本實(shí)施例的排氣凈化器中，排氣管道2分支成多個(gè)分支排氣 通道2a和2b，例如第一和第二分支排氣通道2a和2b。兩分支排氣通道2a和2b 在排氣下游側(cè)再次合并且連接至下游側(cè)排氣通道2c。在兩分支排氣通道2a和2b的上游側(cè)的分支部分中設(shè)有切換閥20。來(lái)自內(nèi)燃 機(jī)1的排氣通過(guò)切換切換閥20來(lái)有選擇地排出到分支排氣通道2a和2b之一。切換閥20構(gòu)成在分支排氣通道2a和2b的排氣入口處阻斷排氣流動(dòng)的阻斷裝置。如同第一實(shí)施例的情況，在每個(gè)分支排氣通道2a和2b中，從排氣的上游側(cè) 依次設(shè)置吸附物質(zhì)脫附裝置3、 NOx吸附材料4、燃燒裝置5以及過(guò)濾裝置40。 NOx吸附材料4、燃燒裝置5以及過(guò)濾裝置40的結(jié)構(gòu)與第一實(shí)施例的那些裝置相 似。第二實(shí)施例的吸附物質(zhì)脫附裝置3包括空氣供應(yīng)裝置33，以加熱來(lái)自空氣供 應(yīng)裝置33的空氣，并改變進(jìn)入還原氣氛的空氣。具體地說(shuō)，吸附物質(zhì)脫附裝置3 包括由空氣供應(yīng)裝置33、燃料供應(yīng)裝置31以及點(diǎn)火裝置32構(gòu)成的吸附物質(zhì)脫附 裝置。燃料供應(yīng)裝置31包括燃料噴嘴，并連接至燃料量調(diào)節(jié)裝置10。空氣供應(yīng)裝 置33連接至空氣量調(diào)節(jié)裝置16，并且點(diǎn)火裝置32由點(diǎn)火器構(gòu)成。 (第二實(shí)施例的工作效果)在內(nèi)燃機(jī)1工作的情況下，切換閥20切換排氣通道以利用分支排氣通道2a 和2b中的一個(gè)作為內(nèi)燃機(jī)l的排氣排出通道。在圖2所示的狀態(tài)，第二分支排氣 通道2b被用作排氣通道，而第一排氣通道2a則用于再生工作。在圖2所示的狀態(tài)下，在正常工作狀態(tài)下的第二排氣通道2b中，燃燒裝置5 和吸附物質(zhì)脫附裝置3停止工作，NOx吸附材料4吸附排氣中的NOx，且細(xì)粒過(guò) 濾器40捕獲顆粒物質(zhì)。另一方面，在處于再生工作狀態(tài)的第一分支排氣通道2a 中，燃燒裝置5和吸附物質(zhì)脫附裝置3工作，吸附物質(zhì)脫附裝置3用來(lái)自空氣供應(yīng) 裝置33的空氣燃燒來(lái)自燃料噴嘴31的燃料，以將高溫的再生氣體供應(yīng)到NOx吸 附材料4，從NOx吸附材料4脫附NOx，并且在燃燒裝置5的過(guò)富燃燒區(qū)域XI 中還原和除去NOx。在處于再生工作狀態(tài)的第一分支排氣通道2a中阻斷來(lái)自內(nèi)燃機(jī)1的排氣，并 且處于再生工作狀態(tài)的第一分支排氣通道2a獨(dú)立于處于正常工作狀態(tài)的第二分支 排氣通道2b而工作，并通過(guò)供應(yīng)自第一分支排氣通道2a中的吸附物質(zhì)脫附裝置3 和燃燒裝置5的燃料和空氣來(lái)執(zhí)行再生工作。因此，可正確地設(shè)定用于吸附物質(zhì)脫 附和燃燒裝置的空氣量，而與來(lái)自內(nèi)燃機(jī)1的排氣量無(wú)關(guān)，從而可以節(jié)省供應(yīng)自吸 附物質(zhì)脫附裝置3的燃料量和在燃料裝置5中供應(yīng)的燃料量。當(dāng)在第二分支排氣通道2b中的NOx吸附材料4的NOx吸附量達(dá)到預(yù)定量(例 如，飽和量)時(shí)，切換閥20就切換到第一分支通路2a，則在第一分支排氣通道2a 中的燃燒裝置5和吸附物質(zhì)脫附裝置3停止工作的同時(shí)，第二分支排氣通道2b中 的燃燒裝置5和吸附物質(zhì)脫附裝置3進(jìn)行工作。也就是說(shuō)，在第一分支排氣通道 2a中執(zhí)行正常工作，而同時(shí)在第二分支排氣通道2b中執(zhí)行再生工作。因此，在第二實(shí)施例中，內(nèi)燃機(jī)1可通過(guò)利用一個(gè)分支排氣通道來(lái)執(zhí)行正常 工作，而在另一分支排氣通道中執(zhí)行再生工作，藉此消除再生工作所需的特定時(shí)間。 (第三實(shí)施例)圖3示出本發(fā)明第三實(shí)施例的排氣凈化器的示意圖。該第三實(shí)施例主要基于 本發(fā)明的第四方面。如同第一和第二實(shí)施例中一樣，排氣凈化器設(shè)置在內(nèi)燃機(jī)1 或燃燒設(shè)備的排氣通道2中。排氣管道2分支成多個(gè)分支排氣通道2a和2b。在第三實(shí)施例中，排氣通道2 分支成第一和第二分支排氣通道2a和2b，兩分支排氣通道2a和2b在排氣下游側(cè) 再次合并且連接至下游側(cè)排氣通道2c。在兩分支排氣通道2a和2b的上游側(cè)的分支部分中設(shè)有上游側(cè)切換閥20，且 在下游側(cè)的分支部分中設(shè)有下游側(cè)切換閥58。來(lái)自內(nèi)燃機(jī)1的排氣通過(guò)切換上游 側(cè)切換閥20來(lái)有選擇地排出到分支排氣通道2a和2b之一。下游側(cè)切換閥58防止 排氣通過(guò)合并部分流入分支排氣通道2a，且同時(shí)連接分支排氣通道2b，排氣通過(guò) 分支排氣通道2b流入下游側(cè)排氣通道2c。上游側(cè)切換閥20和下游側(cè)切換閥58構(gòu) 成用于在分支排氣通道2a和2b的排氣入口或出口處阻斷排氣或再生氣體的流動(dòng)的 阻斷裝置。在每個(gè)分支排氣通道2a和2b中，從排氣的下游側(cè)沿排氣流動(dòng)方向Z1以預(yù)定 間隔依次設(shè)置吸附物質(zhì)脫附裝置3、氮氧化物吸附材料4 (下文稱作"NOx吸附材 料")、硫氧化物吸附材料42 (下文稱作"SOx吸附材料")以及燃燒裝置5。如同第一實(shí)施例，燃燒裝置5包括空氣供應(yīng)裝置15、點(diǎn)火裝置7以及燃料供 應(yīng)裝置6。燃料供應(yīng)裝置6包括燃料噴嘴，燃料噴嘴6通過(guò)燃料量調(diào)節(jié)裝置10連 接至燃料箱11。由電子控制單元12 (下文稱作"ECU")來(lái)控制燃料的供應(yīng)量和 供應(yīng)定時(shí)。點(diǎn)火裝置7包括點(diǎn)火器?？諝夤?yīng)裝置15設(shè)置在燃料噴嘴6的排氣上游側(cè)，并通過(guò)空氣量調(diào)節(jié)裝置16 連接至空氣供應(yīng)源17。在空氣量調(diào)節(jié)裝置16中，由ECU12控制燃料的供應(yīng)量和 供應(yīng)定時(shí)。特別是，NOx吸附材料4即便在空氣過(guò)剩的氣氛下也能有效和暫時(shí)地吸附氮 氧化物(下文稱作"NOx")，且NOx吸附材料4在預(yù)定的升高的溫度下或在還 原氣氛下可脫附所吸附的NOx。在本實(shí)施例中，NOx吸附材料4包括具有氧化作 用的催化劑，并且NOx吸附材料4氧化諸如一氧化碳(下文稱作"CO")和烴(下 文稱作"HC")的未燃成分。NOx吸附材料4形成為能容易地捕獲顆粒物質(zhì)的形 狀。SOx吸附材料42暫時(shí)地吸附SOx，且SOx吸附材料42在預(yù)定的升高的溫度 下或還原氣氛下脫附所吸附的SOx。吸附物質(zhì)脫附裝置3包括空氣供應(yīng)裝置33，以加熱來(lái)自空氣供應(yīng)裝置33的空 氣，并改變進(jìn)入還原氣氛的空氣。具體地說(shuō)，吸附物質(zhì)脫附裝置3包括由空氣供應(yīng) 裝置33、燃料供應(yīng)裝置31以及點(diǎn)火裝置32構(gòu)成的吸附物質(zhì)脫附裝置。燃料供應(yīng) 裝置31包括燃料噴嘴，并連接至燃料量調(diào)節(jié)裝置10?？諝夤?yīng)裝置33連接至空 氣量調(diào)節(jié)裝置16，并且點(diǎn)火裝置32由點(diǎn)火器構(gòu)成。在每個(gè)分支排氣通道2a和2b中，在燃燒裝置5的排氣上游側(cè)設(shè)置大氣釋放 部分60。大氣釋放部分60包括連接至分支排氣通道2a或2b的大氣釋放通道61 和設(shè)置在大氣釋放通道61中的開(kāi)閉閥62。分支排氣通道2a和2b各通過(guò)開(kāi)閉閥62 穿過(guò)大氣釋放通道61釋放入大氣，并且各分支排氣通道2a和2b通過(guò)關(guān)閉開(kāi)閉閥 62來(lái)與大氣阻隔。(第三實(shí)施例的工作效果)在內(nèi)燃機(jī)1正常工作期間，排氣排出到由上游側(cè)切換閥20和下游側(cè)切換閥58 所選擇的分支排氣通道2a和2b中的一個(gè)。在圖3的例子中，排氣排出到第二分支 排氣通道2b。此時(shí)，設(shè)置在第二分支排氣通道2b中的吸附物質(zhì)脫附裝置3和燃燒 裝置5停止工作。排氣流入SOx吸附材料42，排氣中所含的SOx被吸附至排氣SOx吸附材料 42。然后，排氣流入NOx吸附材料4，排氣中所含的NOx被吸附至排氣NOx吸 附材料4，并且通過(guò)下游側(cè)切換閥58和下游側(cè)排氣通道2c排出排氣。在NOx吸 附材料4中，由氧化催化劑氧化和解毒諸如CO和HC之類未燃成分，并且物理地 捕獲顆粒物質(zhì)。另一方面，在第一分支排氣通道2a中，阻斷內(nèi)燃機(jī)l的排氣，并且在內(nèi)燃機(jī) 1中進(jìn)行正常工作的同時(shí)，對(duì)設(shè)置在第一分支排氣通道2a中的NOx吸附材料4和 SOx吸附材料42執(zhí)行再生工作。在大氣釋放部分60的開(kāi)閉閥62打開(kāi)的同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)吸附物質(zhì)脫附裝置3和燃燒 裝置5，藉此執(zhí)行再生工作。在吸附物質(zhì)脫附裝置3中，來(lái)自燃料噴嘴31的燃料與來(lái)自空氣供應(yīng)裝置33 的空氣進(jìn)行燃燒，并將高溫的再生氣體供應(yīng)到NOx吸附材料4和SOx吸附材料42。 這使得NOx和SOx可從NOx吸附材料4和SOx吸附材料42中脫附。在燃燒裝置5中，供應(yīng)自燃料噴嘴6的燃料通過(guò)點(diǎn)火器7利用從吸附物質(zhì)脫 附裝置3流過(guò)來(lái)的再生氣體進(jìn)行燃燒，并在空氣供應(yīng)裝置15的排氣下游側(cè)形成過(guò) 富燃燒區(qū)域XI 。從NOx吸附材料4脫附的NOx在過(guò)富燃燒區(qū)域XI中被還原和
除去。在燃燒裝置5中，通過(guò)供應(yīng)自空氣供應(yīng)裝置15的空氣在空氣供應(yīng)裝置15 的排氣上游側(cè)形成貧燃燃燒區(qū)域X2。從過(guò)富燃燒區(qū)域X1排出的C0、 HC和顆粒 物質(zhì)在貧燃燃燒區(qū)域X2中被燃燒和除去。然后，再生氣體通過(guò)大氣釋放部分60 排出到大氣。因此，在再生工作中，再生氣體的流動(dòng)(箭頭Z2)是沿與排氣流動(dòng)方向Zl 相反的方向產(chǎn)生的。在正常工作的排氣流動(dòng)通過(guò)的第二分支排氣通道2b中，在NOx吸附材料4 或SOx吸附材料42的吸附量達(dá)到預(yù)定量(例如，飽和量)的情況下，上游側(cè)切換 閥20和下游側(cè)切換閥58切換成將排氣排出到第一分支排氣通道2a，并在第二分 支排氣通道2b中類似地執(zhí)行再生工作。在正常工作期間，因?yàn)榘谂艢庵械腟Ox在其達(dá)到NOx吸附材料4之前就 被吸附至SOx吸附材料42，所以可防止SOx損害NOx吸附材料4。在再生工作期 間，因?yàn)閺腟Ox吸附材料42脫附的SOx流到燃燒裝置5上而不流入NOx吸附材 料4，所以可防止SOx損害NOx吸附材料4。也就是說(shuō)，在本實(shí)施例中，排氣流 和再生氣體流彼此相反，以在正常工作和再生工作兩種情況下都防止SOx流入 NOx吸附材料4，從而可以防止NOx吸附材料4中的性能降低。在燃燒裝置5中，因?yàn)檫^(guò)富燃燒區(qū)域XI和貧燃燃燒區(qū)域X2是橫穿分支排氣 通道2a和2b的整個(gè)截面形成的，所以穿過(guò)燃燒裝置5的再生氣體總是穿過(guò)區(qū)域 X1禾卩X2。因此，可確保還原和除去NOx和SOx，并且可確保燃燒和除去來(lái)自過(guò) 富燃燒區(qū)域X1的CO、 HC以及顆粒物質(zhì)。NOx吸附材料4和SOx吸附材料42的再生工作在阻斷了內(nèi)燃機(jī)1的排氣的 分支排氣通道中，通過(guò)來(lái)自吸附物質(zhì)脫附裝置3和燃燒裝置5的燃料供應(yīng)和空氣供 應(yīng)而獨(dú)立地執(zhí)行。因此，可與來(lái)自內(nèi)燃機(jī)1的排氣量無(wú)關(guān)地設(shè)定用于吸附物質(zhì)脫附 和燃燒裝置的空氣量，從而可節(jié)省供應(yīng)自吸附物質(zhì)脫附裝置3的燃料量和在燃燒裝 置5中供應(yīng)的燃料量。在第三實(shí)施例中，內(nèi)燃機(jī)1可通過(guò)利用一個(gè)分支排氣通道來(lái)執(zhí)行正常工作， 而在另一分支排氣通道中執(zhí)行再生工作，藉此消除再生工作所需的特定時(shí)間。附加 地，切換閥20和58用作阻斷分支排氣通道的排氣入口和出口的阻斷裝置，容易地 將分支排氣通道中的一個(gè)與排氣阻隔開(kāi)，并且同時(shí)可使排氣容易地流入另一分支排(第四實(shí)施例)圖4示出本發(fā)明第四實(shí)施例的排氣凈化器的示意圖。該實(shí)施例主要基于本發(fā) 明的第五方面。在第四實(shí)施例中，過(guò)濾裝置40設(shè)置于第三實(shí)施例的排氣凈化器中， 以捕獲包含在排氣中的顆粒物質(zhì)。第四實(shí)施例的結(jié)構(gòu)類似于第三實(shí)施例的結(jié)構(gòu)。過(guò)濾裝置40由設(shè)置在每個(gè)分支排氣通道2a和2b的切換閥20和58之間燃燒裝置5 的排氣上游側(cè)的細(xì)粒過(guò)濾器構(gòu)成。本實(shí)施例的工作方式與第三實(shí)施例的工作方式基本相似。不過(guò)，在正常工作 期間，細(xì)粒過(guò)濾器40在包含在排氣中的顆粒物質(zhì)流入SOx吸附材料42和NOx吸 附材料4之間普適化這些顆粒物質(zhì)。因而，SOx吸附材料42和NOx吸附材料4 幾乎不會(huì)被顆粒物質(zhì)堵塞，從而可防止各吸附材料的吸附作用減弱。在正常工作期間，當(dāng)吸附至細(xì)粒過(guò)濾器40的顆粒物質(zhì)的量達(dá)到飽和狀態(tài)從而 使背壓升高時(shí)，或者當(dāng)吸附的NOx或SOx的量到達(dá)預(yù)定量(例如，飽和量)時(shí)， 正常工作就切換成再生工作。在再生工作中，細(xì)粒過(guò)濾器40所捕獲的顆粒物質(zhì)主 要是通過(guò)燃燒裝置5的燃燒來(lái)焚化和除去，以再生細(xì)粒過(guò)濾器40。如在第一實(shí)施例中所述，NOx吸附材料4和SOx吸附材料42通常在諸如再 生時(shí)間和溫度以及飽和量之類的再生條件方面與細(xì)粒過(guò)濾器40不同。例如，盡管 NOx吸附材料4中溫度升高的上限由于熱量所導(dǎo)致的損傷而受到限制，但有時(shí)細(xì) 粒過(guò)濾器40可以在高于該上限溫度的溫度下進(jìn)行再生。因此，當(dāng)在再生各吸附材 料4和42的條件下執(zhí)行再生工作時(shí)，有時(shí)候即便可使吸附材料4和42再生，但細(xì) 粒過(guò)濾器40并未充分地再生。在這種情況下，在停止吸附物質(zhì)脫附裝置3的同時(shí)， 僅使燃燒裝置5工作以僅對(duì)細(xì)粒過(guò)濾器40進(jìn)行再生。因?yàn)榧?xì)粒過(guò)濾器40的單獨(dú)再 生工作對(duì)NOx吸附材料4等并無(wú)熱效應(yīng)，燃燒裝置5就可以根據(jù)細(xì)粒過(guò)濾器40 的再生條件來(lái)在較高的溫度下工作。因此，可以有效地和基本上完全地燃燒和除去 顆粒物質(zhì)，并減少浪費(fèi)的燃料消耗。過(guò)濾裝置40可僅具有捕獲顆粒物質(zhì)的功能，并且可以包括具有氧化作用的催 化劑且具有能連續(xù)氧化顆粒物質(zhì)的功能。 (第五實(shí)施例)圖5示出本發(fā)明第五實(shí)施例的排氣凈化器的示意圖。該實(shí)施例主要基于本發(fā)明的第三方面。在第五實(shí)施例中省去了第四實(shí)施例中的SOx吸附材料42。第五實(shí) 施例的其它結(jié)構(gòu)與第四實(shí)施例的結(jié)構(gòu)相似。因此，除了與第四實(shí)施例的SOx吸附 材料相關(guān)的工作效果之外，第五實(shí)施例具有與第四實(shí)施例相似的工作效果。在正常工作期間，細(xì)粒過(guò)濾器40在包含在排氣中的顆粒物質(zhì)流入NOx吸附 材料4之前捕獲住它們。因此，NOx吸附材料4幾乎不會(huì)被顆粒物質(zhì)堵塞，從而 可防止NOx吸附材料的吸附作用減弱。在正常工作期間，當(dāng)吸附至細(xì)粒過(guò)濾器40的顆粒物質(zhì)的量達(dá)到飽和狀態(tài)從而 使背壓升高時(shí)，或者當(dāng)吸附的NOx或SOx的量到達(dá)預(yù)定量(例如，飽和量)時(shí)， 正常工作就切換成再生工作，如上所述。在再生工作中，細(xì)粒過(guò)濾器40所捕獲的 顆粒物質(zhì)主要是通過(guò)燃燒裝置5的燃燒來(lái)焚化和除去，以再生細(xì)粒過(guò)濾器40。在由于NOx吸附材料4和細(xì)粒n的再生條件之間的差異而導(dǎo)致NOx吸附材 料4的再生已完成而細(xì)粒過(guò)濾器40的再生未完成的情況下，停止吸附物質(zhì)脫附裝 置3，并僅使燃燒裝置5工作，以僅再生細(xì)粒過(guò)濾器40。因?yàn)榧?xì)粒過(guò)濾器40的單 獨(dú)再生對(duì)NOx吸附材料4并無(wú)熱效應(yīng)，燃燒裝置5就可以根據(jù)細(xì)粒過(guò)濾器40的再 生條件來(lái)在較高的溫度下工作。因此，可以有效地除去顆粒物質(zhì)，并減少浪費(fèi)的燃 料消耗。(其它實(shí)施例)在第二至第五實(shí)施例中，排氣通道可分支成三個(gè)或更多個(gè)分支排氣通道。在 這樣的情況下，可以使排氣在分支排氣通道之一流動(dòng)，且同時(shí)在其它的分支排氣通 道中進(jìn)行再生工作，或者，可以在分支排氣通道之一中進(jìn)行再生工作，且同時(shí)使排 氣在其它分支排氣通道中流動(dòng)。工業(yè)應(yīng)用性本發(fā)明可用作各種內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化器，所述內(nèi)燃機(jī)諸如為柴油機(jī)、燃?xì)獍l(fā) 動(dòng)機(jī)、汽油發(fā)動(dòng)機(jī)以及燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)或類似設(shè)備，或者本發(fā)明可用作燃料設(shè)備的 排氣凈化器，所述燃料設(shè)備諸如為工業(yè)鍋爐或類似設(shè)備。特別是，本發(fā)明適用于像 貧燃燃燒方式工作的內(nèi)燃機(jī)那樣的在排氣中包含大量NOx的內(nèi)燃機(jī)。本發(fā)明也可 應(yīng)用于包含SOx的工業(yè)柴油機(jī)及類似設(shè)備。此外，本發(fā)明還適用于再利用排氣熱 量且可減少SOx的損害以有效回收排氣熱的情況。
權(quán)利要求
1.一種排氣凈化器，該排氣凈化器設(shè)置在內(nèi)燃機(jī)或燃燒設(shè)備的排氣通道中，在排氣通道中，該排氣凈化器包括氮氧化物吸附材料，該氮氧化物吸附材料暫時(shí)地吸附氮氧化物并通過(guò)加熱或還原氣氛來(lái)脫附所吸附的氮氧化物；吸附物質(zhì)脫附裝置，該吸附物質(zhì)脫附裝置設(shè)置在所述氮氧化物吸附材料的排氣上游側(cè)，并加熱排氣或空氣，或者將排氣或空氣轉(zhuǎn)化成還原氣氛；燃燒裝置，該燃燒裝置設(shè)置在所述氮氧化物吸附材料的排氣下游側(cè)，并包括空氣供應(yīng)裝置、燃料供應(yīng)裝置以及點(diǎn)火裝置；以及過(guò)濾裝置，該過(guò)濾裝置設(shè)置在所述燃燒裝置的排氣下游側(cè)，以能夠捕獲包含在排氣中的顆粒物質(zhì)。
2. 如權(quán)利要求l所述的排氣凈化器，其特征在于，所述排氣通道分支成多個(gè) 分支排氣通道，在各分支排氣通道的排氣入口中設(shè)置能阻斷氣體流動(dòng)的阻斷裝置； 各分支排氣通道包括所述氮氧化物吸附材料、所述吸附物質(zhì)脫附裝置、所述燃燒裝置以及所述過(guò)濾裝置；并且所述吸附物質(zhì)脫附裝置包括空氣供應(yīng)裝置，且所述吸附物質(zhì)脫附裝置構(gòu)造成加熱來(lái)自所述空氣供應(yīng)裝置的空氣或?qū)⒖諝廪D(zhuǎn)化成所述還原氣氛。
3. —種排氣凈化器，該排氣凈化器設(shè)置在內(nèi)燃機(jī)或燃燒設(shè)備的排氣通道中， 該排氣凈化器的特征在于所述排氣通道分支成多個(gè)分支排氣通道；在所述分支排氣通道的排氣入口和排氣出口中設(shè)置能阻斷氣體流動(dòng)的阻斷裝置；在所述分支排氣通道的所述排氣入口和排氣出口處的所述阻斷裝置之間設(shè)置 氮氧化物吸附材料、吸附物質(zhì)脫附裝置、燃燒裝置、過(guò)濾裝置以及大氣釋放部分；所述氮氧化物吸附材料暫時(shí)地吸附氮氧化物并通過(guò)加熱或還原氣氛來(lái)脫附所 吸附的氮氧化物；所述吸附物質(zhì)脫附裝置設(shè)置在所述氮氧化物吸附材料的排氣下游側(cè)，所述吸 附物質(zhì)脫附裝置包括空氣供應(yīng)裝置，并加熱來(lái)自所述空氣供應(yīng)裝置的空氣或?qū)⒖諝廪D(zhuǎn)化成所述還原氣氛；所述燃燒裝置設(shè)置在所述氮氧化物吸附材料的排氣上游側(cè)，并包括空氣供應(yīng) 裝置、燃料供應(yīng)裝置以及點(diǎn)火裝置；所述過(guò)濾裝置設(shè)置在所述燃燒裝置的排氣上游側(cè)，以能夠捕獲包含在排氣中 的顆粒物質(zhì)；所述大氣釋放部分設(shè)置在所述過(guò)濾裝置的排氣上游側(cè)，以使所述分支排氣通 道通向大氣；并且當(dāng)所述吸附物質(zhì)脫附裝置和所述燃燒裝置工作以執(zhí)行再生工作時(shí)，所述阻斷 裝置阻斷所述分支排氣通道的所述排氣入口和所述排氣出口 ，所述分支排氣通道通 過(guò)所述大氣釋放部分而敞開(kāi)，并且使所述再生工作產(chǎn)生的氣體沿著與排氣流動(dòng)方向 相反的方向流動(dòng)并從所述大氣釋放部分排出。
4. 一種排氣凈化器，該排氣凈化器設(shè)置在內(nèi)燃機(jī)或燃燒設(shè)備的排氣通道中， 該排氣凈化器的特征在于所述排氣通道分支成多個(gè)分支排氣通道；在所述分支排氣通道的排氣入口和排氣出口處設(shè)置能阻斷氣體流動(dòng)的阻斷裝置；在所述分支排氣通道的所述排氣入口和排氣出口處的所述阻斷裝置之間設(shè)置 氮氧化物吸附材料、硫氧化物吸附材料、吸附物質(zhì)脫附裝置、過(guò)濾裝置以及大氣釋 放部分；所述氮氧化物吸附材料暫時(shí)地吸附氮氧化物并通過(guò)加熱或還原氣氛來(lái)脫附所 吸附的氮氧化物；所述硫氧化物吸附材料設(shè)置在所述氮氧化物吸附材料的排氣上游側(cè)，所述硫 氧化物吸附材料暫時(shí)地吸附硫氧化物并通過(guò)加熱或還原氣氛來(lái)脫附所吸附的硫氧 化物；所述吸附物質(zhì)脫附裝置設(shè)置在所述氮氧化物吸附材料的排氣下游側(cè)，所述吸 附物質(zhì)脫附裝置包括空氣供應(yīng)裝置，并加熱來(lái)自所述空氣供應(yīng)裝置的空氣或?qū)⒖諝?轉(zhuǎn)化成所述還原氣氛；所述燃燒裝置設(shè)置在所述氮氧化物吸附材料的排氣上游側(cè)，并包括空氣供應(yīng) 裝置、燃料供應(yīng)裝置以及點(diǎn)火裝置；所述大氣釋放部分設(shè)置在所述燃燒裝置的排氣上游側(cè)，以使所述分支排氣通 道通向大氣；并且當(dāng)所述吸附物質(zhì)脫附裝置和所述燃燒裝置工作以執(zhí)行再生工作時(shí)，所述阻斷 裝置阻斷所述分支排氣通道的所述排氣入口和所述排氣出口 ，所述分支排氣通道通 過(guò)所述大氣釋放部分而敞開(kāi)，并且使所述再生工作產(chǎn)生的氣體沿著與排氣流動(dòng)方向 相反的方向流動(dòng)并從所述大氣釋放部分排出。
5.如權(quán)利要求4所述的排氣凈化器，其特征在于，在各分支排氣通道中，在 所述燃燒裝置的排氣上游側(cè)和所述大氣釋放部分的排氣下游側(cè)設(shè)置能捕獲排氣中 包含的顆粒物質(zhì)的過(guò)濾裝置。
全文摘要
本發(fā)明提供一種排氣凈化器，該排氣凈化器能適當(dāng)?shù)貎艋幢闶菑闹饕诳諝膺^(guò)剩的條件下工作的內(nèi)燃機(jī)或燃燒設(shè)備中排出的有害成分。具體地說(shuō)，該排氣凈化器能適當(dāng)?shù)爻サ趸?、包括炭煙等的顆粒物質(zhì)，且還能保持其凈化能力不降低。該排氣凈化器在內(nèi)燃機(jī)(1)的排氣通道(2)中包括氮氧化物吸附材料(4)，用于暫時(shí)地吸附氮氧化物并通過(guò)在溫度升高的環(huán)境或還原環(huán)境中脫附所吸附的氮氧化物；吸附物質(zhì)脫附裝置(3)，設(shè)置在氮氧化物吸附材料(4)的排氣上游側(cè)，并加熱排氣或空氣，或者將排氣或空氣轉(zhuǎn)化成還原氣氛；燃燒裝置(5)，該燃燒裝置設(shè)置在氮氧化物吸附材料(4)的排氣下游側(cè)，并包括空氣供應(yīng)裝置(15)、燃料供應(yīng)裝置(6)以及點(diǎn)火裝置(7)；以及過(guò)濾裝置(40)，設(shè)置在燃燒裝置(5)的排氣下游側(cè)，以能夠捕獲包含在排氣中的顆粒物質(zhì)。
文檔編號(hào)F01N3/20GK101151441SQ20068001010
公開(kāi)日2008年3月26日 申請(qǐng)日期2006年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月29日
發(fā)明者小野泰右 申請(qǐng)人:洋馬株式會(huì)社