专利名称：Scr消声器的制作方法
技术领域：
本发明涉及SCR消声器，其带有用来选择性地还原和清除废气中所含的氮氧化物(NOx)的SCR催化剂。
背景技术：
近年来，由于例如酸雨和光化烟雾等的环境污染问题的存在，对于由例如柴油机的内燃机排出的废气中所含的颗粒物质(PM)和氮氧化物(NOx)而言，迫切需要将其清除。
因此，存在一种传统的技术，在内燃机的排气系统中，还原剂或例如尿素水的还原剂前体通过还原剂等的供给喷嘴，从具有选择性还原作用的SCR(选择性催化还原作用)催化剂的SCR消声器的上游经喷射被供给至废气，从而由SCR催化剂选择性地还原和清除废气中所含的氮氧化物(NOx)。例如，参见日本专利申请公开2001-20724。
此外，还存在一种系统，其中，例如冲压孔的气孔形成在排气管中，分散废气流并使其均匀。例如，参见日本实用新型申请公开H02-115912。
然而，采用这种传统技术，存在一个问题，即，由于废气流处于不良状态，在短期操作时清除氮氧化物(NOx)的效率很低，并且在低温到高温的整个范围内效率都很低。
特别是，在将尿素水用作还原剂前体的情况下，还存在一个问题，即，由于废气流处于不良状态，尿素沉淀在位于SCR催化剂上游的排气管等中，从而大大降低清除氮氧化物(NOx)的效率。
此外，用传统的技术，存在一个问题，即，由于还原剂等的供给喷嘴受到车辆、废气以及类似振动部件的振动影响，很难通过喷射将还原剂或例如尿素水的还原剂前体以均匀分散的方式供给至废气，这样SCR催化剂清除氮氧化物(NOx)的效率很低。
另外还存在一个问题，即，由于由车辆、废气及类似物的振动引起的振动，还原剂等的供给喷嘴面临破坏和变形的危险并且耐用性很低。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种SCR消声器，其能够使得废气流处于良好状态，从而提高清除废气中所含的氮氧化物(NOx)的效率。
此外，本发明的另一目的是提供一种SCR消声器，其能够抑制或降低还原剂等的供给喷嘴所受的由车辆、废气及类似物的振动引起的振动，从而提高SCR催化剂清除废气中所含的氮氧化物(NOx)的效率和还原剂等的供给喷嘴的耐用性。
用来解决上述问题的本发明是一种SCR消声器，包括用于选择性地还原和清除废气中所含的氮氧化物(NOx)的SCR催化剂；允许废气流入SCR催化剂的排气管；以及将还原剂或还原剂前体供给至废气的还原剂等的供给装置。该SCR消声器的特征在于具有分散废气流并使其均匀的气孔的板设置在还原剂等的供给装置下游和SCR催化剂的上游。
本发明的SCR消声器特征还在于上述板连接于排气管的一端并且直径大于排气管，并且上述气孔仅设置在直径大于排气管的区域内。
该板可具有形如向上游逐渐变细的凸面的截面。
本发明的另一种方案是一种SCR消声器，包括用于选择性地还原和清除废气中所含的氮氧化物(NOx)的SCR催化剂；允许废气流入SCR催化剂并且在其要被插入到消声器的部分中具有气孔的排气管；以及将还原剂或还原剂前体供给至废气的还原剂等的供给装置。该SCR消声器特征在于只有排气管被无气孔的板关闭。
该板可具有形如向上游逐渐变细的凸面的截面。
而本发明的另一种方案是一种SCR消声器，包括用于选择性地还原和清除废气中所含的氮氧化物(NOx)的SCR催化剂；允许废气流入SCR催化剂的排气管；以及将还原剂或还原剂前体供给至废气的还原剂等的供给喷嘴。SCR消声器特征在于还原剂等的供给喷嘴穿插通过具有气孔的板，并且上述板保持在排气管中。
图1是根据本发明第一实施例的SCR消声器的基本示意图；图2是一种SCR消声器的示意图，其中只有排气管2被无气孔的板关闭；图3是根据本发明第一实施例的具有气孔5的板4的截面图；图4显示流入根据本发明第一实施例的SCR催化剂1中的废气流；图5显示流入根据本发明第一实施例的SCR催化剂1中的废气流，其中只有排气管2被无气孔的板4关闭；图6是根据本发明第二实施例的SCR消声器的基本示意图；图7是根据本发明第二实施例的排气管内部的投影图。
具体实施例方式
下面将参考附图对用来实施本发明的SCR消声器的最佳方式进行描述。
第一实施例图1是根据本发明第一实施例的SCR消声器的基本示意图，它包括用来选择性地还原和清除废气中所含的氮氧化物(NOx)的SCR催化剂1、允许废气流入SCR催化剂1的排气管2、以及将还原剂或还原剂前体供给至废气的还原剂等的供给装置3，并且它还在还原剂等的供给装置3的下游和SCR催化剂1的上游具有一块板4，该板4具有分散废气流并使其均匀的气孔5。虽然图1显示出排气管2插入在消声器的内部，但该排气管2和消声器也可一体地形成来代替将排气管2插入在消声器中。此外，不论串联型还是并联型、形状不论是圆还是筒都无关紧要。
如图1所示，这一实施例描述出排气管2和消声器一起被具有气孔5的板4关闭，但本发明并不仅限于这种结构。也就是说，具有气孔5的板4可设置在接近SCR催化剂1的排气管2的下游出口端，或者可设置在排气管2中的一个位置，只要该位置位于还原剂等的供给装置3的下游和SCR催化剂1的上游。可选地，它可设置在消声器本身内而非排气管2中。
如图2所示，其中排气管2插入在消声器的内部并且其插入位置具有气孔，本发明可具有一种结构，其中只有排气管2被无气孔的板4关闭。
在具有这种结构的SCR消声器中，废气沿从上游到下游的方向穿过排气管2并流入SCR催化剂1。废气从例如柴油机的内燃机中排出并且包含未燃的碳氢化合物(HC)、一氧化碳(CO)和例如一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2)的氮氧化物(NOx)等的有毒物质。
这种废气在流入SCR催化剂1之前的时间期间，通过带有还原剂或还原剂前体的还原剂等的供给装置3而被供给。该还原剂或还原剂前体包括例如释放还原剂的物质的还原剂前体，以及还原剂本身，并且可以是碳氢化合物、氰尿酸酯(cyanurate)、氨水、碳酸铵、氨基甲酸铵、尿素及它们的化合物。此外，还原剂或还原剂前体可以是固体、液体和气体中的任一种形式。
例如，还原剂等的供给装置3可供给氨水本身作为还原剂，但在相对高的浓度下氨水气味强烈并且毒性大。因此，低毒性的尿素水作为还原剂前体更适合经喷射供给。在这种情况下，尿素水中的尿素与排气管中的废气混合并接触，并且经加热或水解分解释放出氨水--一种还原剂。在本实施例中，尿素水借助于附加喷嘴从排气管的外部经喷射供给至排气管内的废气中。
此后，废气继续沿下游方向流经排气管，并到达SCR催化剂1上游的具有气孔5的板4。
图3是根据本发明第一实施例的具有气孔5的板4的截面图。无气孔5设置在关闭排气管2的中心部，并且多个圆形气孔5仅设置在直径大于排气管口区域的外侧区域，以交错排列的方式设置，从而形成同心圆。
本发明的气孔5可形为圆形、椭圆形、条状、扇形及其它多边形中的任一种，但更优选类似冲压孔。气孔5可为这些形状孔的组合。气孔5的尺寸和数量可以是任意的。此外，气孔5最好均匀对称地设置，并且还最好仅设置在直径大于排气管的区域内。
此外，本发明的板4可形为圆形、椭圆形、正方形、锥形及其它多边形中的任一种，并且可为平面、凸面或其它形状。此外，凸面板的凸截面可采用例如半圆或三棱锥的任意形状，并且其方向可朝下游方向，但优选朝上游方向。优选地，板4具有能够关闭排气管2和消声器的开口的尺寸，并且如上所述直径大于排气管2的直径。可以存在一块板4或多块板4。
这样，在本实施例中，由于排气管2完全被板4的无气孔5设置在其中的中心部所关闭，流经排气管并到达板4的废气不能直接穿过板4而被阻挡在板表面上。因此，废气穿过排气管2插入在消声器中的部分中的气孔，并流出排气管，然后流经消声器和排气管2之间的空间，再次到达板4。
此后，已经流出排气管的废气穿过板4外侧区域内的气孔5，流入其下游的SCR催化剂1，其中废气中所含的氮氧化物(NOx)被吸收到SCR催化剂1中。
该SCR(选择性催化还原作用)催化剂1可由二氧化钛(TiO2)、五氧化二钒(V2O5)、三氧化钨(WO3)、三氧化钼(MoO3)、二氧化硅(SiO2)、硫酸盐、沸石等及其化合物中的任一种制成。此外，SCR催化剂1可被具有蜂窝结构的催化剂支架盛装或支承。
该SCR催化剂1选择性地还原和清除废气中所含的氮氧化物(NOx)并将其转化为对环境无害的氮和水。清除氮氧化物(NOx)的效率受到流入SCR催化剂1中的废气流的影响。
图4显示了流入第一实施例的SCR催化剂1中的废气流。图4(a)显示了在设置有具有气孔5的平板4的情况下的废气流，而图4(b)显示了在设置有具有气孔5的凸面板4的情况下的废气流。
如图4所示，排气管2由板4的无气孔5的中心部关闭，因此，废气不能直接穿过板4。废气穿过排气管2中的气孔、流出排气管，然后穿过板4外侧区域内的气孔5、流入SCR催化剂1。
这时，板4中的气孔5分散并使得废气流均匀，从而使得流入SCR催化剂1的废气流处于良好的状态。注意一点，在图4(b)的情况下，废气流由于凸面的阻力而比图4(a)中的情况下更分散并且变得更为均匀。
图5显示了在只有排气管2被如图2所示的无气孔板4关闭的情况下的废气流。
在这种情况下同样地，由于受到板4的无气孔的中心部的阻挡，废气穿过排气孔2中的气孔流出排气管，但由于消声器和排气管2之间的空间没有被板4关闭，因此废气无任何干扰地流入SCR催化剂1。因此，虽然废气流没有被如图4所示的板的气孔分散和均匀化，但流入SCR催化剂1的废气流相对于不具有板4的情况仍处于良好的状态。
如果流入SCR催化剂1的废气流处于如上的良好状态，则废气中所含的氮氧化物(NOx)被吸收到SCR催化剂1中的速率增加，从而提高清除氮氧化物(NOx)的效率。
第二实施例接下来将描述本发明的第二实施例，其中相同的附图标记表示与第一实施例中相同或相似的部件，而不同的或新增的部件由新的附图标记表示。
图6是根据本发明第二实施例的SCR消声器的基本示意图。该SCR消声器包括用于选择性地还原和清除废气中所含的氮氧化物(NOx)的SCR催化剂1、允许废气流入SCR催化剂1的排气管2、以及将还原剂或还原剂前体供给至废气的还原剂等的供给喷嘴30，该还原剂等的供给喷嘴30穿插通过保持在排气管2中的具有气孔5的板40。
图6(a)显示了一种SCR消声器，其中还原剂等的供给喷嘴30在其端部穿插通过具有弯曲部(形状像R或凸起部，或是平面)的板40，并且板40通过将弯曲部固定到排气管2的内部而保持在排气管2中。同时，图6(b)显示了一种SCR消声器，其中还原剂等的供给喷嘴30在其端部穿插通过锥形板40，并且，通过将底部上的弯曲部夹在凸缘之间并将其固定，板40保持在排气管2中。
在具有这种结构的SCR消声器中，废气沿从上游到下游的方向穿过排气管2并流入SCR催化剂1。流经SCR消声器的废气在流入SCR催化剂1之前的时间期间，通过带有还原剂或还原剂前体的还原剂等的供给装置30而被供给。
在本发明中，还原剂等的供给喷嘴30穿插通过具有气孔5的板40，并且该板40保持在排气管2中。因此，还原剂等的供给喷嘴30由于受到由车辆、废气及类似物的振动而引起的振动得到抑制或降低。其结果是，还原剂或例如尿素水的还原剂前体以使其均匀分散的方式经喷射供给至废气。此外，还原剂等的供给喷嘴30由于被板40加固而提高了耐用性。
图7是根据本发明的第二实施例的SCR消声器的排气管内部在沿从上游到下游的方向观察时的投影图。废气穿过板40的气孔5沿从上游到下游的方向流动。此外，还原剂等的供给喷嘴30穿插通过板40的中心部，并且还原剂或例如尿素水的还原剂前体通过沿从上游到下游的方向喷射而被供给，并以使其均匀分散的方式与废气混合和接触。
本发明的板40可形成为圆形、椭圆形、正方形、锥形以及其它多边形中的任一种，并可为平面、凸面或其它形状。板40最好具有能够关闭排气管2的口的尺寸。可存在一块板40或多块板40。
对于还原剂等的供给喷嘴30穿插通过板40的方式，还原剂等的供给喷嘴30的端部在其端部穿插通过板40，并且该板40最好固定于还原剂等的供给喷嘴30且处于该喷嘴的端部稍微突出的状态。
对于将板40保持在排气管2中的方式，除了其它方法之外，该板40可固定于排气管2的内部，或者夹持和固定在排气管2的外凸缘之间。
废气进一步沿下游方向流动并流入SCR催化剂1，其中废气中所含的氮氧化物(NOx)被吸收到SCR催化剂1中并且被选择性地还原和清除。其结果是，氮氧化物(NOx)转化为对环境无害的氮和水。
在本发明中，流入SCR催化剂1的废气与还原剂或例如尿素水的还原剂前体充分混合和接触，从而废气中所含的氮氧化物(NOx)被吸收到SCR催化剂1中的速率变得很高。因此，SCR催化剂1清除氮氧化物(NOx)的效率提高。
本发明可作为第一和第二实施例的结合来实施。这种情况下，流经SCR消声器的废气流变得良好，并且还原剂等的供给喷嘴所受的由车辆、废气及类似物的振动引起的振动得到抑制或降低。其结果是，SCR催化剂清除氮氧化物(NOx)的效率提高，并且还原剂等的供给喷嘴的耐用性提高。
工业实用性根据本发明，流经SCR消声器的废气流变得良好，因此提高了清除废气中所含的氮氧化物(NOx)的效率。
此外，根据本发明的SCR消声器抑制或降低还原剂等的供给喷嘴所受的由车辆、废气及类似物引起的振动，因此提高了SCR催化剂清除氮氧化物(NOx)的效率以及还原剂等的供给喷嘴的耐用性。
权利要求
1.一种SCR消声器，包括用于选择性地还原和清除废气中所含的氮氧化物(NOX)的SCR催化剂；允许废气流入SCR催化剂的排气管；以及将还原剂或还原剂前体供给至废气的还原剂等的供给装置，其特征在于，具有分散废气流并使其均匀的气孔的板设置在还原剂等的供给装置下游和SCR催化剂的上游。
2.根据权利要求1的SCR消声器，其特征在于，上述板连接于排气管的一端并且直径大于排气管，并且上述气孔仅设置在直径大于排气管的区域内。
3.根据权利要求1或2的SCR消声器，其特征在于，上述板具有形如向上游逐渐变细的凸面的截面。
4.一种SCR消声器，包括用于选择性地还原和清除废气中所含的氮氧化物(NOX)的SCR催化剂；允许废气流入SCR催化剂并且在其要被插入到消声器的部分中具有气孔的排气管；以及将还原剂或还原剂前体供给至废气的还原剂等的供给装置，其特征在于，只有排气管被无气孔的板关闭。
5.根据权利要求4的SCR消声器，其特征在于，上述板具有形如向上游逐渐变细的凸面的截面。
6.一种SCR消声器，包括用于选择性地还原和清除废气中所含的氮氧化物(NOX)的SCR催化剂；允许废气流入SCR催化剂的排气管；以及将还原剂或还原剂前体供给至废气的还原剂等的供给喷嘴，其特征在于，上述还原剂等的供给喷嘴穿插通过具有气孔的板，并且上述板保持在排气管中。
全文摘要
流经SCR消声器的废气流变得良好，从而提高清除废气中所含的氮氧化物(NO
文档编号F01N3/08GK1914411SQ200580003880
公开日2007年2月14日 申请日期2005年2月2日 优先权日2004年2月2日
发明者白井大辅, 山田尚史, 平本均, 金谷勇, 上野弘树 申请人:东京滤器株式会社, 日产柴油机车工业株式会社