[实用新型]车用三元催化转换器

说明书

本实用新型属于交通运输领域，特别是涉及一种具有快速起燃装置的车用三元催化转换器。

近年来汽车废气环境污染问题日益受到人们的重视，世界各国都制定了严格的限制排放的法规。为了减少汽车发动机的NOx、CO、HC的排放量，目前比较流行的做法是机外安装三元催化转换器净化有害排放物，转换器一般采用铂(Pt)、钯(Pd)和铑(Ph)等贵重金属，能同时将汽车尾气中的NOx、CO和HC催化使其在最终排入大气时转换为N₂、CO和H₂O。但是转换器一般工作温度在250℃以上时，才对污染物开始催化。高转化率及长寿命的理想工作温度范围大约在400℃-800℃。所以在启车的初始阶段(启车后200秒)，或长时间怠速，由于达不到催化剂的起燃温度，催化剂基本不起作用，又由于启车时整个系统温度低，燃烧极不充分，研究表明，使用催化器后冷排放大约占整个排放的30％左右。发达国家都在进行降低冷排放问题，普遍采用的方法有两类：一类是在发动机出口(高温区)添加一个前置催化转换器，专门对冷排放进行处理，由于其工作环境极其恶劣，制作成本很高；另一类是将催化转换器进行预热，但通常使用的电加热方法，由于空气和催化剂的陶瓷载体都是热的不良导体，所以工作效率极低，不能达到快速加热升温的目的，另外，如果利用加大加热器功率来实现快速加热，又会影响启车(电瓶功率不够)。

本实用新型的目的是提供一种具有快速起燃装置的车用三元催化转换器。

本实用新型所涉及的车用三元催化转换器由驱动电路、磁控管及谐振腔组成，谐振腔带有进气与出气口，谐振腔内通过不吸收微波的减振装置安装有陶瓷载体，在陶瓷载体的表面涂有金属触媒，所述的触媒采用铂(Pt)、钯(Pd)和铑(Ph)等贵重金属，磁控管由驱动电路提供频率为17KHz到30KHz的高压直流电，产生2450KHz的微波，提供给谐振腔。金属触媒在谐振腔内微波场的作用下快速起燃，对谐振腔内的气体快速加热，从而完成对汽车尾气中有害气体进行转换的目的。

与现有技术相比，本实用新型增加了快速起燃装置——改造后的谐振腔及磁控管，利用三元催化转换器的固定管，对其原有尺寸及结构进行一定的调整以达到能使由磁控管产生的微波谐振的要求。与传统的电加热方法相比，省去了电发热体，既提高了效率又减小了体积。

本实用新型采用汽车电瓶作为电源，输入电源通过逆变器变成交流电，再通过升压变压器变成高压交流电，再整流变成高压直流电提供给磁控管，磁控管在高压的作用下产生2450KHz的微波，并通过波导管传给谐振腔，在谐振腔内附着在圆柱状陶瓷载体上的触媒铂、铑、钯吸收微波的能量而迅速升温达到反应温度，达到快速起燃的目的，圆柱状陶瓷载体(载体附着在上面)通过减震装置固定在谐振腔内。

我们采用的微波加热法，用有限的电能高效率加热金属催化剂本身(质量约为载体的五十分之一，比热约为载体的十分之一)，使催化剂瞬间(30秒以内)可达到起燃温度，避免了整体加热的缺点，迅速参与催化反应。另一方面，研究表明，微波还对CO和PM还原NOx有催化作用，可进一步降低排放。

微波加热技术，是利用微波的热效应，介质(特别是含水介质)在微波场的作用下，由于高频极化产生介质损耗而使介质加热，微波加热的独特优点是加热速度快，加热均匀和具有选择性加热而又容易实现自动控制等。由于触媒只占陶瓷载体质量的约1/50，而陶瓷载体本身并不吸收微波的能量。少量的触媒铂、铑、钯为金属，吸收微波的能量并产生高频电流而产生热量。由于微波的频率很高(我国主要使用的波段为2450KHz)高频电流集中在触媒的表面，小颗粒的触媒先从表面开始加热。这样微波的能量大部分集中在只占陶瓷载体质量的约1/50的触媒的活性表面上，而载体为陶瓷体，是热的不良导体，这就使得触媒活性表面能在瞬间，达到反应温度，因此加热效率高，又符合我们的实用要求(实际上，快速起燃只要求触媒达到起燃温度，与载体温度无关)。

实验表明：使用本装置后，微波功率为500W时，汽车在冷态启动，收集前120秒排出的尾气，有害物质的含量(CO、PM或NOx)比不用本装置减少30％到50％。

本实用新型设计原理简单，具有快速起燃且对汽车尾气中有害物质处理效率高等优点。

图1：为本实用新型所述的具有快速起燃装置的车用三元催化转换器；

图2：图1所示转换器的剖视图；

图3：为磁控管提供高频直流电源的驱动电路；

下面结合附图对本实用新型做进一步的说明：