使用離子體反應器通過吸留催化劑降低NO_x的裝置的制作方法

專利名稱：使用離子體反應器通過吸留催化劑降低NO_x的裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種使用等離子體反應器的吸留催化劑式NOx降低裝置，更具體地，本 發明涉及這樣一種使用等離子體反應器的吸留催化劑式NO5J^低裝置，其用于在使用吸留 催化劑的已有NOx降低裝置中通過吸留催化劑進行的NOx還原過程中供給高溫還原環境氣 體，以有效激活NOx的降低和去除，以及用于通過單獨的等離子體反應器來供給高溫還原環 境氣體，從而發動機在工作中不被干擾，且在需要時作為等離子體重整反應的特征的即時 反應被用于快速供給環境氣體，以及用于將供給到等離子體反應器的液態燃料與氣體彼此 有效混合，以大大提高燃料的重整性能。
背景技術：
通常，物質的狀態分為三種，也就是固態、液態和氣態。當向固體施加能量時，固體 變為液體，并且當進一步向液體施加能量時，液體變為氣體。當向氣體施加更高的能量時， 產生第四種物質狀態-等離子體，其包括具有電極性的電子和離子。實質上，等離子體以空 氣中的發光、極光和離子層的形式可被觀察到。在日常生活中，人工產生的等離子體包含在 熒光燈、汞燈和氖燈中。當具有高動能的氣體在超高溫度下碰撞時，具有負電荷的電子從原子或分子中分 離，由此形成等離子體。等離子體意思是被分成具有負電荷的電子和具有正電荷的離子的 氣態。等離子體具有顯著提高的電荷電離度。等離子體通常包含大致等量的負電荷和正電 荷，使得電荷大致等密度地分布。因此，等離子體幾乎處于電中性狀態。等離子體分為高溫等離子體和低溫等離子體。高溫等離子體具有像電弧一樣的 高溫。由于離子能量低而電子能量高，因此低溫等離子體具有接近室溫的溫度。通過加電 的方法例如施加直流、超高頻和電子束產生等離子體，并采用磁場對其進行保持。等離子體產生技術和等離子體的實際應用根據產生等離子體的壓力狀態而大大 不同。由于等離子體在低壓真空狀態下穩定產生，因此以這種方式產生的等離子體被用于 半導體裝置制造過程和新材料合成過程中的化學反應、沉積和侵蝕。在大氣壓力狀態下產 生的等離子體被用于處理環境中的有害氣體或制造新的物質。采用等離子體的等離子體反應裝置需要具有快速引發反應的可操作性、高耐用性 以及反應效率。在等離子體反應時，電極和爐子的形式和用于反應的狀態(例如電壓和添 加劑)是等離子體反應的關鍵因素。因此，需要提出一種與所需性能相對應的所需構造的 等離子體反應裝置，并需要提出一種用于優化反應狀態的等離子體反應方法。

發明內容
技術問題本發明提供一種使用等離子體反應器的吸留催化劑式NOx降低裝置，其獨立供給 高溫還原環境氣體、不干擾發動機的操作，以及在需要時通過作為等離子體重整反應特性 的即時反應快速供給環境氣體，本發明還提供了一種使用等離子體反應器通過吸留催化劑 降低NOx的裝置。本發明還提供了一種使用等離子體反應器的吸留催化劑式NOx降低裝置，其通過 接收用于向發動機供給燃料的存儲裝置中的燃料而實現構造的簡化，以及通過有效混合被 供給到等離子體反應器的液體燃料和氣體而顯著提高燃料的重整性能，本發明還提供一種 采用等離子體反應器通過吸留催化劑降低NOx的裝置。有益效果如上所述，等離子體反應器在使用吸留催化劑來降低NOx的裝置中在通過吸留催 化劑進行的NOx還原過程中供給高溫還原環境氣體，以有效激活NOx的還原和去除。在該等離子體反應器中，通過單獨的等離子體反應器來供給高溫還原環境氣體， 從而發動機在工作過程中不被干擾，且在需要時作為等離子體重整反應特征的即時反應被 用于快速供給環境氣體。此外，因為等離子體反應器接收用于向發動機供給燃料的存儲裝置中的燃料，可 以實現簡單的裝置。此外，該等離子體反應器將供給到等離子體反應器的液態燃料與氣體彼此有效混 合，從而大大提高燃料的重整性能。因而，上述效果實現了本發明的目的，那就是有效去除污染物NOxW對環境有利。


圖1是表示根據本發明第一實施方式的等離子體反應裝置的豎剖視圖。圖2是表示通過圖1所示的等離子體反應裝置擴大的等離子體反應區的豎剖視 圖。圖3是表示在圖1所示的等離子體反應裝置中原料流入管可操作地與爐子相連的 結構的橫截面圖。圖4是表示根據本發明第二實施方式的等離子體反應裝置的豎剖視圖。圖5是表示通過圖4所示的等離子體反應裝置保留的等離子體反應區的豎剖視 圖。圖6是表示圖4所示的等離子體反應裝置的橫截面圖。圖7是表示根據本發明第三實施方式的等離子體反應裝置的豎剖視圖。圖8是表示在圖7所示的等離子體反應裝置中在電極處形成流入路徑的結構的橫 截面圖。圖9是表示根據本發明第四實施方式的等離子體反應裝置的豎剖視圖。圖10是表示根據本發明的用于降低NOx的裝置的示意圖。圖11是在根據本發明第五實施方式的用于降低NOx的裝置中的等離子體反應器 的剖視圖。
圖12是在根據本發明第五實施方式的等離子體反應器中流體流動的剖視圖。
具體實施例方式現在將參照示出本發明優選實施方式的附圖對本發明進行更詳盡和清楚的描 述。圖1是表示根據本發明第一實施方式的等離子體反應裝置的豎剖視圖，圖2是表 示通過圖1所示的等離子體反應裝置擴大的等離子體反應區的豎剖視圖，圖3是表示在圖 1所示的等離子體反應裝置中原料流入管可操作地與爐子相連的結構的橫截面圖。等離子體反應裝置包括爐子、原料流入管以及電極。爐子包括中空部分并包括在 爐子上部形成的用于排出等離子體反應物的排料開口。用于向爐子內部供給等離子體反應 用原料的原料流入管可操作地與爐子的下部相連，并且定位在爐子內的進料開口被形成為 相對于爐子外圓周表面的法線方向傾斜成預定角度，使得所供給的原料以旋轉流動的方式 在爐子內前進。用于產生被供給到爐子內的原料進行等離子體反應所需的放電電壓的電極 定位在爐子底板上并與爐子內壁間隔成預定距離。爐子的特征在于定位在電極上方的部分 的寬度擴大。因而，當供給到爐子內部的原料發生等離子體反應時，爐子使等離子體反應區 擴大，由此形成加寬區域腔室以暫時保留等離子體反應區。如圖1-3所示，等離子體反應裝置50包括爐子10、電極30和原料流入管20。爐子10被形成為包括中空部以形成用于等離子體反應的空間。下文將對爐子的 具體結構和形狀進行描述。用于產生使供給到爐子10內的原料發生等離子體反應的放電電壓的電極30位于 爐子10的底部并與爐子10的內壁間隔預定距離。電極30在形狀上具有以下特征。電極30包括圓錐形上部和呈圓柱形延伸的下部。因而，在電極30上，大致中間部 分的寬度與其它部分相比相對擴大。電極30的圓柱形延伸的下部與電極30的上部相比在 寬度上相對較窄。圓錐形頂點以及連接圓錐形和圓柱形的部分為圓滑曲面。根據電極30的形狀特征，反應室15形成在其中電極30位于爐子10內的區段。在 反應室15中，通過下文所述的從原料流入管20以及與原料流入管20可操作地相連的原料 流入室13流入的原料進行等離子體反應。也就是說，原料流入室13和反應室15通過電極 30的寬度擴大的中間部分(相對于圓錐形的下部)分隔。原料流入室13延伸形成為窄圓 柱形。由于電極30的寬度擴大的部分與爐子10的內壁之間的間隔變得相對較窄，因此流 入爐子內的原料不會立即前進到反應室15。相反，在原料暫時保留在容積相對較大的原料 流入室13內并得到充分混合之后，原料才前進到反應室15。也就是說，電極30的上述形狀 使得其中在爐子10內形成電極30的區段能夠分成原料流入室13和反應室15，使原料流入 室13能夠具有足夠的容積并且使從原料流入室13供給的原料能夠限制性地前進到反應室 15內，從而充分混合原料。原料流入管20可操作地與爐子10的下部相連，以使用于等離子體反應的原料流 入爐子10內的原料流入室13。原料流入管的數量不受限制。位于爐子上與原料流入管20 相連的進料開口(下文稱為流入孔)被形成為相對于爐子10的壁表面傾斜，也就是說，流 入孔21具有旋渦形狀。流入孔21使原料可以在爐子內形成旋轉流動并前進。這樣使原料 能夠形成旋轉流動并在反應室15內前進。因而，原料在圓周方向上旋轉同時向上移動而不是沿爐子10的長度方向直接向上移動。原料的旋轉前進提高了相同容積下的等離子體反 應效率。根據本發明的第一實施方式，爐子10的結構和形狀的理想方案如下爐子10被形成為包括中空部分。爐子10的外觀大致為圓柱形。如上所述，爐子 10的下部與原料流入管20相連。爐子10的上部開放形成排料開口 11。排料開口 11被形 成為排出等離子體反應物。爐子10的上部寬度擴大，由此在爐子10的上部形成加寬區域 腔室17。加寬區域腔室17可以位于電極30的頂端上方。也就是說，爐子10具有位于電 極30上方的更寬部分。根據以上描述，原料流入室13、反應室15和加寬區域腔室17從爐 子10的下部位置到上部位置依次形成。由于加寬區域腔室17比反應室15擴大，因此當原 料在反應室15內形成等離子體反應時，等離子體反應區通過加寬區域腔室17得到擴大并 得到暫時保留。隨之增加了等離子體反應產物保留的時間，由此有利于另外的高溫反應并 產生了排除等離子體不連續形成的作用效果。在爐子10內劃分加寬區域腔室17和反應室 15的點，也就是爐子10內部擴大的起始點可以形成為尖端19而不是圓滑曲面。為此，位于 爐子10內電極30上方的部分被形成以直角形狀擴大。根據爐子10成直角形狀擴大的結 構，提高了加寬區域腔室17中等離子體反應區的水平擴展，并且由于尖端19的存在使得等 離子體旋轉，因此可以連續完成等離子體反應。當通過加寬區域腔室17形成停留的等離子體時，穿過在反應室15與電極30頂端 的加寬區域腔室17之間形成的尖端19產生旋轉等離子體。從反應室15與加寬區域腔室 17之間形成的尖端19到電極30的頂端的距離是決定所形成的等離子體的熱特性的因素。用于向加寬區域腔室17供給另外的原料的輔助原料流入管25與爐子10可操作 地相連，由此能夠通過在加寬區域腔室17中增加的原料進行另外的反應。當排料開口 11的直徑被形成為小于爐子10中加寬區域腔室17的直徑時，等離子 體反應物可以更多地在加寬區域腔室17中停留或停止。在第一實施方式中，爐子的上部擴 大一次，但其也可以按多個階梯擴大和/或多次擴大。這種修改落入本發明的范圍內。對于反應器的形狀，當在反應器后部以一個階梯形狀形成擴大區域時，在這種狀 態下形成的等離子體在連續排出和旋轉的同時不會離開并會附著在電極的頂端。在烴類燃 料部分得到氧化的狀態下，停留的等離子體因高溫以及具有高反應性的物質(例如電子和 離子)的集中而變得持久，由此提高重整燃料的性能。圖4是表示根據本發明第二實施方式的等離子體反應裝置的豎剖視圖，圖5是表 示通過圖4所示的等離子體反應裝置保留的等離子體反應區的豎剖視圖，圖6是表示圖4 所示的等離子體反應裝置的橫截面圖。以下將詳細描述本發明的第二實施方式。制造混合氣體以重整和還原燃料的等離子體反應方法包括使烴類燃料和氧化劑 通過可操作地與爐子相連的原料流入管流入爐子內，使得當通過在安裝于爐子上的電極與 爐子內壁之間產生的放電電壓進行等離子體反應時，等離子體區域處于燃料的氧化反應產 生的熱量所導致的更高溫度的狀態下并且在密度上更低；當定位在爐子中電極上方的區段 的寬度擴大而在爐子長度上形成直角階梯時，通過使等離子體反應時產生的等離子體反應 區保留在擴大區段中而產生連續的等離子體反應；以及在爐子的壁表面上形成多個流入 孔并且流入孔與爐子內壁的法向傾斜成預定角度，流入孔用于可操作地連接原料流入管和
7爐子內部。將參照附圖描述本發明的優選實施方式。根據本發明的第二實施方式，提出用于等離子體反應的等離子體反應裝置50的 所需組成和結構。用于使經受等離子體反應的烴類燃料和氧化劑流入的原料流入管20與包括中空 部分的爐子10相連。用于在電極30與爐子10的內壁之間產生用于等離子體反應的放電 電壓的電極30安裝在爐子10內。在可操作地將原料流入管20與爐子10相連的結構中，在爐子10的壁表面上形成 多個流入孔21，用于在原料流入管20與爐子10內部建立可操作的連接。流入孔21被形成 為相對于爐子10內壁的法向傾斜成預定角度。在爐子10的流入孔21與原料流入管20之 間形成供流入爐子10內的氣體(燃料和氧化劑)暫時停留的空間21a。根據以上所述，流動穿過原料流入管20的氣體暫時停留在空間21a內并隨后通過 多個流入孔21在爐子10內均勻地分散。由于流入孔21被形成為傾斜，因此流入的氣體在 爐子10內形成旋轉流動并前進。如上所述，在爐子10內形成用于使等離子體反應時產生的等離子體反應區保留 的加寬區域腔室17。加寬區域腔室17隨著在爐子10內位于電極30上方的區段的寬度的 擴大而形成。在爐子10內位于電極30上方的區段擴大，從而在爐子10的長度方向上形成直角 階梯。因而，當在爐子10內形成擴大區段時，在起始點形成尖端19。在具有上述結構的等離子體反應裝置50中，烴類燃料和氧化劑在部分氧化狀態 下首先通過原料流入管20流入爐子內。在第二實施方式中，CH4被用作燃料并且O2被用作 氧化劑。可以采用任何其它可燃氣體作為燃料并且可以采用引發燃料氧化反應的任何其 它氣體作為氧化劑。燃料和氧化劑可以依次或同時流入爐子10內。如上所述，當燃料和氧化劑流入爐子10內時，通過在安裝于爐子10內的電極30 與爐子10的內壁之間產生的放電電壓進行等離子體反應。隨后，等離子體區處于由燃料 氧化反應產生的熱量所導致的更高溫度狀態下，由此降低了等離子體區的密度。在擴大的 等離子體反應區中，電子的密度因電流變得更高而增大，并且重整過程隨著在電子碰撞和 氧化反應過程中產生的具有高反應性的原子團的快速增多而得到加速。另外，在氧化反應 過程中產生具有高反應性的原子團和離子，由此提高了反應性。根據本發明的第二實施方式，在爐子10中形成的加寬區域腔室17使通過爐子10 內的等離子體反應產生的等離子體反應區擴大，并且在加寬區域腔室17的起始點形成的 尖端19保持等離子體反應區，使得等離子體反應區保留在加寬區域腔室17中，而不是使其 通過爐子10的排料開口 37直接排出。此外，由于流入爐子10內的燃料和氧化劑如上所述 在爐子10內形成旋轉流動，因此等離子體反應區有可能更多地附著在加寬區域腔室17的 尖端19。如上所述，當等離子體反應區保留在爐子10內時，隨后流入爐子10內的燃料和氧 化劑通過之前產生的等離子體反應區連續進行等離子體反應。因此，形成連續的等離子體反應，由此防止由周期性且反復產生的等離子體反應區形成不連續的等離子體反應而引發 反應損失。圖7是表示根據本發明第三實施方式的等離子體反應裝置的豎剖視圖，圖8是表 示在圖7所示的等離子體反應裝置中在電極處形成流入路徑的結構的橫截面圖。以下對本 發明第三實施方式進行描述。根據本發明第三實施方式的等離子體反應裝置包括爐子；電極和吸熱槽。爐子 包括與用于供給等離子體反應所需的原料的原料流入管相連的下部側、形成用于排出等離 子體反應物的排料開口的上部、以及其中位于電極上方的區段寬度擴大的中空部分，由此 形成用于在供給到爐子內的原料發生等離子體反應時暫時保留等離子體反應區的加寬區 域腔室。電極向爐子內突出，用于產生所供給的原料進行等離子體反應的放電電壓。電極被 放入并連接在爐子的底部，與爐子的壁表面間隔成預定距離。吸熱槽可操作地與每個液態 原料流入管以及液態原料供給管相連，所述液態原料流入管用于使液態原料流入在爐子中 形成的腔室內，所述液態原料供給管一側與爐子相連，用于將流入腔室內的液態原料供給 到爐子內。吸熱槽位于加寬區域腔室內，使得流入腔室內的液態原料吸收腔室中的熱量。將參照本發明的優選實施方式更清楚地描述具有上述特征的等離子體反應裝置。將參照附圖詳細描述根據本發明優選實施方式的等離子體反應裝置。在描述根據第三實施方式的等離子體反應裝置之前，應該指出本發明涉及一種用 于通過等離子體反應完成液態或氣態原料的重整反應的裝置或一種用于通過等離子體反 應處理各種有害物質原料例如廢物和汽車廢氣的裝置，下文提及的原料包括對環境有害的 化學成分和各種有害物質。如圖7和8所示，根據第三實施方式的等離子體反應裝置50基本上包括爐子10、 電極30和吸熱槽93。爐子10包括用于向等離子體反應提供空間的中空部分并具有大致的圓柱形。爐 子10包括與用于接收等離子體反應所需的原料的原料流入管91相連的下部側，以及形成 用于排出等離子體反應物的排料開口 92的上部。以下將更具體地描述爐子10的特征結構和形狀。在爐子10的上部，隨著位于電極30上方區段的寬度的擴大而形成加寬區域腔室 17。當加寬區域腔室17形成在爐子10內時，通過其中電極30位于爐子10中的區段上的等 離子體反應形成的等離子體反應區通過加寬區域腔室17得到擴大并暫時保留在那里。因 而，增加了等離子體反應產物停留的時間，由此有利于在高溫下發生另外的反應并產生了 排除等離子體不連續形成的作用效果。由于等離子體反應區得到保留，因此在加寬區域腔 室17中形成更高溫度的區域。這樣有利于液態原料吸收吸熱槽93中的熱量，這一點將在 后文進行描述。爐子10的上部彎曲，形成直角階梯。在爐子10上部頂端形成的排料開口 92不在加寬區域腔室17的垂直延長線上定位。根據上述結構，等離子體反應區更大地保留 在加寬區域腔室17中。作為所得到的作用效果，在加寬區域腔室17中形成更可靠的高溫 區域。電極30向爐子10內突出并產生用于使供給到爐子10內的原料發生等離子體反 應的放電電壓。電極30與爐子10的內壁間隔成預定距離并穿過與其相連的爐子10的底 部。電極30與外部電源(未示出)相連以產生電壓。電極30在形狀上具有以下特征
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電極30的上部具有圓錐形并且其下部具有延伸的圓柱形。因而，在電極30中，與 圓錐形底部相對應的大致中間部分的寬度與其它部分相比相對擴大。以圓柱形延伸形成 的下部與電極30的上部相比寬度相對較窄。圓錐形的頂點以及連接圓錐形和圓柱形的部 分在電極30上圓滑彎曲。根據上述結構，電極30與爐子10的內壁之間的間隔根據電極30 的高度方向而不同。也就是說，電極30與爐子10的內壁之間的間隔繞電極30的中間部分 較窄，并且該間隔繞電極30中間部分在上部和下部保持距爐子10的內壁相對加寬的空間。 因而，當原料流入位于爐子10中的電極30中間部分下方的區段內時，由于在電極30的中 間部分與爐子10的內壁之間的間隔較窄，因此原料暫時得到保留，在爐子10的下部得到充 分混合并前進，而不是直接前進到電極30的上部。此外，電極包括用于另外供給液態原料的結構，這一點將在下文進行描述。在電極30內形成具有預定空間的原料流入室35。用于使液態原料流入原料流入 室35內的輔助液態原料供給管31與電極30的底部相連。穿過電極30的內壁形成用于將 原料流入室35中的原料供給到爐子10內(優選供給到電極的下部)的流入通路94。因 而，液態原料被另外供給到爐子10內，而無需將任何另外的管連接在爐子10上。輔助氣體供給管33可操作地與輔助液態原料供給管31相連。因而，液態原料和 用于將液態原料分隔成細粒的氣體流入原料流入室35，由此使液態原料能夠在原料流入室 35和爐子10內充分分散。吸熱槽93安裝在爐子10內，以位于加寬區域腔室17中。吸熱槽93外表為球形。 在吸熱槽93內形成具有預定空間的腔室55。吸熱槽93與用于使液態原料流入腔室55內 的液態原料流入管51可操作地相連。吸熱槽93與用于將流入腔室55內的液態原料供給 到爐子10內的液態原料供給管57可操作地相連。也就是說，液態原料供給管57 —側與爐 子10可操作地相連，另一側與吸熱槽93可操作地相連，由此使腔室55內的液態原料供給 到爐子10內。液態原料供給管57的一側可以可操作地與爐子10的下部，優選與位于電極 30中間部分下方的區段相連，并且可以纏繞爐子10的外圓周表面以充分吸收來自爐子10 的熱量。優選地，液態原料流入管51可以可操作地與吸熱槽93的上部相連并且可以垂直于 爐子10的底部。該結構使液態原料從上部垂直供給到下部，直到吸熱槽93的腔室55。因 而，供給到腔室55內的液態原料更直接且更容易到達吸熱槽93的底表面，與爐子10內的 高溫等離子體反應區接觸，由此提高吸熱效率。液態原料流入管51可以與爐子10的底部 平行并且可以可操作地與吸熱槽93的一側相連。該結構在多個液態原料流入管51可操作 地與吸熱槽93相連時是有利的。例如，當多種或多個液態原料流入管51可操作地與吸熱 槽93相連以相互面對時，穿過每個液態原料流入管51供給到吸熱槽93的腔室55內的液 態原料更有效地得到混合。第三實施方式表示可操作地與吸熱槽93的上部相連并垂直于 爐子10的底部的單個液態原料流入管51。由于液態原料流入管51可操作地與吸熱槽相連 并與爐子底部平行的結構被認為更容易由本領域技術人員基于本發明的第三實施方式進 行應用和實施，因此在圖中并未提出。第三實施方式表示液態原料流入管51可操作地與吸 熱槽93相連以將液態原料供給到吸熱槽93內。然而，液體原料也可以利用可操作地與吸 熱槽93相連的噴射裝置(未示出)噴入腔室55內。這種修改明顯落入本發明的范圍內。氣體供給管53可操作地與液態原料流入管51相連，由此使液態原料和用于將液 體原料分隔成細粒的氣體流入腔室55內。當液體原料和氣體(用于將液態原料分隔成細粒)穿過氣體供給管53流入腔室內時，液態原料更有效地得到分散或活化。作為加熱單元用于對流入腔室55內的液態原料強制加熱的加熱器59安裝在吸熱 槽93中。在起始點，當在爐子10的加寬區域腔室17中不完全地形成高溫環境時，也就是 在等離子體反應裝置50操作開始時，加熱器59強制加熱流入腔室55內的液態原料或使其氣化。加熱器59與外部電源(未示出)電連接。加熱器59位于吸熱槽93中并在吸熱 槽93的腔室55中突出。盡管加熱器59可以安裝在吸熱槽93的壁框架內，但其被安裝成 在腔室55中突出，使得原料直接接觸腔室55中的加熱器59的表面并得到有效氣化。當加 熱器59被安裝時，用于電連接的部件和部分需要涂敷絕緣材料以防止爐子10內發生電短 路。根據如上所述的吸熱槽93及其相應構造和結構，穿過液態原料流入管流動的液 態原料吸收腔室55中的熱量并得到分散或活化以穿過液態原料供給管57供給到爐子10 內。因而，得到供給的液態原料更容易與其它原料(例如氣態原料)混合并在電極的整個 表面上擴散，由此使等離子體反應能夠更有效地完成。圖9是表示根據本發明第四實施方式的等離子體反應裝置的豎剖視圖。在根據第 四實施方式的等離子體反應裝置中，在爐子10的外壁上形成混合槽70，并且原料流入管91 和液態原料供給管57通過混合槽70可操作地與爐子10相連。在混合槽70內形成預定容 積的混合室75。因而，相應從原料流入管91和液體原料供給管57前進的原料在形成于混 合槽70內的混合室75中得到混合并供給到爐子10內。也就是說，混合槽70可操作地與 原料流入管91、液體原料供給管57和爐子10相連。如上所述的混合槽70的構造提高了通 過原料流入管91和液態原料供給管57供給的原料的可混合性。如果需要，可在混合槽70 內安裝另外的加熱單元(未示出)。圖10是表示根據本發明的用于降低NOx的裝置的示意圖；圖11是根據本發明第 五實施方式的用于降低NOx的裝置中的等離子體反應器的剖視圖，圖12是在圖11所示的 等離子體反應器中流體流動的剖視圖。用于降低NOx的裝置使從使用存儲裝置中供給的烴 類燃料的發動機中釋放的廢氣移動到吸留催化劑；將廢氣中的NOx吸收到吸留催化劑內， 隨后還原所去除的NOx。用于降低NOx的裝置包括等離子體反應器，其與廢氣從發動機移動 到吸留催化劑所經過的通路相連并通過等離子體反應將從存儲裝置部分供給的烴類燃料 重整成為來自等離子體反應器的高溫還原環境氣體。用于降低NOx的裝置包括主體、電極、以及液態燃料噴射單元。主體包括爐子和基 底。爐子包括排料開口和中空部分。排料開口形成在爐子的一側。中空部分包括在構成 爐子厚度的壁框架上形成的吸熱通路，該吸熱通路使從氣體流入開口流入的氣體移動并吸 熱。基底構成爐子的底部并包括混合室。混合室通過在爐子上形成的流入孔可操作地與吸 熱通路和爐子的內部相連。電極與爐子的內壁間隔開，固定在基底上并在爐子中突出，以形 成用于在爐子中進行等離子體反應的放電電壓。電極包括可操作地與混合室相連的吸熱 室。液態燃料流入吸熱室內。液態燃料噴射單元固定在主體上并將液態燃料供給到電極的 吸熱室內。將參照優選實施方式更清楚地描述具有上述特征的用于降低NOx的裝置。將參照附圖詳細描述根據本發明優選實施方式的用于降低NOx的裝置。
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如圖10到12所示，根據本發明的用于降低NOx的裝置200使從發動機220釋放 的廢氣移動到吸留催化劑230并去除廢氣中的NOx，所述發動機220采用從作為存儲烴類燃 料的存儲裝置的燃料箱21供給的烴類燃料。吸留催化劑230被稱為貧NOx收集(LNT)催化劑。當所移動的廢氣中的NOx得到 吸收時，吸留催化劑230還原所去除的NOx。由于吸留催化劑230的詳細組分和作用眾所周 知，因此不對其進行描述。用于降低NOx的裝置200包括等離子體反應器50。當通過吸留催化劑230還原 NOx時，等離子體反應器50噴射被供給到吸留催化劑230的高溫還原環境氣體。等離子體 反應器50與燃料箱210相連。等離子體反應器50作為將從燃料箱210部分供給到等離子 體反應器50的烴類燃料通過等離子體反應重整成為高溫還原環境氣體的重整裝置。在等離子體反應器50中，排料開口 62可以向著吸留催化劑230安裝，使得通過等 離子體反應重整的還原環境氣體從等離子體反應器50中排出并被噴射到吸留催化劑230。 等離子體反應器50的排料開口 62可以簡單可操作地與供廢氣移動經過的移動管240相 連，如圖所示。以下將描述用于從烴類燃料中產生高溫還原環境氣體的等離子體反應器的特征 構造。被用作根據本發明用于降低NOx的裝置200中的重整裝置的等離子體反應器50 基本上包括主體60、電極70和液態燃料噴射單元。主體60包括爐子61和基底65。爐子61包括中空部分并大致為圓柱形。排料開口 62形成在爐子51的一側并在 等離子體反應之后排出反應物。氣體流入開口 63形成在爐子61上并使氣體可以流入爐子 61內。吸熱通路64形成在構成爐子61厚度的壁框架內并使從氣體流入開口 63流入的氣 體可以沿圓周方向移動并吸收熱量。吸熱通路64沿爐子61的圓周方向大致被形成為線圈 形。基底65構成爐子61的底部。在基底65中形成預定容積的混合室67。混合室67 可操作地與形成在爐子61壁框架上的吸熱通路64相連并同時通過在爐子61上形成的流 入孔68可操作地與爐子61的內部相連。優選地，流入孔68可以被形成為與爐子61內壁 的法向傾斜成預定角度，也就是處于旋渦結構。爐子61和基底65可以一體形成或者可以單獨形成以相互連接。基底65需要包 括絕緣體(未示出)例如陶瓷以防止電流施加在下文進行描述的電極70的下部與爐子61 之間。電極70在爐子61中產生等離子體反應所需的放電電壓。為此，電極70與爐子61 的內壁間隔成預定距離并固定在基底65上以在爐子61中突出。電極大體上為圓錐形。吸 熱室75形成在電極中。吸熱室75可操作地與混合室67相連。從液態燃料噴射單元中供 給的液態燃料流入并暫時保留在吸熱室75中。液態燃料噴射單元與燃料箱210相連并將存儲在燃料箱210中的液態燃料供給到 電極70的吸熱室75內。液態燃料噴射單元固定在主體60上。液態燃料噴射裝置80或噴 射器(未示出)可以被用作液態燃料噴射單元。液態燃料噴射裝置80通過從燃料箱210 供給的氣體與液態燃料一起形成的移動力將液態燃料噴射到吸熱室75內。噴射器(未示出)直接將液態燃料噴射到電極70的吸熱室75內。圖11和12表示被用作液態燃料噴射單元的液態燃料噴射裝置80。也就是說，液態燃料噴射裝置80包括可操作地與燃料箱210相連并供給液態燃料 的液態燃料供給管81以及獨立于液態燃料供給管81可操作地與外部氣體供給源相連并供 給氣體的氣體供給管82，由此使液態燃料和氣體可以同時流入。噴射液態燃料和氣體的一 側面向電極的吸熱室75。以下將描述根據本發明的用于降低NOx的裝置的操作實例。發動機220操作過程中產生的廢氣通過移動管240移動到吸留催化劑230。移動 管240可操作地與等離子體反應器50的排料開口 62的側面相連，使得從等離子體反應器 50中產生的高溫還原環境氣體移動到吸留催化劑230并加速NOx在吸留催化劑230中的還 原作用。將詳細描述等離子體反應器50的作用。等離子體反應器50接收通過液態燃料噴 射裝置80從燃料箱210中供給的烴類燃料并同時使包含O2的氣體通過氣體流入開口 63流 入，所述O2作為被供給的液態燃料(烴類燃料)重整反應時所需的氧化劑。當溫度充分升 高并得到活化時，空氣通過吸熱通路64移動到混合室67內。當通過液態燃料噴射裝置80 移動到電極70的吸熱室75內的液態燃料吸收吸熱室75中的熱量并得到氣化和活化時，液 態燃料移動到混合室67內以與混合室67中的空氣混合并隨后通過流入孔68流入爐子61 內。根據以上所述，應該指出在被供給的空氣和液態燃料在混合室67中充分混合之 后，它們流入爐子61內。此外，由于直接從吸熱室75中噴射液態燃料并且防止液態燃料與 電極70的外表面直接接觸，因此防止出現液態燃料的受潮和焦化現象。此外，由于吸收吸 熱室75中熱量的液態燃料立即與混合室67中的空氣混合，因此基本上防止了液態燃料在 移動過程中被液化。由于流入孔68和電極70的特征結構，通過流入孔68供給到爐子內的液態燃料和 空氣的混合燃料以與容積相比相對較高的效率進行等離子體反應。也就是說，根據本發明， 由于電極70具有圓錐形并且流入孔68被形成旋渦結構，因此通過流入孔68流入爐子內的 混合燃料沿電極70的圓周方向連續進行等離子體反應。在如上所述的等離子體反應器50中，通過對首先供給的液態燃料和作為氧化劑 的空氣進行重整而產生的還原環境氣體可以是烴(HC)、一氧化碳(CO)或氫氣(H2)。在供 給環境氣體的狀態下，將NOx還原為氮氣(N2)。此外，當作為根據本發明的用于降低NOx的裝置的示意圖在圖10中示出的等離子 體反應器50采用參照第一到第四實施方式描述的等離子體反應裝置50的構造時，可以獲 得與第五實施方式相同的效果。盡管已經參照本發明的示例性實施方式具體示出和描述了本發明，但本領域普通 技術人員將會認識到在不脫離由以下權利要求限定的本發明精神和范圍的前提下可以在 形式和細節上對其做出多種改變。
權利要求
一種用于利用等離子體反應器通過吸留催化劑降低NOx的裝置，其中，在從發動機(20)排出的廢氣移動到吸留催化劑(230)并且廢氣中的NOx被吸入吸留催化劑(230)內之后，NOx被還原以得到去除，所述發動機(20)采用從存儲裝置供給的烴類燃料，所述裝置包括與廢氣從發動機(20)移動到吸留催化劑(230)所穿過的移動通路相連的等離子體反應器(50)，該等離子體反應器(50)用于通過等離子體反應將從存儲裝置部分供給的烴類燃料重整為高溫還原環境氣體，使得在NOx在吸留催化劑(230)中還原時，供給從等離子體反應器(50)中產生的還原環境氣體。
2.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述等離子體反應器包括爐子(10)，其為中空的并包括在爐子(10)的上部位置形成的排料開口(11)，該排料開 口(11)用于排出等離子體反應物；原料流入管(20)，其可操作地與爐子(10)的下部相連使得等離子體反應所需的原料 被供給到爐子(10)內，并且其包括位于爐子(10)內并被形成為與爐子(10)的外圓周表面 的法向傾斜成預定角度使得供給的原料在爐子(10)內形成旋轉流動并前進的進料開口 ； 以及電極(30)，其被放置在爐子(10)的底部并與爐子(10)的內壁間隔成預定距離，從而產 生被供給到爐子(10)內的原料等離子體反應所需的放電電壓；并且其中爐子(10)包括位于電極(30)上方且寬度擴大的區段，從而形成加寬區域腔室 (17)以在供給到爐子(10)內的原料進行等離子體反應時擴大等離子體反應區，使其暫時 保留在加寬區域腔室(17)中。
3.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述等離子體反應器包括中空的爐子(10)，其中用于接收等離子體反應所需的原料的原料流入管(11)可操 作地與爐子(10)的下部一側相連，用于排出等離子體反應物的排料開口(17)形成在爐 子(10)的上部位置，以及位于電極(30)上方的區段的寬度得到擴大以形成加寬區域腔室 (15)，由此在供給到爐子(10)內部的原料發生等離子體反應時擴大等離子體反應區以暫 時保留在加寬區域腔室(15)中；電極(30)在爐子(10)內突出，與爐子(10)的壁表面間隔成預定距離并穿過爐子(10) 的底部放置并連接在爐子(10)的底部，由此產生被供給的原料進行等離子體反應所需的 放電電壓；以及吸熱槽(50)位于加寬區域腔室(15)中并分別可操作地與液態原料流入管(51)和液 態原料供給管(57)相連，由此使流過液態原料流入管(51)的液態原料吸收腔室(55)中的 熱量，其中液態原料流入管(51)使液態原料可以流入內部形成的腔室(55)內，可操作地與 爐子(10)相連的液態原料供給管(57)將流入腔室(55)內的液態原料供給到爐子(10)內。
4.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述等離子體反應器包括主體(60)，其包括中空爐子(61)和構成爐子(61)底部的基底(65)，其中排料開口(62)形成在爐子(61)的一側，吸熱通路形成在具有爐子(61)厚度的壁框架內并使從氣體流入開口(63)流入的氣體 移動并吸收熱量，以及形成在基底(65)內的混合室(67)，其可操作地與吸熱通路(64)相連并同時通過在爐子(61)上形成的流入孔(68)與爐子(61)的內部相連；電極(70)，其與爐子(61)的內壁間隔開、固定在基底(65)上并在爐子(61)中突出，以 產生爐子(61)內等離子體反應所需的放電電壓，其中在電極(70)內形成可操作地與混合室(67)相連的吸熱室(75)，并使液態燃料流 入吸熱室(75)內；以及固定在主體(60)上并向電極(70)的吸熱室(75)供給液態燃料的液態燃料噴射單元。
5.如權利要求2所述的裝置，其特征在于，所述電極(30)具有圓錐形上部和延伸圓柱 形下部，使得電極(30)中間部分的寬度得到擴大。
6.如權利要求3所述的裝置，其特征在于，預定空間的原料流入室(35)位于電極(30) 內，用于使液態原料流入原料流入室(35)內的輔助液態原料供給管(31)可操作地連接在 電極(30)的底部，并且穿過電極(30)的內壁形成用于使原料流入室(35)中的原料流入爐 子(10)內的流入通路(37)。
7.如權利要求4所述的裝置，其特征在于，所述電極(70)為圓錐形，并且流入孔(68) 被形成為與爐子(61)的內壁的法向傾斜成預定角度，使得通過混合室(67)中的氣體和液 態燃料混合物得到的混合燃料沿電極(70)的外圓周表面形成旋轉流動，以流入爐子(61) 內并前進。
全文摘要
本發明提供一種使用等離子體反應器的吸留催化劑式NOX降低裝置，以去除柴油發動機產生的污染物NOX。該裝置在使用吸留催化劑的已有NOX還原器中由吸留催化劑進行的NOX還原過程中供給高溫還原環境氣體，以有效激活NOX的還原和去除。高溫還原環境氣體的供給通過單獨的等離子體反應器來進行，從而發動機在操作過程中不受干擾，以及在需要時作為等離子體重整反應特征的即時反應被用于快速供給環境氣體，被供給到等離子體反應器的液體燃料和氣體被有效地相互混合，從而顯著提高燃料的重整性能。
文檔編號B01D53/94GK101966423SQ20101028499
公開日2011年2月9日 申請日期2006年10月9日 優先權日2005年10月10日
發明者宋永焄, 李大勛, 李載玉, 車旻錫, 金冠泰, 金釋俊 申請人:韓國機械研究院