本發明涉及汽車尾氣凈化領域，尤其涉及一種傳熱管式熱電發電儲能三元催化尾氣凈化器以及尾氣凈化方法。

背景技術：

三元催化器是安裝在汽車排氣系統中最重要的機外凈化裝置，它可將汽車尾氣排出的CO、HC和NOx等有害氣體通過氧化和還原作用轉變為無害的二氧化碳、水和氮氣。當高溫的汽車尾氣通過凈化裝置時，三元催化器中的凈化劑(常用金屬鉑、銠、鈀)將增強CO、HC和NOx三種氣體的活性，促使其進行一定的氧化-還原化學反應，其中CO在高溫下氧化成為無色、無毒的二氧化碳氣體；HC化合物在高溫下氧化成水(H₂O)和二氧化碳；NOx還原成氮氣和氧氣。三種有害氣體變成無害氣體，使汽車尾氣得以凈化。

經對現有技術的文獻檢索發現，中國專利公開號為CN201412211，名稱為三元催化轉化器，該實用新型所述的三元催化轉化器包括有管體和裝在該管體內用于三元催化的凈化劑，所述管體的前端和后端分別通過一個具有中心通孔的端蓋與一個連接法蘭相連接，在所述凈化劑與所述管體之間裝有襯墊層。但這種三元催化轉化器在工作時進氣口散熱較快，催化劑處的催化溫度較低，或達到理想催化狀態溫度(最佳的工作溫度是400℃到800℃左右)的時間較長，以致催化轉化效率低，甚至可能造成在發動機啟動初期的催化轉化效果達不到標準要求。為此，中國專利申請號為CN201210157728.6，名稱為機動車尾氣排放裝置及機動車發動機尾氣催化器，該系統所述機動車發動機尾氣催化器包括有筒體和裝在該筒體內用于三元催化的催化劑，以及進氣端連接法蘭，所述筒體前端與所述進氣端連接法蘭之間設有由內筒，套在該內筒外的外筒，以及裝在所述內筒和所述外筒之間的隔熱材料構成的進氣管。由于機動車發動機尾氣催化器可直接安裝在發動機艙內，催化轉化器能很快達到正常工作溫度，有利于催化器啟燃，更能提高催化劑的催化效率和使用時間，減少污染氣體的排放。

同時，催化器工作時會產生大量的熱量，熱量使三元催化器內的溫度升高，當溫度超過1000℃時，催化體上的催化劑涂層就會燒結壞死，也極易發生車輛自燃事故。為了防止催化體燒結及防止車輛自燃，需要及時對三元催化器冷卻降溫。中國專利申請號為201510951237.2，名稱為三元催化器風冷系統，該系統包括四通管、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。該發明意在提供一種三元催化器風冷系統，以汽車尾氣為動力抽取空氣冷卻溫度過高的三元催化器，同時保證冷卻過程中三元催化器繼續正常工作。但是，該專利技術不能解決催化器低溫運行時催化效率低的問題。

因此，本領域的技術人員致力于開發一種三元催化尾氣凈化器，既能在發動機冷啟動時快速達到催化溫度，又能在工作時間過長后催化溫度過高時，及時冷卻催化劑涂層的溫度，防止燒結壞死，還能同時回收利用冷卻時散發的熱能，極大地提高能源利用效率。

技術實現要素：

有鑒于現有技術的上述缺陷，本發明所要解決的技術問題是如何設計一種三元催化尾氣凈化器，同時可以滿足催化劑涂層快速升溫和及時冷卻的性能要求，還可以回收利用廢棄熱能，提高能源利用效率。

為實現上述目的，本發明提供了一種三元催化尾氣凈化器，包括傳熱管、換熱翅片、電磁感應線圈、溫度傳感器、溫差發電片、電磁感應加熱裝置、自動升降壓器、儲電電瓶和逆變器，其中所述傳熱管具有熱端和冷端，所述傳熱管熱端設置于凈化器外殼內部，所述傳熱管冷端設置于凈化器外殼外部；所述傳熱管熱端的表面設置有熱端換熱翅片和所述電磁感應線圈；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，所述溫度傳感器設置在所述熱端換熱翅片上，并與所述電磁感應加熱裝置相連；所述傳熱管冷端的表面設置有冷端換熱翅片和所述溫差發電片；所述溫差發電片與所述自動升降壓器相連，所述自動升降壓器的輸出端與所述儲電電瓶的輸入端相連，所述儲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加熱裝置的輸入端相連。

進一步地，所述凈化器外殼采用具有防腐蝕性能的不銹鋼材料。

進一步地，所述傳熱管采用中溫熱管，所述傳熱管的工質工作溫度范圍為400-800℃。

進一步地，所述熱端換熱翅片和冷端換熱翅片采用導熱金屬材料。

進一步地，所述三元催化劑采用金屬鉑、銠或鈀。

進一步地，所述溫差發電片為圓弧形狀。

本發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、提供如權利要求1-6任一一種三元尾氣凈化器；

步驟2、當發動機運行且傳熱管熱端的表面催化劑溫度低于300℃時，電磁感應加熱裝置利用電磁感應線圈對所述傳熱管熱端的表面催化劑進行加熱，直到所述催化劑溫度迅速達到300℃；

步驟3、當傳熱管熱端的表面溫度超過400℃時，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電片利用傳遞的熱量進行發電并儲存在儲電電瓶中；

步驟5、儲電電瓶為電磁感應加熱裝置提供電能。

本發明設計一種基于傳熱管式冷卻及電磁加熱啟動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)并纏繞電磁感應線圈，構成尾氣凈化器安裝在發動機排氣管道內；傳熱管冷端外表面緊貼帶有冷卻翅片的溫差發電片，置于尾氣排氣管道外。當發動機運行且傳熱管熱端外表面催化劑溫度低于300℃時，電磁感應加熱裝置開始工作；傳熱管內工作工質的工作溫度范圍是400-800℃，即當傳熱管熱端溫度超過400℃時，傳熱管開始工作，傳熱管熱端的熱量不斷傳遞到傳熱管冷端，一方面可對傳熱管熱端上的三元催化劑進行冷卻，防止三元催化劑溫度過高，另一方面，傳熱管冷端上的溫差發電片將利用傳遞的熱量進行發電并儲存在電瓶中，為電磁感應加熱裝置提供電能，從而實現發動機尾氣廢熱有效利用。

本發明和現有技術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間，減少污染氣體的排放；同時利用傳熱管導熱條件可控性及高導熱性能，防止三元催化劑由于長時間工作導致其溫度過高，有利于延長催化劑使用壽命。

以下將結合附圖對本發明的構思、具體結構及產生的技術效果作進一步說明，以充分地了解本發明的目的、特征和效果。

附圖說明

圖1是本發明的一個較佳實施例的三元催化尾氣凈化器結構示意圖；

圖2是圖1中A-A線方向的剖面圖。

具體實施方式

以下將結合附圖對本發明的構思、具體結構及產生的技術效果作進一步說明，以充分地了解本發明的目的、特征和效果。

如圖1所示，本發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，電磁感應線圈4，溫度傳感器5，傳熱管冷端6，溫差發電片7，冷端換熱翅片8，自動升降壓器9，儲電電瓶10，逆變器11，電磁感應加熱裝置12。

傳熱管熱端2安裝在凈化器外殼1內，傳熱管熱端2外表面貼有熱端換熱翅片3，并纏繞有電磁感應線圈4，電磁感應線圈4與電磁感應加熱裝置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的溫差發電片7，溫差發電片7的正、負極分別與自動升降壓器9電輸入端相連，自動升降壓器9電輸出端與儲電電瓶10電輸入端相連，儲電電瓶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，溫差發電片7為圓弧形狀，自動升降壓器9將不穩定的電壓轉化為穩定的儲電電瓶10的充電電壓(通常為12V或24V)，逆變器11則將儲電電瓶10的直流輸出電流轉化為220V,50Hz的交流電流用于驅動電磁感應加熱裝置12。

當發動機運行且傳熱管熱端2外表面催化劑溫度低于300℃時，電磁感應加熱裝置12開始工作，利用電磁感應線圈4對傳熱管熱端2外表面催化劑進行加熱，指導催化劑溫度迅速達到300℃；當傳熱管熱端2溫度超過400℃時，傳熱管開始工作，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高，傳熱管冷端6上的溫差發電片7將利用傳遞的熱量進行發電并儲存在儲電電瓶10中，為電磁感應加熱裝置12提供電能，從而實現發動機尾氣廢熱有效利用。

以上詳細描述了本發明的較佳具體實施例。應當理解，本領域的普通技術無需創造性勞動就可以根據本發明的構思作出諸多修改和變化。因此，凡本技術領域中技術人員依本發明的構思在現有技術的基礎上通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的技術方案，皆應在由權利要求書所確定的保護范圍內。