[发明专利]具有燃料电池发电再生的NOx再生

说明书

技术领域

本发明涉及在具有内燃机的车辆中结合应用氢气和一氧化碳的混合发电气体(在下文中称合成气)以在NOx捕集器中再生NOx吸附剂，以及转移一部分H₂合成气以给车辆(例如柴油机重载车)中的燃料电池辅助发电系统提供含氢燃料。

背景技术

在具有内燃机的车辆中，为了减少排气中的氮氧化物(NOx)，已知的做法是制造氢气和一氧化碳的气态混合物(以下称合成气)来再生NOx捕集器中的吸附材料。美国共同待审专利系列No.10/243,105(申请2002年9月13日)中公开了由发动机燃料、发动机排气和空气生成的合成气以用于再生NOx捕集器。这种系统的另一个实例在共同拥有的美国共同待审专利系列No.10/309,712(申请2002年12月4日)中被详细阐述。

如图1所示，在现有技术的系统中，发动机系统11包括内燃机12，该内燃机接收管线13中的燃料和空气的混合物。管线17中的空气通常由涡轮增压风机(turbo charger)提供，并通过阀18来合适地调节空气压力。燃料由燃料泵20供给到管线19中。管线23中的发动机排气通过阀或固定节流孔板24被供应到静态混合器25中；同时管线19中的燃料通过阀或固定节流孔板26也被供应到静态混合器25中。管线29中静态混合器的输出被施加到部分催化氧化器(CPO)30中，该部分催化氧化器(CPO)生成氢气、一氧化碳以及其它气体的气态混合物，这些都是传统的技术，与本项发明无关。CPO的输出在管线31中被施加到二通阀33中，但是该阀也可以是有更多选择方向的阀，如本文的其它地方所述。

管线23中的排气也被供给到合成气利用设备中，例如，经组阀34供送到一对NOx捕集器35中，这在前述的申请系列No.10/243,105的专利中公开，并且可以利用例如碳酸钡作为NOx吸附材料以减少发动机中NOx的散发。组阀34的另一个输入是由二通阀33中的一个设置供给到管线38中的。从而，当一个NOx捕集器中的吸附材料被合成气再生时，在较短的时间内(通常是5-10秒)，从控制器40发出的信号39将使二通阀33给组阀34提供有效数量的合成气；在这种情况下，合成气的有效数量是指再生NOx捕集器所需的量。控制器40通过信号41来回地转换组阀34，以便使所述NOx捕集器在较长的周期内(通常约80-100秒)交替地吸收NOx，而且在相对较短的时间内被合成气再生。

当不需要合成气时，通过信号39，控制器40使二通阀33设置成将合成气供应到EGR管线43中，该管线43通过传统的EGR阀44接收排气管线23中的排气。EGR气体在热交换器45中被冷却、经过另一个传统的EGR阀46、在刚要进入发动机的燃烧室之前在此与空气/燃料的混合物相混合。EGR的构件43-46是传统形式的。

图1的设备中，当发动机12正常运转时，使得CPO在其额定容量下运行，以连续地提供有效或足够量的合成气。CPO的输出被交替地供给到NOx捕集器35或者被转移到发动机12的入口。由于合成气的热值在发动机中被回收利用，从而改善了发动机的运转，并且减少了不希望的排放，用于产生合成气的燃料数量不会导致整个发动机系统的效率损失。通过使得CPO连续地进行运转(在发动机正常运转时)，就不需要频繁地启动和关闭CPO；因此，CPO的控制被显著的简化，而且使损坏CPO催化剂的风险减到最小。

在大型重载车辆中，典型的是那些由柴油发动机驱动的大型重载车辆，会不时地消耗一定数量的电能，这就需要辅助供电单元。而现有可用的辅助供电单元非常昂贵，并且驱动辅助供电单元所需的燃料处理系统也非常复杂和昂贵，它在普通的应用情况下并不实用。

发明内容

本项发明的目的包括：一种用于大型重载车辆的实用辅助供电单元；一种可以通过很节省成本的、并且高效率的方式供以燃料的辅助供电单元；一种可与附属于重载车辆的发动机的其他器件兼容并因此能够与该附属器件成为一体的辅助供电单元；一种大型重载车辆的改进的辅助系统。