[发明专利]具有燃料电池部分和催化转化部分的催化装置

说明书

技术领域

本发明总体涉及内燃机的排放系统。

背景技术

由于热损耗、摩擦、不完全燃烧以及其它因素，内燃机利用的燃料能量仅仅是所供燃料能量的一部分(例如，有些情况下大约31％到38％)。另外，所供燃料能量大约3-17％被用于维持待机时发动机的运行，并且，另有1-2％用于运转附件。因此，利用这些损耗的能量，尤其是热能和化学能形式的能量有利于提高总体车辆系统燃效。

利用损耗能量的一种方法是在内燃机排气系统中配置固态氧化物燃料电池(SOFC)。例如，美国专利申请No.2004/0177607描述了一种在排气系统中具有SOFC的内燃机。该专利申请也描述了在排气系统中位于SOFC上下游的氧化催化剂。上游氧化催化剂用于重整SOFC的燃料，而下游氧化催化剂用于处理未被SOFC消耗的任何未被氧化的或部分被氧化的排气成分。但是，这种系统仍然浪费了未被充分利用的能量。例如，在这种系统中，氧化催化剂中的氧化反应产生的热量可能流失。

发明内容

发明人于此认识到，通过包含内燃机、传导发动机排放气体的排气系统以及与排气系统关联的催化装置的设备可以更有效地利用损耗能量，其中，催化装置包含催化转换部分和燃料电池部分。

根据另一个方面，一种用于处理内燃发动机的排放的催化装置，所述催化装置包含具有外表面和内表面的支撑结构，其中，所述支撑结构包括固体电解质材料；位于支撑结构的至少部分内表面上的阳极材料层；位于支撑结构的至少部分外表面上的阴极材料层；位于阳极材料层的至少部分之上的三元催化层。

上述设备可以使催化转换部分中化学反应产生的热量用于加热催化装置的燃料电池部分，并且可提供其它益处。

根据再一个方面，一种设备包含内燃发动机；用于传导所述发动机排放气体的排气系统；以及与所述排气系统关联的催化装置，其中，所述催化装置包含催化转换部分和多个燃料电池部分。

相对于单燃料电池，这样的构造可充当燃料电池组来增大装置的输出电压。并且燃料电池部分可以任何方式电气连接以形成任何适宜数量的输出。

附图说明

图1是内燃机的示范实施例的示意图。

图2是包含燃料电池部分和催化转换部分的催化装置的示范实施例的示意图。

图3是包含燃料电池部分和催化转换部分的催化装置的示范实施例的示意视图，说明了第一示范氧化剂入口。

图4是包含燃料电池部分和催化转化部分的催化装置的示范实施例的示意视图，了第二示范氧化剂入口。

图5是包含多个燃料电池部分的催化装置的示范实施例的示意视图。

图6是包含多个燃料电池部分的催化装置的另一示范实施例的示意视图。

图7是包含多个燃料电池部分的催化装置的另一示范实施例的示意视图。

具体实施方式

图1显示内燃机10的示范实施例的示意描述。发动机10典型地包含多个汽缸并受电子发动机控制器12控制，其中的一个汽缸如图1所示。发动机10包括燃烧室14和带有活塞18的汽缸壁16，活塞18设于其中并连接到曲轴20。燃烧室14分别经由进气门26和排气门28与进气歧管22和排气歧管24相通。排气氧含量传感器30连接到发动机10的排气歧管24。催化装置34连接排气歧管24并从中接收排气。催化装置34包含燃料电池部分和催化转换部分，如下详述。

发动机10描述为进气口喷射火花点火式汽油发动机。但是，应当意识到，在这里公开的系统和方法可用于其它适宜发动机，包括直喷发动机以及包括但不限于柴油机的压缩点火式发动机。

进气歧管22通过节气门片44与节气门体42相通。所示的进气歧管22也具有连接到其中的燃料喷射器46，其供给的燃料与来自控制器12的信号(fpw)的脉宽成比例。可选的，可使用将燃料直接喷射入燃烧室的直喷机制(图中未画)。燃料通过包括燃料箱、燃料泵及燃料分供管(图中未画)的传统燃料系统(图中未画)供给到燃料喷射器46。发动机10进一步包括传统无分电盘的点火系统48，经由火花塞50向燃烧室30提供点火火花以响应控制器12。这里所述的实施例中，控制器12为传统的微计算机包括：微处理器单元52，输入/输出端口54，电子存储芯片56(在此特定实例中为电子可编程存储器)，随机存储器58及传统的数据总线。