CN110700923A - 一种超声复合型催化器和催化方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于催化器技术领域，尤其涉及一种超声复合型催化器和催化方法。本发明提供的超声复合型催化器包括入口管1、催化单元、超声波探头5、电子控制单元6、流量计7和出口管8，所述入口管1、催化单元和出口管8顺次连接；所述电子控制单元6设置于所述催化单元的外部，所述电子控制单元6与超声波探头5和流量计7相连；所述流量计7设置于所述出口管8的起始位置；所述超声波探头5设置于所述催化单元上。利用本发明的超声复合型催化器，能够降低催化剂的起始反应温度，提高催化剂载体内的催化反应速率，通过流量计可以在线自动检查被催化剂处理物质产生的沉积物生成情况，并可实现在线清除催化剂载体附着的沉积物，增加其使用寿命。

Description

一种超声复合型催化器和催化方法

技术领域

本发明涉及催化器技术领域，尤其涉及一种超声复合型催化器和催化方法。

背景技术

催化反应即通过催化剂改变反应所需的活化自由能，改变反应物的化学反应速率，反应前后催化剂的量和质均不发生改变的反应。催化工艺在许多领域均有应用，现代化学工业和炼油工业的生产过程，已有90％以上使用了催化方法。

三元催化器是安装在汽车排气系统中最重要的机外净化装置，三元催化器可将汽车尾气排出的一氧化碳、碳氢化合物和氮氧化物等有害气体，通过氧化和还原作用转变为无害的二氧化碳、水和氮气。然而，传统三元催化器存在一些缺点，比如催化剂温度过低(工作温度达不到其起燃温度300℃)时，将不能进行有效的尾气转换；三元催化器长期在低温条件下工作将会导致重金属沉积在催化剂的载体表面，使催化剂表面的大量活性微孔被封堵而无法与排放的有害气体接触，进而导致催化剂失去催化转化作用。

目前，传统三元催化器的使用仍比较广泛，但是其存在的上述问题并未得到彻底解决。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超声复合型催化器和催化方法，该超声复合型催化器能降低催化剂的起始反应温度、提高催化剂载体内的反应速率、能自动在线清除催化剂载体内沉积物、使用寿命长。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种超声复合型催化器，包括入口管1、催化单元、超声波探头5、电子控制单元6、流量计7和出口管8，所述入口管1、催化单元和出口管8顺次连接；所述电子控制单元6设置于所述催化单元的外部，所述电子控制单元6与超声波探头5和流量计7相连；所述流量计7设置于所述出口管8的起始位置；所述超声波探头5设置于所述催化单元上。

优选的，所述催化单元包括左腔体2、催化剂载体3、壳体4和右腔体9，所述催化剂载体3包裹于所述壳体4内，所述左腔体2、壳体4和右腔体9顺次相连。

优选的，所述超声波探头的数量为1～3个。

优选的，当所述超声波探头的数量为1个时，所述超声波探头设置于所述左腔体2、壳体4或右腔体9上。

优选的，当所述超声波探头的数量为2个时，所述超声波探头设置于所述左腔体2、壳体4和右腔体9中的任意两处。

优选的，当所述超声波探头的数量为3个时，所述超声波探头设置于所述左腔体2、壳体4和右腔体9上。

本发明提供了利用上述技术方案所述超声复合型催化器进行催化的方法，包括以下步骤：

将待处理物通过入口管1输送入催化单元，超声波探头5发射超声波，进行在线实时催化，在流量计7和电子控制单元6的监控下，超声波探头5在线改变声波频率，将催化产生的沉积物进行超声脱附去除，并通过出口管8排出。

优选的，所述超声波的频率为20～400kHz。

优选的，所述超声波探头5在线改变声波频率为40～90kHz。

优选的，所述流量计7通过计算催化流体流量和标定流量的差值来判断沉积物的生成，电子控制单元6通过流量计7传递的当前流量信号判断沉积物生成率，进而根据沉积物生成率改变超声波探头5的声波频率。

本发明提供了一种超声复合型催化器，包括入口管1、催化单元、超声波探头5、电子控制单元6、流量计7和出口管8，所述入口管1、催化单元和出口管8顺次连接；所述电子控制单元6设置于所述催化单元的外部，所述电子控制单元6与超声波探头5和流量计7相连；所述流量计7设置于所述出口管8的起始位置；所述超声波探头5设置于所述催化单元上。

利用本发明的超声复合型催化器，能够将超声作用于催化剂载体区域内，提高催化剂载体内的催化反应效果，比现有的传统三元催化器的催化转化效率提高5％以上(当发动机的空燃比在理论空燃比14.7附近时，传统三元催化器可将90％的碳氢化合物和一氧化碳及70％的氮氧化物同时净化，转化效率分别为90％和70％)；同时，本发明的超声复合型催化器能够降低催化剂的起始反应温度，以汽车三元催化器为例，尾气可在超声空化效应下产生H·、·OH、O·等自由基，加速链式化学反应，使尾气反应更加充分，进一步减少有害气体的排放。

利用本发明的超声复合型催化器，能够将超声作用于催化剂载体区域内，通过超声产生的复杂物理化学过程引起依附在催化剂载体表面的沉积物振动，将沉积物震荡成粉尘颗粒，便于催化剂载体内部的自动在线清洁，进而提高催化反应速率。以汽车三元催化器为例，通过超声产生的复杂物理化学过程，能引起依附在三元催化剂载体表面的积碳等沉积物振动脱离，将积碳等沉积物震荡成粉尘颗粒的同时，被高温高速的排气气流轻易带走并排出三元催化器，便于三元催化器中积碳等沉积物的自动在线自清洁。

利用本发明的超声复合型催化器，通过流量计可以在线自动检查被催化剂处理物质产生的沉积物生成情况，并可自动利用超声波探头发射超声波在线清除催化剂载体附着的沉积物。以汽车三元催化器为例，本发明通过流量计可以自动在线检查尾气中三元催化器产生的积碳情况，并可利用超声波探头发射超声波自动在线清除积碳，相比传统三元催化器积碳清除方法，本发明该清除积碳的方法更加简洁便利，且无需拆卸三元催化器，清洁效果自动可控，传统三元催化器使用寿命为3～6年，在同等情况下正常使用，本发明的催化器的使用寿命可提高约20％，能显著增加催化器的使用寿命。

附图说明

图1为本发明所述超声复合型催化器的结构示意图；

图2为本发明实施例1所述超声复合型催化器的结构示意图；

图3为本发明实施例2所述超声复合型催化器的结构示意图；

图4为本发明实施例3所述超声复合型催化器的结构示意图；

图5为本发明实施例4所述超声复合型催化器的结构示意图；

图6为本发明实施例5所述超声复合型催化器的结构示意图；

其中，1-入口管、2-左腔体、3-催化剂载体、4-壳体、5-超声波探头、6-电子控制单元(即ECU)、7-流量计、8-出口管、9-右腔体，a-超声驱动信号、b-流量计信号、c-其他传感器信号(发动机曲轴转速传感器信号、节气门位置传感器信号和空气流量传感器信号等)。

具体实施方式

如图1所示，本发明提供了一种超声复合型催化器，包括入口管1、催化单元、超声波探头5、电子控制单元6、流量计7和出口管8，所述入口管1、催化单元和出口管8顺次连接；所述电子控制单元6设置于所述催化单元的外部，所述电子控制单元6与所述超声波探头5和流量计7相连；所述流量计7设置于所述出口管8的起始位置；所述超声波探头5设置于所述催化单元上。

在本发明中，若无特殊说明，所需部件均为本领域技术人员熟知的市售商品。

本发明提供的超声复合型催化器包括入口管1，所述入口管1优选设置于所述超声复合型催化器左下方。在本发明中，所述入口管1用于输入待处理物。

本发明提供的超声复合型催化器包括催化单元，所述催化单元包括左腔体2、催化剂载体3、壳体4和右腔体9，所述催化剂载体3包裹于所述壳体4内，所述左腔体2、壳体4和右腔体9顺次相连。在本发明中，所述催化单元用于进行待处理物的催化反应。

本发明提供的超声复合型催化器包括超声波探头5，所述超声波探头5设置于所述催化单元上。

在本发明中，所述超声波探头5的数量优选为1～3个。

在本发明中，当所述超声波探头的数量为1个时，所述超声波探头优选设置于所述左腔体2、壳体4或右腔体9上；更优选设置于所述左腔体2左侧中央位置(如图3)、右腔体9右侧中央位置(如图4)或壳体4中央位置(如图2)。

当所述超声波探头的数量为2个时，所述超声波探头优选设置于所述左腔体2、壳体4和右腔体9中的任意两处；更优选设置于所述左腔体2左侧中央位置、右腔体9右侧中央位置和壳体4中央位置中的任意两处(如图5)。

当所述超声波探头的数量为3个时，所述超声波探头优选设置于所述左腔体2、壳体4和右腔体9上；更优选设置于所述右腔体9右侧中央位置、左腔体2左侧中央位置和壳体4中央位置(如图6)。

当所述超声波探头设置于所述右腔体9右侧中央位置时，所述超声波探头发射的超声波传播辐射方向与催化器内流体流动方向相反且同轴；当所述超声波探头设置于所述左腔体2左侧中央位置时，所述超声波探头发射的超声波传播辐射方向与催化器内流体流动方向相同且同轴；当所述超声波探头设置于所述壳体4中央位置时，所述超声波探头发射的超声波传播辐射方向与催化器内流体流动方向垂直。

在本发明中，所述超声波探头5能够发射一定频率的超声波，超声波作用于催化剂载体内，能够提升催化剂载体内的催化反应速率。当被处理物在催化剂载体内产生沉积物时，超声波探头能够在线改变超声的声波频率为自动清洁频率范围，实现自动在线清除催化剂载体沉积物的功能。

本发明提供的超声复合型催化器包括电子控制单元(ECU)6，所述电子控制单元6设置于所述催化单元的外部，所述电子控制单元6与所述超声波探头5和流量计7相连。在本发明中，所述电子控制单元优选为以8位及以上单片机为核心的电子控制单元。本发明利用电子控制单元6作为信号传输部件，流量计7的信号传递给电子控制单元后，电子控制单元向超声波探头5发出指令，进行相应操作。

本发明提供的超声复合型催化器包括流量计7，所述流量计7设置于所述出口管8的起始位置。本发明利用流量计7实时监控排出的处理后物质的流量，将流量信号传递到电子控制单元6，电子控制单元6向超声波探头5发出相应指令，驱动超声波探头5发出相应的声波频率。

本发明提供的超声复合型催化器包括出口管8，所述出口管设置于所述超声复合型催化器右下方。在本发明中，所述出口管8用于排出处理后物质和催化剂载体3上清除的沉积物。在本发明中，所述入口管1、催化单元和出口管8顺次连接。

本发明对上文所述连接的具体方式没有特殊的限定，选用本领域技术人员熟知的连接方式即可。

本发明提供了利用上述技术方案所述超声复合型催化器进行催化的方法，包括以下步骤：

将待处理物通过入口管1输送入催化单元，超声波探头5发射超声波，进行在线实时催化，在流量计7和电子控制单元6的监控下，超声波探头5在线改变声波频率，将催化产生的沉积物进行超声脱附去除，并通过出口管8排出。

本发明将待处理物通过入口管1输送入催化单元，超声波探头5发射超声波，进行催化。在本发明中，所述催化的全过程优选为将待处理物质通过入口管1输送入催化单元，超声波探头发射一定频率的超声波，超声波作用于催化剂载体内，以提升催化剂载体内的催化反应速率。

在催化过程中，本发明在流量计7和电子控制单元6的监控下，超声波探头5在线改变声波频率，将催化产生的沉积物进行超声脱附去除，并通过出口管8排出。在本发明中，所述催化产生的沉积物具体是指附着在催化剂载体3上的沉积物。在本发明中，所述流量计7通过计算催化流体流量和标定流量的差值来判断沉积物的生成，电子控制单元6通过流量计7传递的当前流量信号判断沉积物生成率，进而根据沉积物生成率改变超声波探头5的声波频率。在本发明中，所述标定流量具体是在三元催化器稳定状态下测得的流体流量，所述催化流体流量具体是指当前测得的实际流量。在本发明中，所述流量计7和电子控制单元6的具体工作过程优选为当待处理物在催化剂载体内产生沉积物时，流量计7将会检测到排出的催化处理后流体流量减小，当流量减小至标定流量值的95％以下时，然后将信号传递给电子控制单元6，电子控制单元6向超声波探头5发出指令，在线改变超声的声波频率为自动清洁频率范围，通过超声产生复杂的物理化学过程，将产生的沉积物震荡成粉尘颗粒，由排出的被处理物质带出，自出口管8排出，实现自动在线清除催化剂载体沉积物的功能。

在本发明中，所述超声波的催化工作频率优选为20～400kHz；所述超声波探头5在线改变声波频率为脱附自清洁频率，所述脱附自清洁频率优选为40～90kHz。

在本发明的实施例中，具体是将本发明所述超声复合型催化器作为汽车三元催化器，主要过程包括：将汽车尾气输送至入口管内，超声波探头发射一定频率的超声波，超声波作用于催化剂载体区域内，加速尾气在催化剂载体内的化学反应(尾气可在超声空化效应下产生·H、·OH、O·等自由基，加速链式化学反应)。当尾气在催化剂载体内产生积碳时，流量计会检测到排出的尾气流量减小，当尾气流量减小至标定流量值的95％以下时，流量计将信号传递给电子控制单元，电子控制单元向超声波探头发出指令，在线改变超声波频率为脱附自清洁频率范围，通过超声产生的复杂物理化学过程，可以引起依附在催化剂载体表面的积碳振动脱落，将产生的积碳震荡成粉尘颗粒，由排出的尾气带出，实现清除沉积物的功能。

在本发明的实施例中，针对不同类型的某一具体形式的催化器，可通过超声闭环控制策略将超声强化催化参数调整到与工况相匹配的最佳区间工作；所述超声闭环控制策略的过程优选为：随着发动机转速的改变，当前的超声强化催化参数不满足当前工况所需的超声强化催化参数，电子控制单元接收到发动机曲轴转速传感器传递的转速信号(如图2～4中c所示)，经过逻辑运算处理，向超声波探头发出改变超声波频率的指令，将当前超声强化催化参数调整到与工况相匹配的最佳区间，达到提高催化反应速率的效果。当流量计检测到催化流体的流量小于标定流量值的95％时，流量计将该流量计信号(如图2～4中b所示)传递给电子控制单元，电子控制单元向超声波探头发出超声驱动信号(如图2～4中a所示)，改变其声波频率，达到清除沉淀物的效果。

下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本实施例使用如图2所示超声复合型催化器，所述超声复合型催化器包括入口管1、左腔体2、催化剂载体3、壳体4、超声波探头5、ECU 6、流量计7、出口管8和右腔体9，a-超声驱动信号、b-流量计信号、c-其他传感器信号；所述超声波探头5设置于壳体4中央位置，超声波探头发射的超声波传播辐射方向与催化器内流体流动方向垂直相交。

将所述超声复合型催化器作为汽车三元催化器，在发动机全部转速工况范围内，将汽车尾气输送至入口管内，流量计持续向ECU传递当前工况流量信号，ECU经逻辑运算后向超声波探头5发出与当前工况对应的强化催化驱动信号，使得超声波探头发射出与当前工况对应的20～400kHz范围内的声波频率来提高催化效果。当流量计测得排气流量低于当前工况的标定流量时，说明三元催化器内部有部分积碳产生，则ECU通过流量计传递过来的当前流量信号判断出积碳生成率，进而根据积碳生成率改变超声波探头发出的声波频率，使声波频率达到40～90kHz，将产生的积碳震荡成粉尘颗粒，由排出的尾气带出，进而促进催化反应的进行，此时既可以达到清除积碳的良好效果，又可以提高催化剂载体内的催化反应速率。

经监测发现，本实施例的方案中，在发动机全部转速工况范围内，超声波探头发射的超声波均可以使催化反应和清除积碳达到良好效果。

经测定，与现有的传统三元催化器相比，实施例1的超声复合催化器对一氧化碳、碳氢化合物和氮氧化物的转化率提高大约5％以上，流量计信号从小于标定流量的95％恢复到95％以上，说明清除积碳的效果良好。

实施例2

本实施例使用如图3所示超声复合型催化器，所述超声复合型催化器包括入口管1、左腔体2、催化剂载体3、壳体4、超声波探头5、ECU 6、流量计7、出口管8和右腔体9；所述超声波探头安装在左腔体2的左侧中央位置，在入口管1上方，超声波探头5发射的超声波传播辐射方向与催化器内流体流动方向相同且同轴。

将所述超声复合型催化器作为汽车三元催化器，在发动机全部转速工况范围内，将汽车尾气输送至入口管内，流量计持续向ECU传递当前工况流量信号，ECU经逻辑运算后向超声波探头发出与当前工况对应的强化催化驱动信号，使得超声波探头发射出与当前工况对应的20～400kHz范围内的声波频率来提高催化效果。当流量计测得排气流量低于当前工况的标定流量时，说明三元催化器内部有部分积碳产生，则ECU通过流量计传递传递过来的当前流量信号判断出积碳生成率，进而根据积碳生成率改变超声波探头发出的声波频率，使声波频率达到40～90kHz，将产生的积碳震荡成粉尘颗粒，由排出的尾气带出，进而促进催化反应的进行，此时既可以达到清除积碳的良好效果，又可以提高催化剂载体内的催化反应速率。

经监测发现，在发动机中等负荷工况下，供给经济混合气(汽油和空气的混合气，空燃比为16～18)，该工况下可燃混合气燃烧比较充分，超声波探头发射与排气同向的声波对气流进行干预，既可以对排出气体进行进一步催化反应，同时利用声波能量加速气体排出；在其他工况下，其催化反应与积碳清洁也可达到良好效果。

经测定，与现有的传统三元催化器相比，实施例2的超声复合催化器对一氧化碳、碳氢化合物和氮氧化物的转化率提高大约5％以上，流量计信号从小于标定流量的95％恢复到95％以上，说明清除积碳的效果良好。

实施例3

本实施例使用如图4所示超声复合型催化器，所述超声复合型催化器包括入口管1、左腔体2、催化剂载体3、壳体4、超声波探头5、ECU 6、流量计7、出口管8和右腔体9；所述超声波探头5安装在右腔体9右侧中央位置，在出口管8上方，超声波探头5发射的超声波传播辐射方向与催化器内流体流动方向相反且同轴。

将所述超声复合型催化器作为汽车三元催化器，在发动机全部转速工况范围内，将汽车尾气输送至入口管内，流量计持续向ECU传递当前工况流量信号，ECU经逻辑运算后向超声波探头发出与当前工况对应的强化催化驱动信号，使得超声波探头发射出与当前工况对应的20～400kHz范围内的声波频率来提高催化效果。当流量计测得排气流量低于当前工况的标定流量时，说明三元催化器内部有部分积碳产生，则ECU通过流量计传递过来的当前流量信号判断出积碳生成率，进而根据积碳生成率改变超声波探头发出的声波频率，使声波频率达到40～90kHz，将产生的积碳震荡成粉尘颗粒，由排出的尾气带出，进而促进催化反应的进行，此时既可以达到清除积碳的良好效果，又可以提高催化剂载体内的催化反应速率。

经监测发现，在发动机冷启动、怠速、小负荷、大负荷或全负荷工况下，所供给的是浓混合气(汽油和空气的混合气，空燃比为11～14)，该工况下可燃混合气存在燃烧不充分的情况，超声波探头发射与流体反向的声波对气流进行干预，既可以对排出气体进行进一步催化，同时利用声波能量减小气体的排出速度，有更多时间进行催化反应。

经测定，与现有的传统三元催化器相比，实施例3的超声复合催化器对一氧化碳、碳氢化合物和氮氧化物的转化率提高大约5％以上，流量计信号从小于标定流量的95％恢复到95％以上，说明清除积碳的效果良好。

实施例4

本实施例使用如图5所示超声复合型催化器，所述超声复合型催化器包括入口管1、左腔体2、催化剂载体3、壳体4、超声波探头5-1、超声波探头5-2、ECU 6、流量计7、出口管8和右腔体9；所述超声波探头分别安装在左腔体2左侧位置(超声波探头5-1)和壳体4中央位置(超声波探头5-2)，超声波探头发射的超声波传播辐射方向与催化器内流体流动方向分别相同且同轴和垂直。

将所述超声复合型催化器作为汽车三元催化器，在发动机全部转速工况下，超声波探头5-2可一直对排出气体进行频率范围为20～400kHz的超声波辐射，以加强在催化器内的催化反应。当发动机在中等负荷工况下，流量计持续向ECU传递当前工况流量信号，ECU经逻辑运算后向超声波探头5-1发出与当前工况对应的强化催化驱动信号，使得超声波探头发射出与当前工况对应的20～400kHz范围内的最佳声波频率来提高催化效果。当流量计测得排气流量低于当前工况的标定流量时，说明三元催化器内部有部分积碳产生，则ECU通过流量计传递过来的当前流量信号判断出积碳生成率，进而根据积碳生成率改变超声波探头发出的声波频率，使声波频率达到40～90kHz，将产生的积碳震荡成粉尘颗粒，由排出的尾气带出，进而促进催化反应的进行，此时既可以达到清除积碳的良好效果，又可以提高催化剂载体内的催化反应速率。

经监测发现，在发动机中等负荷工况下，供给经济混合气(汽油和空气的混合气，空燃比为16～18)，该工况下可燃混合气燃烧比较充分，超声波探头5-1发射与排气同向的声波对气流进行干预，既可以对排出气体进行进一步催化反应，同时利用声波能量加速气体排出；同时超声波探头5-2发射与排气垂直的声波进行再次干预，进一步提高催化剂载体内的催化反应速率和清除积碳的效率。

经测定，与现有的传统三元催化器相比，实施例4的超声复合催化器对一氧化碳、碳氢化合物和氮氧化物的转化率提高大约5％以上，流量计信号从小于标定流量的95％恢复到95％以上，说明清除积碳的效果良好。

实施例5

本实施例使用如图6所示超声复合型催化器，所述超声复合型催化器包括入口管1、左腔体2、催化剂载体3、壳体4、超声波探头5-1、超声波探头5-2、超声波探头5-3、ECU 6、流量计7、出口管8和右腔体9；所述超声波探头分别安装在右腔体9右侧中央位置(超声波探头5-3)、左腔体2左侧位置(超声波探头5-1)和壳体4中央位置(超声波探头5-2)，超声波探头发射的超声波传播辐射方向与催化器内流体流动方向分别具有相反且同轴、相同且同轴、垂直的特征。

将所述超声复合型催化器作为汽车三元催化器，在发动机冷启动、怠速、小负荷、大负荷或全负荷工况下，将汽车尾气输送至入口管内，流量计持续向ECU传递当前工况流量信号，ECU经逻辑运算后向超声波探头5-3发出与当前工况对应的强化催化驱动信号，使得超声波探头发射出与当前工况对应的20～400kHz范围内的声波频率来提高催化效果；当发动机在中等负荷工况下，流量计持续向ECU传递当前工况流量信号，ECU经逻辑运算后向超声波探头5-1发出与当前工况对应的强化催化驱动信号，使得超声波探头发射出与当前工况对应的20～400kHz范围内的最佳声波频率来提高催化效果，在发动机全部转速工况范围内，超声波探头5-2可一直对排出气体进行频率范围为20～400kHz的超声波辐射，以加强在催化器内的催化反应。

当流量计测得排气流量低于当前工况的标定流量时，说明三元催化器内部有部分积碳产生，则ECU通过流量计传递过来的当前流量信号判断出积碳生成率，进而根据积碳生成率改变超声波探头发出的声波频率，使声波频率达到40～90kHz，将产生的积碳震荡成粉尘颗粒，由排出的尾气带出，进而促进催化反应的进行，此时既可以达到清除积碳的良好效果，又可以提高催化剂载体内的催化反应速率。

经监测发现，在发动机中等负荷工况下，供给经济混合气(汽油和空气的混合气，空燃比为16～18)，该工况下可燃混合气燃烧比较充分，超声波探头5-1发射与排气同向的声波对气流进行干预，既可以对排出气体进行进一步催化反应，同时利用声波能量加速气体排出；在发动机冷启动、怠速、小负荷、大负荷或全负荷工况下，所供给的是浓混合气(汽油和空气的混合气，空燃比为11～14)，该工况下可燃混合气存在燃烧不充分的情况，超声波探头5-3发射与排气反向的声波对气流进行干预，既可以对排出气体进行进一步催化，同时利用声波能量减小气体的排出速度，有更多时间进行催化反应。在发动机全部转速工况范围内，超声波探头5-2发射与排气垂直的声波对气流进行干预，进一步提高催化剂载体内的催化反应速率和清除积碳的效率。

经测定，与现有的传统三元催化器相比，实施例5的超声复合型催化器对一氧化碳、碳氢化合物和氮氧化物的转化率提高大约5％以上，流量计信号从小于标定流量的95％恢复到95％以上，说明清除积碳的效果良好，其性能优于实施例1～4，这说明通过超声闭环控制策略，不同位置的超声波探头可在不同工况下发射超声波，分工明确，大大提高催化反应速率和清除积碳的效率。

由以上实施例可知，本发明提供了一种超声复合型催化器和催化方法，本发明的超声复合型催化器可以提高催化剂载体内的催化反应速率，在线自动检测和清除催化剂载体内的沉积物。以汽车三元催化器为实施例，本发明的超声复合型催化器可以使尾气在催化剂载体内充分反应，降低催化剂载体的起始反应温度，减少有害气体排放，同时还可以有效的自动在线清除三元催化器中的积碳，增加其使用寿命。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种超声复合型催化器，其特征在于，包括入口管(1)、催化单元、超声波探头(5)、电子控制单元(6)、流量计(7)和出口管(8)，所述入口管(1)、催化单元和出口管(8)顺次连接；所述电子控制单元(6)设置于所述催化单元的外部，所述电子控制单元(6)与超声波探头(5)和流量计(7)相连；所述流量计(7)设置于所述出口管(8)的起始位置；所述超声波探头(5)设置于所述催化单元上。

2.根据权利要求1所述的超声复合型催化器，其特征在于，所述催化单元包括左腔体(2)、催化剂载体(3)、壳体(4)和右腔体(9)，所述催化剂载体(3)包裹于所述壳体(4)内，所述左腔体(2)、壳体(4)和右腔体(9)顺次相连。

3.根据权利要求1所述的超声复合型催化器，其特征在于，所述超声波探头的数量为1～3个。

4.根据权利要求2或3所述的超声复合型催化器，其特征在于，当所述超声波探头的数量为1个时，所述超声波探头设置于所述左腔体(2)、壳体(4)或右腔体(9)上。

5.根据权利要求2或3所述的超声复合型催化器，其特征在于，当所述超声波探头的数量为2个时，所述超声波探头设置于所述左腔体(2)、壳体(4)和右腔体(9)中的任意两处。

6.根据权利要求2或3所述的超声复合型催化器，其特征在于，当所述超声波探头的数量为3个时，所述超声波探头设置于所述左腔体(2)、壳体(4)和右腔体(9)上。

7.利用权利要求1～6任一项所述超声复合型催化器进行催化的方法，其特征在于，包括以下步骤：

将待处理物通过入口管(1)输送入催化单元，超声波探头(5)发射超声波，进行在线实时催化，在流量计(7)和电子控制单元(6)的监控下，超声波探头(5)在线改变声波频率，将催化产生的沉积物进行超声脱附去除，并通过出口管(8)排出。

8.根据权利要求7所述方法，其特征在于，所述超声波的频率为20～400kHz。

9.根据权利要求7所述方法，其特征在于，所述超声波探头(5)在线改变声波频率为40～90kHz。

10.根据权利要求7所述方法，其特征在于，所述流量计(7)通过计算催化流体流量和标定流量的差值来判断沉积物的生成，电子控制单元(6)通过流量计(7)传递的当前流量信号判断沉积物生成率，进而根据沉积物生成率改变超声波探头(5)的声波频率。

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