Каталитический нейтрализатор отработавших газов

 

Использование: в двигателестроении для очистки отработавших газов в двигателях от вредных компонентов и сажи. Сущность изобретения: каталитический нейтрализатор содержит корпус с двойными стенками и теплоизоляцией между ними, внутри которого размещен реактор с реакционными камерами и внутренними перегородками, выполненными в виде пористых металлокерамических пластин с центральными отверстиями. В стенках реактора между, как минимум, двумя реакционными камерами выполнены окна. Кроме того, нейтрализатор содержит циклон с направляющими, входной и выходной патрубки, устройство для изменения направления потока газов, верхнюю крышку с пробкой, нижнюю крышку с теплоизоляцией, подогреватель с теплообменником, седлом с клапаном и выпускной трубой, которая выполнена подвижной в продольном направлении относительно реактора и выведена в полость реактора в кипящей слой катализатора через сквозные отверстия поперечных перегородок, при этом верхняя часть подвижной трубы закрыта пористым фильтром из металлокерамики. Подвижная труба имеет в верхней части седло для клапана, который жестко закреплен на штоке, скрепленным с верхней крышкой центрально по отношению к трубе и седлу в ней, а в нижней части на штоке жестко соединенным с приводом и трубой, закреплен тарельчатый клапан для перекрытия входных отверстий. На подвижной выпускной трубе закреплен золотник в виде цилиндра . 1 ил.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению, и может быть использовано для очистки отработавших газов двигателей внутреннего сгорания от вредных компонентов и сажи.

Известны каталитические нейтрализаторы отработавших газов двигателей внутреннего сгорания, содержащие корпус с теплоизоляцией, циклон, реакционную камеру с кипящим слоем катализатора, входные и выходные патрубки, внутренние перегородки корпуса, устройства для изменения направления потока газов, решетки, верхнюю крышку с теплоизоляцией, подогреватель с выпускной трубой, теплообменником, седлом, клапаном и электромагнитный присад.

Одна из таких конструкций описана, например, в [1] Недостатками таких нейтрализаторов являются следующие. На всех режимах эксплуатации отработавшие газы проходят через один слой катализатора с кипящим слоем. Отработавшие газы от подогревателя выбрасываются вниз через отдельный выход в атмосферу и очищаются в отдельной реакционной камере, что связано с дополнительным расходом катализатора и созданием больших противодавлений его неподвижным слоем.

Известны также каталитические нейтрализаторы отработавших газов двигателей внутреннего сгорания, содержащие корпус с теплоизоляцией, циклон, с направляющими, реакционную камеру с кипящим слоем катализатора, входные и выходные патрубки, внутренние перегородки корпуса, устройства для изменения направления потока газов, решетки, верхнюю крышку с пробкой, нижнюю крышку с теплоизоляцией, подогреватель с выпускной трубой, теплообменником, седлом, клапаном, труба теплообменника в котором выведена в слой катализатора в реакционную камеру, электромагнитный привод клапана.

Одна из таких конструкций описана, например, в [2] Недостатками таких нейтрализаторов являются следующие. На всех режимах работы двигателя от нейтрализатора при одних частотах вращения создается одинаковое противодавление, приводящее на режимах холостого хода и малых нагрузок к повышению расхода топлива, происходит загрязнение, замасливание теплообменника при низких температурах отработавших газов, что, в конечном итоге, приводит к увеличенным сопротивлениям на выпуске, образованию прочных нагаров и выходу из строя теплообменника.

Последняя конструкция принята за прототип, как наиболее близкая по технической сущности.

Сущность изобретения достигается тем, что в известном каталитическом катализаторе отработавших газов, содержащем корпус с теплоизоляцией, циклон с направляющими, входной и выходной патрубки, внутренние перегородки корпуса, каталитический реактор с кипящим слоем катализатора, устройство для изменения направления потока газов, верхнюю крышку с пробкой, нижнюю крышку с теплоизоляцией, подогреватель с выпускной трубой, теплообменником, седлом, клапаном, выпускная труба, которая выведена в слой катализатора реакционной камеры, электромагнитный привод клапана, согласно изобретению, поперечные перегородки корпуса выполнены в виде пористых металлокерамических пластин с центральными отверстиями, при этом в корпусе реактора между, как минимум, двумя реакционными камерами в стенках его выполнены окна, выпускная труба подогревателя выполнена подвижной в продольном направлении относительно реактора, проведена через сквозные отверстия в поперечных перегородках и выполнена закрытой на выходе в реакционную камеру, например пористым фильтром из металлокерамики. На подвижной выпускной трубе подогревателя закреплен золотник в виде цилиндра, а клапан жестко закреплен на штоке, скрепленном с верхней крышкой центрально по отношению к выпускной трубе подогревателя и седлу в ней, и на закрепленном с трубой жестко штоке привода закреплен тарельчатый клапан для перекрытия доступа газов в теплообменник.

Нейтрализатор может содержать две и более реакционные камеры, электромагнитный привод может быть заменен на другой вид привода.

Металлокерамические пористые каталитические перегородки выполняются, например, методом СВС-технологии технологии самораспространяющегося высокотемпературного синтеза с включением в состав шихты металлов-катализаторов. Такое выполнение пористых каталитических перегородок позволяет получать материалы с высокой стойкостью к температурам в реакторе и использовать их вместо традиционно применяемых решеток или сеток.

Сопоставительный анализ показывает, что заявляемое устройство, по сравнению с прототипом, отличается наличием продольно подвижной относительно каталитического реактора выпускной трубы, пористых металлокерамических каталитических перегородок с центральными отверстиями, жестко закрепленного на штоке крышки клапана, наличием окон в стенках реактора между реакционными камерами, золотника на подвижной трубе. Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию изобретения "новизна".

В известных решениях не обнаружено совокупности отличительных признаков, характеризующих предлагаемое техническое решение и используемых с аналогичной целью, поэтому техническое решение соответствует критерию изобретения "существенные отличия".

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен продольный разрез нейтрализатора.

Нейтрализатор содержит корпус с наружными 1 и внутренними 2 стенками, между которыми размещена теплоизоляция 3. Торцевая нижняя крышка 4 имеет наружную стенку 5, а между ними размещены теплоизоляция 6. Верхняя крышка 7 соединена с выпускным патрубком 8, в ней расположен полый патрубок 9 для досыпки катализатора с крышкой винтом 11 закреплен неподвижный шток 12 с клапаном 13. Внутри корпуса размещен реактор 14. Внутри которого размещены реакционные камеры с 15 и 16 кипящим слоем катализатора. Реактор 14 делится пористыми перегородками удерживаемые выступающими 17, 18, 19 на отдельные полости. Внутренними стенками реактора 14 и пористыми перегородками 20, 21 с центральными отверстиями образована реакционная камера 15. Внутренними стенками реактор 14 и пористыми перегородками 21 и 22 образована промежуточная полость 23, в стенках реактора в которой выполнено как минимум одно окно 24. Внутренними стенками реактора 14 и пористыми перегородками 22 и 25 образована полость реакционной камеры 16. Стенки верхней крышки 7 и пористой перегородки 25 образуют полость выпуска. Внутренними стенками 2 и внешними стенками реактора 14 образована полость циклона 26, в которой размещены направляющие 27. Под реакционной камерой 15 размещен теплообменник 28, сообщающийся через коллектор 29 с подогревателем 30. Через сквозные отверстия в теплообменнике 28, перегородках 20, 21, 22 в полость реакционной камеры 16 в кипящий слой катализатора выведена выпускная труба 31 подогревателя с окном, соединяющим ее внутреннюю полость с внутренней газовой полостью 32 теплообменника, сообщающейся с полостью коллектора 29. В трубе выполнено седло 33 для клапана 13, а в верхней части труба закрыта, например, сетчатым или пористым фильтром 34. На штоке 35 жестко соединенном с, например, электромагнитным приводом 36 и трубой 31, закрытой со стороны штока, закреплен тарельчатый клапан 37 для перекрытия входных отверстий в теплообменник. На трубе 31 в зоне промежуточной полости 23 выполнен цилиндрический круговой золотниковый сектор 38. Нейтрализатор имеет впускной патрубок 39 и впускной коллектор 40 врезанный в циклон тангенциально. В трубе 31 выполнено окно 41 для отвода газов подогревателя через нейтрализатор.

Предлагаемый нейтрализатор работает следующим образом. Отработавшие газы от двигателя внутреннего сгорания поступает через впускной патрубок 39 и впускной коллектор 40 в полость циклона 26, завихриваются направляющими 27, поступают в нижнюю часть циклона со стороны торцевой крышки, проходят через теплообменник 28, пористую перегородку 20 кипящий слой катализатора в реакционной камере 15. При этом режиме работы, который соответствует режимам средних и высоких нагрузок дизеля, окна 24 в стенках реактора перекрыты золотниковым сектором 38, тарельчатый клапан 37 отодвинут от отверстий в теплообменнике и открывает доступ газов в него. Подогреватель 30 подает горячие газы через окно 41 в трубе 31 отводятся мимо клапана 13, открытого в таком положении, через слой катализатора в реакционной камере 16 и далее вместе с отработавшими газами двигателя через пористую каталитическую перегородку 25. На режимах холостого хода тарельчатый клапан 37 перекрывает вход в теплообменник и одновременно открываются окна 24, подогреватель газов 30 отключается, поступление газа в трубу 31 прекращается, клапан 13 встречается с седлом 33 и перекрывает трубу 31. Включение электромагнитного привода 36 штока 35 осуществляется системой автоматического управления от сигнала, например, датчика температуры газов.

Предложенный нейтрализатор обеспечивает снижение противодавлений на выпуске на холостой ходу на 60% повышение эффективности очистки отработавших газов от окиси углерода на 20% от окислов азота на 30% от углеводородов суммарно на 10% от сажи на 15% за счет обеспечения условий каталитического дожигания.

По сравнению с прототипом предлагаемый нейтрализатор отработавших газов обеспечивает уменьшение вредных выбросов, предотвращает утечку газов через систему подогревателя отработавших газов, повышение топливной экономичности на режимах холостого хода.

Формула изобретения

Каталитический нейтрализатор отработавших газов двигателя, содержащий корпус с теплоизоляцией, циклон с направляющими, входной и выходной патрубки, внутренние перегородки корпуса, каталитический реактор с реакционными камерами и с кипящим слоем катализатора, устройство для изменения направления потока, верхнюю крышку с пробкой, нижнюю крышку с теплоизоляцией, подогреватель с теплообменником, седлом с клапаном и выпускной трубкой, которая выведена в слой катализатора в полость реакционной камеры, электромагнитный привод клапана, отличающийся тем, что поперечные перегородки реактора выполнены в виде пористых металлокерамических пластин с центральными сквозными отверстиями, через которые в слой катализатора проходит выходная труба подогревателя, закрытая на выходе в реакционную камеру, например, пористым фильтром из металлокерамики и выполненная подвижной в продольном направлении относительно реактора, в корпусе которого в его стенках между как минимум двумя реакционными камерами выполнены окна, причем на подвижной трубе закреплен золотник в виде цилиндра, и клапан, расположенный в верхней части подвижной трубы, жестко закреплен на штоке, скрепленном с верхней крышкой центрально по отношению к выпускной трубе подогревателя и седлу в ней, а в нижней части реактора на скрепленном жестко с трубой штоке привода закреплен тарельчатый клапан для перекрытия доступа газов в теплообменник.

РИСУНКИ

Рисунок 1