Способ очистки газов, образующихся при сгорании топлива, и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к экологии, а точнее к средствам, обеспечивающим удаление продуктов неполного сгорания из выхлопных и топочных газов, и может быть использовано в любой отрасли для очистки газов, образующихся при сгорании топлива. Изобретение включает два объекта, объединенных единым изобретательским замыслом, - способ и устройство для его реализации. Очистку отработанных назов осуществляют ионизацией до получения холодной плазмы путем высокотемпературного нагрева за счет превращения по крайней мере части тепловой энергии газов в электрический разряд. Устройство для реализации способа содержит ионизатор, являющийся частью трубопровода для отвода газов, и содержит электроды, по крайней мере один из которых или часть его выполнены из диэлектрического материала, на который нанесен проводящий слой. Устройство содержит преобразователь тепловой энергии в электрическую и накопитель электрической энергии. Технический результат: заключается в обеспечении полного сгорания топлива за счет образования плазменного разряда непосредственно в среде отработанных газов. 2 с. и 6 з.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к экологии, а точнее к средствам, обеспечивающим удаление продуктов неполного сгорания из выхлопных и топочных газов, и может быть использовано в любой отрасли хозяйства для очистки газов, образующихся при сгорании топлива.

Известен способ удаления частиц из выхлопных и топочных газов, заключающийся в сжигании частиц с помощью газов, обогащенных воздухом, либо с помощью воздуха.

Известно устройство для реализации известного способа, включающее емкость, содержащую выпускной трубопровод, источник газа и по меньшей мере одну пару изолированных друг от друга электродов, подключенных к высоковольному высокочастотному генератору и размещенных во внутренней полости выпускного трубопровода, а также средство для уничтожения собранных вредных частиц. При этом один из электродов выполнен в виде удлиненного проводящего тела, а другой образован внутренней поверхностью трубопровода. В известном устройстве средство для уничтожения частиц выполнено в виде электронагревателя с электроискровой свечой или нитью накаливания.

В известном изобретении частицы углерода, поступающие в выпускной трубопровод вместе с отработанными газами, электризуются и оседают на внутренней стенке емкости. Когда осадок достигает необходимой величины, приводится в действие нагреватель, который может быть выполнен в виде электрического сопротивления и/или электродов для импульсного или тлеющего разряда. В другом варианте решения самостоятельно или одновременно с этим осуществляют подачу сильно разогретого газа или воздуха. Указанные действия, выполняемые по отдельности или совместно, обеспечивают нагрев углеродного осадка до t^o=400... 550^oC, при которой углерод воспламеняется. Однако известное изобретение не обеспечивает полного уничтожения всех продуктов, образовавшихся в результате сгорания топлива, например, CO, NO_x, а также остаток углеводородного топлива (CH_x).

Настоящее изобретение направлено на обеспечение полного сгорания CO, NO_x, CH_x за счет образования плазменного разряда непосредственно в среде отработанных газов.

Технический результат достигается за счет того, что отработанные газы дожигают путем нагрева до температур, при которых они переходят в ионизированное состояние. Ионизацию осуществляют в условиях получения холодной плазмы при низком, обычном и повышенном давлении отработанных газов как за счет остаточного тепла от сгорания топлива, так и дополнительного источника электрической энергии, полученной от прямого преобразования тепла отработанных газов. При этом электрический режим образования холодной плазмы определяется составом отработанных газов.

Для реализации заявляемого способа часть трубопровода для отвода газов служит ионизатором, подключенным к источнику тока и снабженным преобразователем электрического напряжения. В ионизаторе установлены электроды или по крайней мере одним электродом служит металлизированная поверхность диэлектрического трубопровода.

В другом варианте совместно с ионизатором используют преобразователь тепловой энергии в электрическую. При этом часть тепла теплового потока отработанных газов преобразуется в электрическую энергию и используется для ионизации газовой среды. Для создания электрического напряжения, необходимого для ионизации газа, в этом случае совместно с преобразователем устанавливается накопитель электрической энергии, например высокоемкая конденсаторная батарея.

Сущность изобретения, включающего два объекта - способ и устройство, связанные единым изобретательским замыслом, позволяющее решить задачу очистки отработанных газов, образующихся при сгорании топлива, поясняется фиг. 1 и фиг. 2, где на фиг. 1 в схематичной форме представлена вся система дожигания согласно настоящему изобретению; на фиг. 2 - сечение ионизатора, являющегося частью трубопровода.

Устройство включает трубопровод (выхлопной патрубок) 1, соединенный с камерой сгорания (на фиг. не показан), термоэмиссионный преобразователь тепла в электричество 2, накопитель энергии 3, преобразователь электрического напряжения 4 и ионизатор 5, который выполнен в виде конденсаторной системы, образованной из диэлектрических коаксиально расположенных трубок 6 с нанесенным проводящим слоем 7, и центрального металлического электрода 8, при этом вся система является частью трубопровода, снабженного входным и выходным патрубками 9, выполненными из диэлектрического материала. Проводящий слой может быть выполнен как на одной, так и на другой стороне диэлектрических трубок 6. В любом варианте разряд происходит на диэлектрике. На фиг. 2 показан один из указанных вариантов.

Устройство работает следующим образом при установке его в системе выхлопа автомобиля. Отработанный газ по трубопроводу (выхлопному патрубку) 1 поступает в термоэмиссионный преобразователь энергии 2, где за счет преобразования тепловой энергии в электрическую вырабатывается постоянный ток низкого напряжения. Электрическая энергия накапливается в накопителе 3 и преобразуется в высокое (до 2 кВ) и высочастотное (1 - 2 кГц) напряжение в преобразователе 4, подаваемое в ионизатор 5, где между трубками 6 и электродом 8 возбуждается скользящий разряд. При этом происходит объемная ионизация и дожигание газов, поступивших через патрубок 9, содержащих вредные примеси: CO, NO_x, а также остатки CH_x. Количество трубок 6 подобрано таким образом, чтобы обеспечить наибольший контакт электродов с газовой средой.

Приборы, необходимые для реализации изобретения, известны из уровня техники. Так, в качестве накопителя энергии 3 может быть использована конденсаторная батарея, преобразователь электрического напряжения 4, например транзисторный преобразователь. Термоэмиссионный преобразователь тепла в электричество 2 представляет собой, например, устройство, где молибденовый катодный и анодный цилиндры установлены коаксиально с малым межэлектродным пространством, заполненным парами цезия. Катодный цилиндр эмитирует электроны под действием тепла, а анодный цилиндр принимает электроны, образуя замкнутую цепь на нагрузку.

При подключении ионизатора 5 к дополнительному источнику тока (например, аккумуляторной батарее автомобиля) преобразователь электрического напряжения 4 необходим, в то время как накопитель 3 не является необходимым элементом.

Заявляемое изобретение позволяет не только уничтожить сажу, но и очистить отработанные газы от CO, NO_x, CH_x практически полностью. Известное решение обеспечивает удаление лишь твердых частиц.

Заявляемая группа изобретений направлена на создание экологически чистой среды обитания и может быть использована как в автомобилях, так и в любых системах сгорания топлива без применения дорогостоящих катализаторов.

Формула изобретения

1. Способ очистки газов, образующихся при сгорании топлива, включающий его дожигание путем ионизации электрическим разрядом до получения низкотемпературной плазмы, отличающийся тем, что процесс ионизации проводят до получения скользящего разряда на диэлектрической части электрода.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что ионизацию осуществляют высокотемпературным нагревом путем превращения по меньшей мере части тепловой энергии газов в электрический разряд.

3. Устройство для очистки газов, образующихся при сгорании топлива, включающее трубопровод для отвода газов и ионизатор с электродами, отличающееся тем, что ионизатор является частью трубопровода для отвода газов.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что по меньшей мере один электрод или его часть выполнены из диэлектрического материала.

5. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что по меньшей мере один из электродов образован внутренней поверхностью трубопровода.

6. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что по меньшей мере один из электродов образован внешней поверхностью трубопровода.

7. Устройство по п.3, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит преобразователь тепловой энергии в электрическую.

8. Устройство по пп.3 и 7, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит накопитель электрической энергии.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2