Комбинированная система нейтрализации отработанных газов транспортных средств

 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к комбинированным системам нейтрализации отработанных газов транспортных средств, и может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания для очистки отработанных газов. Система включает горизонтально расположенную в баке с нейтрализующей жидкостью перфорированную трубу, сообщенную одним концом с входным патрубком и заглушенную противоположным, коническую обечайку, размещенную на обращенном к нейтрализующей жидкости торце диффузора и образующую конфузорный выходной канал, при этом в выходном патрубке корпуса последовательно размещены фильтрующий элемент, выполненный в виде двух ступеней: проволочного и жалюзийного сепараторов, и теплообменник, сообщенный по горячей среде с конфузором скруббера Вентури, а по холодной - с каталитической кассетой, установленной за теплообменником. Система снабжена обводным трубопроводом с электромагнитными клапанами. Технический результат - увеличение степени улавливания вредных веществ, содержащихся в отработанных газах, и повышение надежности работы. 2 з.п.ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к машиностроению, а именно, к комбинированным системам нейтрализации отработанных газов транспортных средств, и может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания для очистки их отработанных газов.

Известны комбинированные системы нейтрализации отработанных газов (аналог), содержащие предвключенный каталитический нейтрализатор с впускным и выпускным трубопроводами - патрубками, жидкостный нейтрализатор, вертикальную трубку, сообщенную одним концом с впускным трубопроводом, а другим - с нейтрализующей жидкостью [1]. Известны также выхлопные устройства, содержащие емкость, заполненную нейтрализующей жидкостью, в которой размещен вертикальный патрубок (аналог) [2] .

Известна наиболее близкая по совокупности существенных признаков (прототип) система нейтрализации отработанных газов транспортных средств [3] , содержащая корпус с входным и выходным патрубками, концентрично установленный в корпусе жидкостный скруббер Вентури с диффузором, горловиной и конфузором, соединенным с входным патрубком, зернистый фильтрующий элемент, размещенный в нижней части корпуса, бак с нейтрализующей жидкостью, связанный подводящей магистралью со скруббером, а также каталитическую кассету.

Основным недостатком перечисленных устройств (аналоги и прототип) является предвключение каталитической кассеты жидкостному нейтрализатору. Это ведет к быстрому забиванию пор зернистого катализатора и его отравлению сажей и соединениями свинца.

При забивании пор резко возрастает газодинамическое сопротивление, а значит увеличиваются затраты мощности автомобиля на проталкивание газового потока, и, соответственно, снижается эффективность очистки и быстрый выход катализаторов из строя.

Кроме того, взаимодействие потока газа в таких устройствах осуществляется с невозмущенной абсорбционной поверхностью нейтрализующей жидкости, поэтому часть молей газа не успевает проконтактировать с жидкими частицами, что снижает эффективность абсорбционной очистки отработанных газов, может привести к запиранию системы выхлопа и аварийной ситуации работы двигателя.

Задачей предлагаемого изобретения является увеличение степени улавливания вредных веществ, содержащихся в отработанных газах, и повышение надежности работы нейтрализаторов.

Для достижения этого технического результата в комбинированной системе нейтрализации отработанных газов транспортных средств, содержащей корпус с входным и выходным патрубками, жидкостный скруббер Вентури, фильтрующий элемент, бак с нейтрализующей жидкостью и каталитическую кассету, отличительными признаками является то, что она снабжена горизонтально расположенной в баке с нейтрализующей жидкостью перфорированной трубой, сообщенной одним концом с входным патрубком и заглушенным противоположным, конической обечайкой, размещенной на обращенном к нейтрализующей жидкости торце диффузора и образующей конфузорный выходной канал. В выходном патрубке корпуса последовательно размещены фильтрующий элемент, выполненный в виде двух ступеней проволочного и жалюзийного сепараторов, теплообменник, сообщенный по горячей среде с конфузором скруббера Вентури, а по холодной - с каталитической кассетой, установленной также в выходном патрубке за теплообменником. Кроме того, комбинированная система нейтрализации отработанных газов транспортных средств снабжена обводным (байпасным) трубопроводом с электромагнитными клапанами. Нейтрализующая жидкость (абсорбтив) содержит также коагулянт (флокуляционную химическую добавку): тринатрийфосфат, глинозем, железный купорос и т.п.

Благодаря выполнению конструкции комбинированной системы нейтрализации отработанных газов транспортных средств с размещением в баке с нейтрализующей жидкостью горизонтальной перфорированной трубы, по которой подается часть потока для создания пены, теплообменника для нагрева очищаемых газов на входе в каталитическую кассету и охлаждения их на входе в скруббер Вентури, каталитической кассеты, располагаемой за жидкостным скруббером Вентури, конической обечайки на торце диффузора, фильтрующего элемента, выполненного в виде двух ступеней жалюзийного и проволочного сепараторов, обводного трубопровода с электромагнитными клапанами, и добавлению в нейтрализующую жидкость флокуляционной добавки, повышается эффективность очистки отработанных газов при высокой надежности работы двигателя.

Комбинированная система нейтрализации отработанных газов транспортных средств имеет достаточно простую конструкцию, в ней реализуется достаточно простой и быстрый съем бака для замены нейтрализующей жидкости. Наличие пены в нейтрализующей жидкости значительно интенсифицирует массообмен между твердыми включениями и жидкостью, что увеличивает эффект механической абсорбции.

Комбинированная система нейтрализации может быть изготовлена на основе использования любых жидкостей и зернистых материалов, обеспечивающих снижение токсичности отработанных газов: воды, отработанного масла, щелочи, мочевины, алюмосиликатов, платины, родия и т.п.

На чертеже показана предложенная комбинированная система нейтрализации отработанных газов транспортных средств. Она состоит из корпуса 1, входного 2 и выходного 3 патрубков (по газу), жидкостного скруббера Вентури 4, включающего конфузор 5, диффузор 6, горловину 7, куда подведен трубопровод 8 с орошающей жидкостью (абсорбентом) и насос 9. На обращенном к баку с нейтрализующей жидкостью 10 торце диффузора 6 размещена коническая обечайка 11. В баке с нейтрализующей жидкостью 10 установлена перфорированная труба 12, заглушенная с торца, а другим концом сообщенная с входным патрубком 2. Фильтрующий элемент выполнен в виде проволочного 13 и жалюзийного 14 сепараторов, установленных последовательно в выходном патрубке 3, за которым размещен теплообменник 15, включающий пучок труб и соединенный по горячей среде с входным патрубком 2, а по холодной среде - с выходным патрубком 3. Установленная в выходном патрубке 3 за теплообменником 15 каталитическая кассета 16 сообщена с ним по холодной среде. Бак с нейтрализующей жидкостью 10 подсоединяется к корпусу 1 посредством фланца-замка 17.

В качестве катализаторов 18 используются алюмосиликаты, платина, родий и др. материалы; нейтрализующей жидкости 10 - вода, отработанные масла, щелочи, мочевина и т.п.; а флокуляционной химической добавки - тринатрийфосфат, глинозем, железный купорос и т.п.

В нижней, конической части корпуса 1 размещен дренажный штуцер 19 для аварийного слива жидкости. Комбинированная система нейтрализации отработанных газов транспортных средств снабжена также обводным (байпасным) трубопроводом 20, электромагнитные клапаны 21, 22.

Комбинированная система нейтрализации отработанных газов транспортных средств работает следующим образом.

Отработанные загрязненные газы поступают в межтрубное пространство теплообменника 15 (горячая среда), после чего подаются во входной патрубок 2, где раздваиваются в пропорции, примерно 1:10. Меньшая часть подается в перфорированную трубу 12, где поток разбивается на струи, которые барботируют через слой нейтрализующей жидкости 10, вызывая образование пены на поверхности абсорбции. Для флокуляции (хлопьеобразования) в нейтрализующую жидкость добавляется коагулянт.

В горловину 7 жидкостного скруббера Вентури 4 из бака насосом 9 подается на орошение нейтрализующая жидкость. Так как в горловине 7 создается незначительное разрежение, то в ней наблюдается дробление жидкости на капли и хороший контакт капель с газом. Предварительно смоченные моли газа разгоняются в конической обечайке 11, а при повороте потока более тяжелые частички контаминантов (твердые частицы, тяжелые металлы и сажа), покрытые пленкой жидкости, при поступательном движении вниз захватываются пеной, и более тяжелая масса опускается вниз, очищая отработанные газы от перечисленных компонентов. Очищенные газы поднимаются вверх, где в ступенях 13, 14 сепаратора происходит отделение газа от уносимых капелек жидкости (эффективность сепарации достигает 99,5 %). При дальнейшем транспорте очищенных газов через теплообменник 15 происходит их нагревание за счет более горячих исходных отработанных газов. Далее отработанные газы проходят через катализатор 18 каталитической кассеты 16, где они очищаются от легких контаминантов: оксидов азота, углерода, серы. При улавливании сажи, кроме углерода, улавливаются до 80 % бенз(а)пирен и другие углеводороды. Очищенные отработанные газы через выхлопную трубу выбрасываются в окружающую среду. После достижения насыщения нейтрализующей жидкости перечисленными выше контаминантами ее заменяют на свежую, а загрязненную жидкость направляют на регенерацию. Для замены жидкости бак отстыковывается от корпуса 1 с помощью фланца - замка 17, либо сливают ее через дренажный штуцер 19.

При насыщении адсорбента - катализатора контаминантами кассета с катализатором 18 вынимается из корпуса - фильтра для регенерации, а в фильтр устанавливается кассета со свежим катализатором.

При работе системы очистки электромагнитный клапан 21 закрыт и перекрывает обводной трубопровод 20, а электромагнитный клапан 22 открыт. При аварийной ситуации, требующей быстрое отключение системы очистки, электромагнитный клапан 21 закрывается, перекрывая вход в жидкостный скруббер Вентури 4 и открывая вход в обводной трубопровод 20. Электромагнитный клапан 22 в этом случае закрыт.

Аэродинамическое сопротивление комбинированной системы нейтрализации отработанных газов транспортных средств составляет около 1250 Па, что эквивалентно примерно 5% от развиваемой мощности автомобиля. Эффективность очистки отработанных газов, например, от соединений свинца составляет 87,5%, от сажи - 98,7%.

Таким образом, внедрение заявляемой комбинированной системы нейтрализации отработанных газов транспортных средств с перечисленными выше отличительными признаками способствует повышению эффективности очистки при надежной работе двигателя за счет предвключения жидкостного скруббера Вентури по отношению к каталитической кассете, интенсификации процесса абсорбции в жидкостном скруббере Вентури в результате барботажа части отработанных газов через перфорированную трубу, создания пены и ее стабилизации при добавлении в нейтрализующую жидкость флокуляционной химической добавки.

Источники информации 1. Авторское свидетельство СССР N 484311, кл. F 01 N 3/04, 1975, опубл. 15.09.75, бюл. N 34.

2. Авторское свидетельство СССР N 1000563, кл. F 01 N 3/04, 1980, опубл. 28.02.83, бюл. N 8.

3. Авторское свидетельство СССР N 757751, кл. F 01 М 3/04, 1980, опубл. 23.08.80, бюл. N 31.

Формула изобретения

1. Комбинированная система нейтрализации отработавших газов транспортных средств, содержащая корпус с входным и выходным патрубками, концентрично установленный в корпусе жидкостный скруббер Вентури с диффузором, с горловиной и конфузором, соединенным с входным патрубком, фильтрующий элемент, бак с нейтрализующей жидкостью, связанный подводящей магистралью со скруббером, а также каталитическую кассету, отличающаяся тем, что она снабжена горизонтально расположенной в баке с нейтрализующей жидкостью перфорированной трубой, сообщенной одним концом с входным патрубком и заглушенным противоположным, конической обечайкой, размещенной на обращенном к нейтрализующей жидкости торце диффузора и образующей конфузорный выходной канал, при этом в выходном патрубке корпуса последовательно размещены фильтрующий элемент, выполненный в виде двух ступеней проволочного и жалюзийного сепараторов, теплообменник, сообщенный по горячей среде с конфузором скруббера Вентури, а по холодной - с каталитической кассетой, установленной за теплообменником.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что в нейтрализующую жидкость введен коагулянт - флокуляционная химическая добавка.

3. Система по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена обводным трубопроводом с электромагнитными клапанами.

РИСУНКИ

Рисунок 1