Устройство очистки отработанных газов
Владельцы патента RU 2553591:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) (RU)
Изобретение относится к каталитическим нейтрализаторам отработанных газов. Устройство очистки отработанных газов содержит элемент закручивания потока отработанных газов, каталитический элемент, выполненный в виде спирали 2, две шайбы 8, и введен корпус 4. Элемент закручивания потока выполнен в виде винтообразного центрального тела 3 с нанесенным на его поверхность катализатором, концы которого прикреплены к шайбам 8 и соединены с круглыми дисками со щелями 1, 5. Каталитический элемент выполнен в виде мелких пружинок 7 разной формы с сильно развитой поверхностью и расположенных в полости корпуса 4 между витками винтообразного центрального тела 3 для нейтрализации вредных веществ в отработанных газах. Часть пружинок 7 покрыта катализатором окислительного действия, часть - восстановительного. Техническим результатом изобретения является повышение эффективности устройства очистки отработанных газов путем нейтрализации вредных выбросов в отработанных газах. 1 табл., 1 ил.
Изобретение относится к машиностроению, а именно к каталитическим нейтрализаторам отработанных газов, и может быть использовано как в двигателях внутреннего сгорания, так и в любом топливосжигающем оборудовании с выбросом продуктов сгорания.
Известен нейтрализатор отработанных газов, содержащий установленный в корпусе каталитический элемент, выполненный в виде спирали (заявка Японии 52-10698, МПК F01N 3/00, 1977).
Данное устройство как нейтрализатор функционирует неэффективно. Это объясняется тем, что вдоль осевой зоны нейтрализатора проскакивают непрореагировавшие вредные газы.
Известно устройство (Патент RU 2135787, МПК F01N 3/28), выбранное в качестве прототипа, содержащее каталитический элемент, выполненный в виде спирали, элемент закручивания потока отработанных газов, выполненный в виде спирали, расположенный внутри каталитического элемента, две шайбы, соединенные между собой стяжками.
Недостатком данного устройства является большая концентрация вредных выбросов в приосевой зоне газового потока, за счет недостаточной нейтрализации вредных выбросов, что ведет к снижению эффективности устройства очистки отработанных газов.
Решаемой задачей изобретения является повышение эффективности устройства очистки отработанных газов за счет нейтрализации вредных выбросов, например в двигателях внутреннего сгорания при движении в выхлопной системе.
Техническим результатом от использования заявляемого изобретения является повышение эффективности устройства очистки отработанных газов путем нейтрализации вредных выбросов в отработанных газах.
Техническая задача решается тем, что устройство очистки отработанных газов содержит элемент закручивания потока отработанных газов, каталитический элемент, выполненный в виде спирали, две шайбы, и введен корпус, элемент закручивания потока выполнен в виде винтообразного центрального тела с нанесенным на его поверхность катализатором, концы которого прикреплены к шайбам и соединены с круглыми дисками со щелями, при этом каталитический элемент выполнен в виде мелких пружинок разной формы с сильно развитой поверхностью и расположенных в полости корпуса между витками винтообразного центрального тела для нейтрализации вредных веществ в отработанных газах, причем часть пружинок покрыта катализатором окислительного действия, часть - восстановительного.
Для пояснения технической сущности изобретения рассмотрим фиг. 1 - устройство очистки отработанных газов, где:
1, 5 - круглые диски со щелями;
2 - каталитический элемент в виде спирали;
3 - винтообразное центральное тело;
4 - корпус;
6 - щели;
7 - пружинки;
8 - шайбы;
9 - болты крепления.
Устройство очистки отработанных газов состоит из каталитического элемента 2, выполненного в виде спирали. Внутри спирали размещено винтообразное центральное тело 3, концы которого прикреплены к шайбам 8. Для обеспечения свободного прохода отработанных газов в шайбах 8 выполнены отверстия. К шайбам 8 прикреплены диски 1, 5 со щелями 6. Полость корпуса 4 между витками винтообразного центрального тела 3 заполнена пружинками 7. Пружинки 7 выполнены из никеля или никельсодержащего материала. Возможно выполнение пружинок 7 из палладия или сплава, содержащего серебро. Весьма эффективным является изготовление пружинок 7 из материала, содержащего хром, никель, титан. Для получения сильно развитой поверхности пружинок 7 их протравливают кислотой. На часть пружинок 7 наносится катализатор окислительного действия, а на часть - восстановительного.
Винтообразное центральное тело 3 может быть выполнено из обычной конструкционной стали, или из никельсодержащего материала, или из никеля. Винтообразное центральное тело 3 обеспечивает одинаковую гравиметрическую плотность пружинок 7 по всему сечению устройства. Кроме того, винтообразное центральное тело 3 способствует закручиванию потока отработанных газов, но, как и пружинки 7, его покрывают катализатором, что позволяет повысить степень очистки отработанных газов. Форма пружинок 7 (цилиндрическая, коническая, сферическая и др.) и размеры пружинок 7 определяются исходя из объема каталитического блока и потребной площади для нанесения катализатора. Устройство очистки отработанных газов содержит корпус 4, выполненный из тонкого листа нержавеющей стали.
Устройство очистки отработанных газов работает следующим образом.
При использовании по назначению устройство очистки отработанных газов устанавливают и фиксируют, например, в полости глушителя (во внутреннем объеме резонатора).
Работа устройства очистки отработанных газов при очистке отработанных газов двигателя внутреннего сгорания происходит следующим образом. Дымовые газы из двигателя внутреннего сгорания через выпускной коллектор попадают в выхлопную систему. При натекании отработанных газов на винтообразное центральное тело 3 поток закручивается и перемещается по спиральной траектории, соответствующей ходу винта, который придает потоку выхлопных (отработанных) газов траекторию движения, при которой он контактирует с поверхностью пружинок 7, разогревая их и прижимая к круглому диску со щелями 5. За счет катализа на поверхностях пружинок 7 и винтообразного центрального тела 3 начинает протекать химическая реакция, позволяющая снизить содержание газообразных вредных веществ.
Пружинки 7 обеспечивают интенсивный тепломассообмен и сглаживают пульсации газовоздушного потока, что улучшает процесс очистки отработанных газов от вредных примесей. Реакции окисления эффективно начинают протекать уже в начальный момент времени, так как при взаимодействии отработанных газов с никельсодержащими каталитическими пружинками 7 последние быстро нагреваются до рабочего состояния. Присутствие в материале пружинок хрома и титана позволяет повысить степень очистки отработанных газов.
Через определенный период эксплуатации пружинки 7 очищают от механических примесей. Для этого из глушителя вынимают устройство очистки отработанных газов, открепляют круглые диски со щелями 1, 5 и высыпают пружинки 7. После очистки и проверки их состояния пружинки 7 повторно помещают в полость корпуса 4 между витками винтообразного центрального тела 3, круглые диски со щелями 1, 5 прикрепляют к шайбам 8. При необходимости в устройство очистки отработанных газов добавляются новые пружинки 7, покрытые катализатором. Эти пружинки 7 поставляются как расходный материал для глушителей-нейтрализаторов.
Степень очистки может регулироваться установкой пружинок 7 определенного количества, размеров и вида каталитического покрытия.
Проверка работоспособности устройства очистки отработанных газов и оценка его эффективности проводилась на двигателе внутреннего сгорания автомобиля ГАЗ-31029, переоборудованного для работы на метане. Результаты испытаний без использования устройства очистки и с использованием устройства очистки отработанных газов приведены в табл. 1.
Испытания проводились на разных режимах оборота двигателя (1700, 2060 об/мин). Как видно из таблицы 1, использование устройства очистки отработанных газов позволяет улучшить экологические показатели по всем вредным веществам, содержащимся в отработанных газах (NOx, СН, СО), в несколько раз. Содержание оксидов азота NOx уменьшается при n=1700 об/мин от 1518 ррm до 2,1 ррm, а при n=2060 об/мин от 1689 ррm до 2,3 ррm. Содержание углеводородов СН уменьшается при n=1700 об/мин от 532 ррm до 0,67 ррm, а при n=2060 об/мин от 679 ррm до 0,7 ррm. Содержание окиси углерода СН уменьшается при n=1700 об/мин от 932 ррm до 4,2 ррm, а при n=2060 об/мин от 1002 ррm до 4,3 ррm.
Необходимо отметить, что использование данного устройства не ограничивается применением его только на двигателях внутреннего сгорания. Оно с успехом может быть использовано при эксплуатации любого топливосжигающего оборудования с выбросом продуктов сгорания в атмосферу.
По сравнению с известными аналогами конструктивные особенности заявляемого устройства очистки отработанных газов позволяют повысить ее эффективность путем нейтрализации вредных выбросов в отработанных газах, за счет химической реакции между отработанными газами и катализатором на поверхностях пружинок и винтообразного центрального тела.
Также устройство очистки отработанных газов просто в изготовлении, надежно в эксплуатации, обладает ремонтопригодностью, характеризуется небольшими габаритами.
Устройство очистки отработанных газов, содержащее элемент закручивания потока отработанных газов, каталитический элемент, выполненный в виде спирали, две шайбы, отличающееся тем, что введен корпус, элемент закручивания потока выполнен в виде винтообразного центрального тела с нанесенным на его поверхность катализатором, концы которого прикреплены к шайбам и соединены с круглыми дисками со щелями, при этом каталитический элемент выполнен в виде мелких пружинок разной формы с сильно развитой поверхностью и расположенных в полости корпуса между витками винтообразного центрального тела для нейтрализации вредных веществ в отработанных газах, причем часть пружинок покрыта катализатором окислительного действия, часть - восстановительного.
