Термокаталитический нейтрализатор отработанных газов

Авторы патента:

Мингазетдинов Идгай Хасанович (RU)

Тунакова Юлия Алексеевна (RU)

Шипилова Римма Рустемовна (RU)

F01N3/28 - конструкции каталитических реакторов

Владельцы патента RU 2752452:

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" (RU)

Термокаталитический нейтрализатор отработанных газов предназначен для обезвреживания вредных веществ в отработанных газах и может найти применение в двигателях внутреннего сгорания, передвижных и стационарных установках. Термокаталитический нейтрализатор содержит эжектор с регулятором расхода, камеру термического дожигания со шнеком, регулирующее устройство с каталитическим нейтрализатором и внутренней пружиной в стакане, в котором в камере термического дожигания установлены инфракрасный излучатель и датчик температуры, связанный с регулятором напряжения инфракрасного излучателя, а корпус каталитического нейтрализатора имеет быстросъемный механизм в виде байонета с самоторможением. Использование предложенного устройства позволит повысить эффективность очистки выхлопных газов и упростить эксплуатационные характеристики устройства. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Известны устройства для каталитической нейтрализации отработанных газов тепловых установок с использованием катализаторов. В кн. «Химия окружающей среды» (пер. с англ. под ред. А.П. Цыганкова - М: Химия. 1982. 672 c.) описаны каталитические реакторы (рис VIII - 12 схемы б, в, стр. 224), в которых требуется модификация двигателей и сложная система с двойным каталитическим конвертером.

Известно устройство («Каталитический нейтрализатор отработанных газов» патент на полезную модель №118689, бюл. №21 от 27.07.2012г.), в котором производится очистка в нейтрализаторе и осуществляется регулирование зоны каталитического воздействия на газ в зависимости от режима работы двигателя. Данное устройство принято нами за прототип. Недостатки прототипа следующие: в предложенном устройстве отсутствует обеспечение и поддержание необходимой температуры. В то время, известно, что термокаталитические реакции протекают только в определенном диапазоне температур. Если температура газа ниже необходимой, то каталитические реакции не реализуются, а при температурах выше допустимой материал катализатора выгорает, покрывается окисной пленкой и катализ не проходит. Для автомобильных двигателей более характерно пониженная температура, т.к. газ проходя от камеры сгорания до выхлопной трубы, ближе к которой устанавливается каталитическое устройство, значительно остывает. С остывшим газом в камере дожигания у прототипа процесс дожигания может не происходить. Другой недостаток прототипа состоит в монтажной сложности. Дело в том, что по мере эксплуатации катализатор теряет свои каталитические свойства и его надо заменить. Для этого требуется быстросменные устройства, позволяющие заменить один блок катализаторов на новый. Для устранения этих недостатков и повышения качества очистки выхлопных газов предложен термокаталитический нейтрализатор выхлопных газов, в котором содержится эжектор с регулятором расхода, камера термического дожигания со шнеком, регулирующее устройство с каталитическим нейтрализатором и внутренней пружиной в стакане, в котором в камере термического дожигания установлен инфракрасный излучатель и датчик температуры, связанный с регулятором напряжения инфракрасного излучателе, а корпус каталитического нейтрализатора имеет быстросъемный механизм в виде байонета с самоторможением.

Предлагаемый каталитический нейтрализатор представлен на фиг. 1 и фиг. 2, фиг. 3, где

фиг. 1 - общий вид устройства (сечение),

фиг. 2 - узел крепления (байонет),

фиг. 3 - вид А.

Здесь: 1 - патрубок подвода отработанного газа, 2 - эжектор, 3 - регулятор расхода, 4 - патрубок подачи воздуха, 5 - блок термического дожигания, 6 - шнек, 7 - инфракрасный излучатель, 8 - стакан, 9 - пружина, 10 - патрубок выхлопной, 11 - подпятник, 12 - кронштейн, 13 - катализатор пористый, 14 - блок каталитической нейтрализации, 15 - датчик температур, 16 - регулятор напряжения, 17 - измеритель температуры, 18 - источник питания, 19 - корпус самотормозящегося затвора, 20 - втулка, 21 - выступ, 22- штырь поворотный.

Термокаталитический нейтрализатор выхлопных газов крепится к патрубку подвода газов 1 фланцем эжектора 2, который имеет патрубок подачи воздуха 4 с регулятором расхода 3. К эжектору 2 крепится блок термического дожигания 5, имеющий внутри шнек 5, коаксиально которому в центре шнека 6 установлен инфракрасный излучатель 7. Измеритель 7 питается от источника питания 18, в цепи которого имеется измеритель температуры 17, регулятор напряжения 16. В электрическую цепь питания инфракрасного излучателя включен датчик температуры 15, установленный на выходе из блока термического дожигания 5. После блока дожигания 5 расположен блок каталитической нейтрализации 14, который крепится к блоку 5 самотормозящимся затвором типа «байонет» (см. узел I). Блок каталитической нейтрализации 14 имеет внутри пористый цилиндрический катализатор 13, расположенный коаксиально, а внутри него имеется подвижный стакан 8. Внутри стакана 8 установлена пружина 9, которая одним концом опирается на днище стакана 8. А другим концом опирается на подпятник 11, который кронштейнами 12 закреплен на выхлопном патрубке 10. Самотормозящий затвор типа «байонет» имеет корпус 19, который укреплен на корпусе 14. Затвор 19 состоит из корпуса, внутри которого находится подвижная втулка 20 с выступом 21, входящий в профилированный паз корпуса затвора 19. Втулка на конце имеет штырь поворотный 22.

Каталитический нейтрализатор работает следующим образом. При работе двигателя машины, выхлопные газы патрубка 1 поступают в полость эжектора 2. Внутри горловины эжектора 2 за счет высокой скорости потока газа образуется разрежение, и осуществляется подсос воздуха через патрубок подачи воздуха 4 из атмосферы. Далее, выхлопные газы, смешиваясь с воздухом, поступают в пространство блока каталитического дожигания 5, где движутся по шнеку 6, являющимся газоходом. Одновременно с началом работы двигателя включается источник питания 18, который осуществляет нагрев инфракрасного излучателя 7, обеспечивая необходимую температуру датчика 15, обеспечивая контроль прибором 17 и регулированием устройством 16. В полости блока 5 происходит дожигание недогоревших углеводородных компонентов, и далее, газ поступает в полость каталитической нейтрализации 14 и начинает проходить через пористый катализатор 13. В зависимости от режима работы двигателя автоматически регулируется как состав газа внутри блока 5, так и зона прохода газа через пористый катализатор 13.

При работе двигателя на холостом ходу или малых нагрузках объем газов, поступающих через патрубок 1 в эжектор, 2 незначителен, и скорость газов в эжекторе создает малое давление. Это малое давление действует на днище стакана 8. За счет действия пружины 9 стакан 8 перекрывает значительную часть пористого катализатора 13, оставляя для прохода газа небольшую его часть. При работе двигателя на средних и полных нагрузках расход отработанных газов значительно возрастает, и увеличивается подсос воздуха через патрубок 4, и автоматически поддерживается необходимое количество воздуха в полости 5 термического дожигания. Увеличение расхода газа вызывает увеличение давления газа на дно стакана 8, которое вызывает сжатие пружины 9, при этом площадь пористого катализатора 13 отрывается больше, газ проходит через открытое поверхность катализатора, при прохождении которого происходит нейтрализация вредных примесей. Далее очищенный газ удаляется через выхлопной патрубок 10. В зависимости от типа двигателя, вида используемого топлива, проводя предварительное регулирование регулятора расхода 3 и регулятором напряжения 16 необходимую температуру датчика 15.

По мере эксплуатации двигателя термокаталитический нейтрализатор может ухудшать свои каталитические свойства - окисление поверхности катализатора 13, возможное забивание пор и др. Для поддержания эффективности каталитической нейтрализации, блок 14 необходимо заменить и направить пористый катализатор 13 на регенерацию. Быстрая смена блока 14 производится с использованием затвора 19. Поворотом втулки 20, используя поворотный штырь 22, передвигают выступ 21 в профилированном пазу, освобождают затвор и снимают блок 14. В зависимости от размера диаметра устройства патрубка 1 и диаметра блока 5 количество затворов 19 может быть несколько - 2,4,6 и др. Самоторможение затвора, гарантирующее надежное крепление блока 19 при движении автомобиля, обеспечивается условием: γ<ρ, где ρ - угол трения, γ - угол винтовой линии профилированного паза.

Таким образом, использование предложенного термокаталитического нейтрализатора выхлопных газов позволит повысить эффективность очистки выхлопных газов за счет автоматического регулирования процесса дожигания и поддержания необходимого температурного режима процесса каталитической нейтрализации и улучшить эксплуатационные характеристики путем упрощения замены блока катализатора.

1. Каталитический нейтрализатор отработанных газов, содержащий эжектор с регулятором расхода, камеру термического дожигания со шнеком, регулирующее устройство с каталитическим нейтрализатором и внутренней пружиной в стакане, отличающийся тем, что внутри камеры термического дожигания со шнеком установлен по оси инфракрасный излучатель, а соединение корпуса каталитического дожигания с корпусом каталитического нейтрализатора осуществляется быстросъемным механизмом.

2. Каталитический нейтрализатор отработанных газов по п.1, отличающийся тем, что быстросъемный механизм выполнен в виде байонета с самоторможением.

3. Каталитический нейтрализатор отработанных газов по п.1, отличающийся тем, что в полости камеры термического дожигания установлен датчик температуры, связанный с регулятором напряжения на инфракрасном излучателе.

Изобретение относится к катализатору окисления и выхлопной системе для очистки выхлопных газов, образованных двигателем внутреннего сгорания, в частности дизельным двигателем. Изобретение также относится к способам и использованию катализатора окисления, выхлопной системы или области для улавливания по меньшей мере одной фосфорсодержащей примеси и/или по меньшей мере одной серосодержащей примеси в выхлопных газах, образованных дизельным двигателем.

Способ покрытия подложки стабилизированной частицами пеной // 2746160

Изобретение относится к способу нанесения на подложку покрытия. Способ нанесения на подложку покрытия из пены включает (а) введение пены в подложку, включающую множество каналов, через открытые концы каналов на первом конце подложки, (b) создание вакуума у открытых концов каналов на втором конце подложки, причем посредством вакуума втягивают пену в подложку через открытые концы каналов у первого конца, (с) высушивание и/или кальцинирование подложки, содержащей стабилизированную частицами пену, для получения слоя твердой пены, размещенного на подложке или нанесенного на нее как на носитель, причем подложка выполнена из материала, содержащего по меньшей мере одно из карбида кремния и кордиерита, причем подложка представляет собой ячеистую монолитную подложку, имеющую множество каналов, проходящих продольно вдоль длины подложки, причем пена включает дисперсный материал, и причем пена стабилизирована частицами.

Улучшенные рамные элементы для размещения монолитов // 2738702

Элемент для поддержания монолитов, содержащих катализаторы, в потоке выхлопных газов от источников горения, содержащий две пары противоположных стенок, в котором стенки образуют прямоугольную или квадратную форму, внутреннее пространство, образованное стенками, впускной конец, выпускной конец, по меньшей мере один блокирующий элемент, по меньшей мере один мат и по меньшей мере один монолит, содержащий впуск, выпуск, четыре боковых стороны и по меньшей мере один катализатор, эффективный в отношении уменьшения концентрации одного или более газов в выхлопных газах, в котором по меньшей мере один мат и по меньшей мере один монолит расположены внутри рамного элемента таким образом, что по меньшей мере по меньшей мере один мат расположен между монолитом и каждой смежной стенкой, каждый блокирующий элемент расположен поперек впускного конца или выпускного конца рамного элемента и соединен с двумя противоположными сторонами рамного элемента.

Система выпуска отработавших газов без дизельного катализатора окисления (doc), имеющая катализатор проскока аммиака (asc), действующий, как doc, в системе с катализатором селективного каталитического восстановления (scr) перед asc // 2734384

Описываются катализаторные изделия, имеющие первую зону, содержащую первый катализатор SCR, и вторую зону, содержащую катализатор проскока аммиака (ASC), где катализатор проскока аммиака содержит второй катализатор SCR и катализатор окисления, и ASC имеет функциональность DOC, где первая зона размещена на входной стороне подложки, а вторая зона размещена на выходной стороне подложки, и где ASC является двухслойным, причем нижний слой содержит катализатор окисления, а верхний, покрывающий слой содержит второй катализатор SCR.

Катализаторы на основе металлов платиновой группы (pgm) для обработки автомобильных выхлопов // 2731104

Изобретение относится к каталитическим материалам для очищающих выхлопные газы каталитических композитов, включающих содержащие металлы платиновой группы (PGM) катализаторы, компонент (компоненты) PGM которых предоставляют в виде наночастиц и прикрепляют к жаропрочному оксиду металла, который может быть предоставлен в виде предшественника.

Многоступенчатый каталитический нейтрализатор отработавших газов дизеля // 2727283

Многоступенчатый каталитический нейтрализатор отработавших газов дизеля предназначен для использования при реализации очистки отработавших газов двигателей внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия. Устройство содержит кожух с внешней и внутренней стенками и теплоизоляцией между ними, торцевые крышки, корпус с блоком фильтрации твердых частиц, пористыми проницаемыми металлокерамическими каталитическими окислительным, окислительно-восстановительным и восстановительным блоками, поперечными перегородками со сквозными и глухими окнами.

Каталитический нейтрализатор отработавших газов // 2727122

Изобретение относится к области машиностроения, к средствам снижения токсичности отработавших газов двигателей внутреннего сгорания. Каталитический нейтрализатор состоит из корпуса с каталитическими элементами, входным и выходными патрубками.

Каталитические субстраты // 2721686

Изобретение относится к металлическим матрицам. Описана матрица из металлической фольги для использования в каталитических конвертерах для контроля выбросов выхлопных газов двигателя транспортного средства, содержащая множество слоев металлической фольги, причем каждый из которых имеет гофрирование под косыми углами таким образом, что каждый слой является невыровненным с предыдущим и/или следующим слоем, причем каждый слой имеет толщину от приблизительно 0,0254 мм до приблизительно 0,127 мм, и указанное множество слоев образует множество ячеек, выполненных с возможностью обеспечения турбулентного потока газа в них.

Способ эксплуатации газового двигателя // 2721001

Изобретение относится к области двигателестроения, а именно к способу эксплуатации газового двигателя, в частности стационарного, причем предусматривается присоединенный к газовому двигателю (3) выхлопной тракт (29), через который протекают выхлопные газы (30) газового двигателя (3). Газовый двигатель (3) работает на бедной газовой смеси (6) горючего газа и воздуха, причем газовый двигатель (3) эксплуатируется согласно циклу Миллера, предпочтительно таким образом, что момент закрытия по меньшей мере одного впускного клапана газового двигателя (3) приходится на диапазон угла поворота коленчатого вала от около 50° угла поворота коленчатого вала перед нижней мертвой точкой до около 10° угла поворота коленчатого вала перед нижней мертвой точкой.

Конструкция катализатора // 2719371

Изобретение относится к конструкции катализатора для очистки выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания, располагаемой в выпускном канале двигателя внутреннего сгорания. Конструкция содержит элемент основания, имеющий множество наклонных участков, на которых проволокообразные элементы размещены под углом относительно направления потока выхлопных газов; и пересекающиеся участки, на каждом из которых множество наклонных участков пересекаются на обоих концах каждого из наклонных участков, при этом множество наклонных участков размещено радиально вокруг центра пересекающегося участка на стороне выше по потоку и стороне ниже по потоку в направлении потока выхлопных газов на каждом из пересекающихся участков, причем проволокообразные элементы не включают в себя какие-либо проволокообразные элементы, которые размещены таким образом, что они являются ортогональными к направлению потока выхлопных газов, при этом проволокообразные элементы включают в себя проволокообразные элементы, которые размещены под углом относительно направления потока выхлопных газов.

Каталитический нейтрализатор и способ его изготовления // 2756492

Группа изобретении относится к каталитическим нейтрализаторам отработанных газов двигателей внутреннего сгорания. Каталитический нейтрализатор содержит корпус, переходные, входной с фланцем и отводящий патрубки, каталитические блоки, расположенные внутри корпуса. Причем корпус, входной и выходной патрубки имеют прямоугольные сечения. Между корпусом и входным и выходным патрубками расположены переходные патрубки переменного прямоугольного сечения. Каталитические блоки соединены между собой неразъемным соединением при помощи сварки по всей длине совмещенных окружностей, в виде цилиндрических стержней. Стержни расположены порядно и параллельно друг другу в отверстиях двух обойм, выступают с двух сторон за пределы этих обойм и соединены с ними неразъемным соединением при помощи сварки по окружности их стыка. При этом формируется один сотовый каталитический блок, который по периметру обойм неразъемным герметичным соединением при помощи сварки соединен с корпусом. Также предложен способ изготовления заявленного каталитического реактора. При осуществлении изобретения обеспечивается повышение надежности, значительное упрощение конструктивных элементов устройства и снижение энергетических затрат при изготовлении. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.