НЕЙТРАЛИЗАТОР ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ Российский патент 1994 года по МПК F01N3/28 

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к устройствам, снижающим содержание вредных веществ в выхлопных газах автомобилей.

Известно устройство для очистки выхлопных газов, состоящее из корпуса, имеющего входной и выходной патрубки, в который помещен гранулированный керамический катализатор [1] .

Такой нейтрализатор обладает большим гидравлическим сопротивлением, а удельная поверхность его катализатора мала.

Известен нейтрализатор отработавших газов, содержащий ряд каталитических блоков, выполненных из гофрированных и плоских полос, свернутых в рулон или уложенных в пакет таким образом, что образуются прямые газопроницаемые каналы [2] . Рядом установленные блоки отличаются размерами каналов, т. е. получается ячеистая структура, каналы которой имеют переменное сечение по длине. Это способствует турбулизации потока газов и повышению эффективности нейтрализации.

Недостатком данной конструкции является неравномерность использования поверхности катализатора, а также дезактивация катализатора и выгорание материала подложки в центральной части блоков. Это происходит вследствие разности распределения скоростей в потоке отработавших газов перед блоками и в каталитической ячеистой структуре блоков, т. к. при входе из выхлопной трубы в корпус нейтрализатора идущие с большой скоростью газы, расход которых для легкового автомобиля доходит до 200 м³/ч, не успевают рассеяться и стpемятся пройти через центр каталитических блоков, в то время как области, расположенные по периферии, используются недостаточно. При работе двигателя на богатой топливной смеси в результате экзотермических реакций в центре каталитической ячеистой структуры температура может достигать 1400^оС, а на периферии она не превышает 1000^оС.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому нейтрализатору является нейтрализатор, содержащий корпус с входным и выходным патрубками, диффузором и конфузором и несколькими каталитическими блоками, размещенными в центральной части корпуса [3] . Блоки выполнены из гофрированных полос металлического каталитического материала, свернутых в спиральный рулон цилиндрической формы. Между каждой парой рядом расположенных блоков установлены элементы, рассеивающие потоки. Необходимость установки таких элементов вызвана выгоранием ячеистой структуры блоков, которое начинается с их центральной части.

Одним из недостатков устройства является то, что рассеивающие элементы занимают большой объем, который в зависимости от количества блоков составляет 25-40% объема нейтрализатора. Кроме того, вследствие причин, описанных выше, конструкция не позволяет равномерно использовать всю каталитическую поверхность первого блока.

Заявляемый нейтрализатор отработавших газов позволяет решить задачу повышения эффективности очистки отработавших газов за счет более равномерного использования всей каталитической поверхности. Для решения данной задачи в отличие от известного ранее нейтрализатора, содержащего корпус с входным и выходным патрубками, диффузором и конфузором, установленными в корпусе соответственно со стороны входного и выходного патрубков с образованием центральной полости, и каталитические блоки с газопроницаемыми каналами, размещенные в центральной полости последовательно вдоль оси корпуса с зазором один относительно другого, в заявляемом нейтрализаторе блок, размещенный непосредственно за диффузором, выполнен с плотностью газопроницаемых каналов, уменьшающейся от центра к периферии блока, а последующие блоки выполнены с постоянной плотностью газопроницаемых каналов.

На фиг. 1, 2 представлен вариант нейтрализатора с симметричным расположением входного патрубка; на фиг. 3, 4 - вариант нейтрализатора с асимметричным расположением входного патрубка.

Нейтрализатор содержит корпус, состоящий из входного патрубка 1, диффузора 2, центральной полости 3, конфузора 4 и выходного патрубка 5. В центральной полости корпуса установлены каталитические блоки К₁, К₂, К₃. Количество блоков определяется из расчета требуемой активной поверхности, необходимой для достижения степени очистки, соответствующей установленным стандартам. Носители каталитических блоков имеют ячеистую газопроницаемую структуру и могут быть металлическими или керамическими. Металлоносители могут быть образованы гофрированными и плоскими или только гофрированными стальными лентами, свернутыми в спиральный рулон таким образом, что образуются газовые каналы треугольной, синусоидальной или трапецеидальной формы. Каналы могут быть пересекающимися между собой и непересекающимися.

Керамические носители могут быть монолитными, изготовленными из жаропрочной керамики методом экструзии с каналами в форме треугольников, прямоугольников или шестигранников.

Блок К₁, размещенный за диффузором, выполнен с разной плотностью каналов, имеющей максимальное значение в области S₁, расположенной на продолжении оси О входного патрубка 1 и уменьшающейся к наружной поверхности блока. В случае симметричного расположения входного патрубка относительно центральной части корпуса ось О совпадает с осью симметрии блока.

Уменьшение плотности каналов может осуществляться по зонам S₁, S₂, S₃, S₄. Количество зон, их площадь и конфигурация определяются в зависимости от конкретных условий применения, создаваемого диффузором распределения скоростей в потоке газов, формы и размеров блока.

Уменьшение плотности каналов от оси О к наружной поверхности блока может происходить непрерывно, т. е. каналы в каком-то определенном направлении, перпендикулярном оси О, располагаются в порядке с постоянно увеличивающимся сечением, характер изменения которого также зависит от конкретных условий применения, создаваемого диффузором распределения скоростей в потоке газов, формы и размеров блока.

Блоки К₂, К₃ выполнены с равномерной плотностью каналов, которая на практике приблизительно равна средней плотности каналов блока К₁.

Блоки покрыты катализатором, который может быть благородным металлом Pt, Pd, Ir, Rh или сплавом из этих элементов. Блоки в нейтрализаторе, в части покрытия, могут быть различными.

Катализатор может быть нанесен на окись металла, например окись алюминия.

Корпус нейтрализатора выполнен из коррозионно-стойкой стали.

Отработавшие газы поступают через входной патрубок 1 в корпус нейтрализатора. При прохождении через диффузор 2 происходит некоторое изменение параболического характера распределения скоростей в потоке, появляются области вихревого неупорядоченного движения. Далее газы поступают в каналы блока К₁, где за счет разного сечения каналов происходит выравнивание профиля скоростей потока. Выравненный по сечению поток газов поступает в каналы блока К₂, а затем - блока К₃. Проходя по каналам, газы контактируют с каталитическим слоем, после чего, очищенные от вредных компонентов, поступают через конфузор 4 и выходной патрубок 5.

Использование изобретения, по сравнению с прототипом, исключит применение дополнительных деталей, позволит уменьшить на 25-40% длину нейтрализатора и снизить его массу, сохранив при этом термоустойчивость. Равномерное распределение потока отработавших газов по сечению блоков позволит рационально использовать каталитическую поверхность, что, в свою очередь, повысит эффективность очистки. Вследствие исключения рассеивающих элементов, которые создают дополнительные потери напора газов, предложенный нейтрализатор имеет меньшее гидравлическое сопротивление, влияющее на устойчивость работы двигателя автомобиля в режиме холостого хода и на его КПД. (56) 1. Патент США N 4106913, кл. F 01 N 3/15, 7/14, опублик. 1978.

2. Патент США N 3785781, кл. B 01 J 9/04, опублик. 1974.

3. Патент США N 3953176, кл. F 01 N 3/15, опублик. 1976.

Использование: как для очистки отработавших газов автомобилей, так и газов другого промышленного оборудования. Сущность изобретения: нейтрализатор отработавших газов состоит из нескольких каталитических блоков с газопроницаемыми каналами, установленных с зазором между собой в корпусе, имеющем входной и выходной патрубки, расширяющуюся часть, диффузор и конфузор, причем блок, находящийся со стороны диффузора, выполнен с разной плотностью каналов, имеющей максимальное значение в области, расположенной на продолжении оси входного патрубка, и уменьшающейся к наружной поверхности, а последующие блоки выполнены с равномерной плотностью каналов. 4 ил.

НЕЙТРАЛИЗАТОР ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ, содержащий корпус с входным и выходным патрубками, диффузор и конфузор, установленные в корпусе соответственно со стороны входного и выходного патрубка и с образованием центральной полости, и каталитические блоки с газопроницаемыми каналами, размещенные в центральной полости последовательно вдоль оси корпуса и с зазором один относительно другого, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности, каталитический блок, размещенный непосредственно за диффузором, выполнен с плотностью газопроницаемых каналов, уменьшающейся от центра к периферии блока, а последующие блоки выполнены с постоянной плотностью газопроницаемых каналов.