УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ДЫМОВОГО ФИЛЬТРА ОТ САЖИ Российский патент 1995 года по МПК F01N3/02 B01D49/00 

Изобретение относится к технике очистки дымовых фильтров от сажи и, в частности для очистки фильтров, применяемых в выхлопных трубах двигателей автомобилей.

Известно устройство для очистки фильтров выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания от сажи, которое содержит соосно расположенные подводящую и отводящую газы трубы, резонатор и очистительный фильтр, а также источник микроволновой энергии, электрически соединенный с резонатором, в пучности электрического поля которого размещен фильтр, что способствует его более полной очистке. В этом случае резонатор должен иметь поперечные размеры и объем больше резонатора аналога. При большем объеме резонатора требуется большая мощность источника микроволновой энергии для создания в резонаторе величины напряженности электрического поля, необходимого для разогрева сажи до температуры ее возгорания (600^оС), чтобы пошла экзотермическая реакция.

Техническим результатом изобретения является уменьшение мощности источника микроволновой энергии, необходимой для полной очистки фильтра от сажи путем ее выжигания за счет равномерного распределения электрического поля в фильтре и увеличения в нем напряженности электрического поля без увеличения мощности источника энергии.

Этот результат достигается в двух технических решениях, связанных одним изобретательским замыслом, поэтому заявляются в одной заявке два варианта изобретения.

I вариант исполнения изобретения
По этому варианту изобретения устройство для очистки дымовых фильтров от сажи содержит источник микроволновой энергии, две линии передачи этой энергии, два согласующих устройства, согласованную нагрузку, соосно расположенные подводящая и отводящая газы трубы, очистительный фильтр, выполненный в виде трубы из пористого диэлектрика с малыми электрическими потерями, две металлические решетки, металлический экран, выполненный в виде стержня с длиной цилиндрической части, равной длине фильтра, и заостренными концами, и двумерную замедляющую систему, выполненную в виде металлической трубы с продольным размером не менее продольного размера фильтра и с поперечными гофрами на ее внутренней поверхности.

Экран расположен внутри фильтра, а замедляющая система снаружи по тугой посадке. На торцах фильтра закреплены металлические решетки. К трубе замедляющей системы герметично, с одной стороны присоединен один конец подводящей газы трубы, а с другой один конец отводящей трубы.

Источник энергии и согласованная нагрузка через линии передачи электрически соединены с разными концами заземляющей системы с помощью согласованных переходов.

Отличительными признаками изобретения по I варианту исполнения являются: согласованная нагрузка, две металлические решетки, вторая линия передачи, металлический экран и замедляющая система.

II вариант исполнения изобретения
По этому варианту устройство для очистки дымовых фильтров от сажи, содержит источник микроволновой энергии, две линии передачи этой энергии, два согласующих устройства, согласованную нагрузку, металлическую решетку, соосно расположенные подводящая и отводящая газы трубы, очистительный фильтр, выполненный в виде трубы из пористого диэлектрика с малыми потерями, металлический экран, выполненный в виде стержня, имеющего длину цилиндрической части равной длине фильтра, диаметр меньше внутреннего диаметра фильтра, один конец стержня заострен, а другой имеет головку, замедляющую систему, которая выполнена в виде металлической трубы с поперечными гофрами одинакового размера на ее внутренней поверхности и сквозными отверстиями в трубе, диаметр которых меньше четверти рабочей длины волны ( λ) источника микроволновой энергии, диаметр цилиндрической поверхности, на которой лежат вершины гофров равен наружному диаметру фильтра.

Один конец подводящей трубы имеет фланец, а отводящая труба имеет два сквозных отверстия для прохода линий передач.

Фильтр одет на стержень экрана с зазором, достаточным для подвода к фильтру дыма. В этом зазоре перед фильтром установлена металлическая решетка в форме шайбы. Шаг металлической решетки меньше λ/4. На фильтр одета заземляющая система по плотной посадке. Один торец фильтра и замедляющей системы упираются в голову стержня экрана, а другие во фланец подводящей трубы. Отводящая труба одета на замедляющую систему с зазором, достаточным для отвода прошедших через фильтр газов, и одним концом герметично соединена с фланцем подводящей трубы.

Источник энергии и согласованная нагрузка через линии передачи, проходящие через отверстия в отводящей трубе без зазоров, электрически соединены с разными концами замедляющей системы с помощью согласованных переходов.

Отличительными признаками изобретения по II варианту исполнения являютcя: согласованная нагрузка, вторая линия передачи, металлическая решетка, металлический экран, замедляющая система со сквозными отверстиями, особая форма выполнения подводящей и отводящей газы труб и их взаимное расположение.

Устройства двух вариантов исполнения могут иметь любые формы поперечных сечений, например круглые, квадратные и т.п.

На фиг. 1 представлено устройство для очистки дымового фильтра от сажи, осевой продольный разрез (I вариант исполнения); на фиг.2 то же (II вариант исполнения).

На фигурах введены обозначения: 1 труба, подводящая дым, 2 замедляющая система, 3 фильтр для очистки дыма от сажи, 4 металлический экран. 5 труба, отводящая дым, 6 источник микроволновой энергии, 7 линия передачи микроволновой энергии, 8 устройство для согласования передающей линии с замедляющей системой, 9 согласованная нагрузка, 10 металлическая решетка.

Труба 1, подводящая дым, может быть выполнена из стали круглого, квадратного, эллиптического и/или другого сечения.

Замедляющая система 2 выполняется из металла.

Фильтр 3 может быть выполнен из пористого, жаропрочного диэлектрика с малыми электрическими потерями (керамика).

Экран 4 выполняется из металла (сталь).

Труба 5, отводящая очищенный дым, выполняется из стали.

Источник 6 микроволновой энергии может быть выполнен на магнетроне, применяемом для бытовых микроволновых печей.

Линия передачи 7 может быть выполнена из волновода или коаксиала.

Устройство 8 для согласования линии передачи 7 с замедляющей системой 2 может быть выполнено в виде рупора или возбудителя в виде вибратора (Я.Н.Фельд, Л.С.Бененсон, Антенно-фидерные устройства, часть 2, ВВИА им. Н.Е.Жуковского, 1959, с.210, фиг.13.1).

Согласованная нагрузка 9 может быть выполнена в виде отрезка волновода или коаксиальной линии, закороченного с одного конца, внутри которого размещен клин из материала с большим электрическим сопротивлением, а снаружи установлен радиатор воздушного охлаждения (Ф.Тишер, Техника измерения на сверхвысоких частотах, Физмат литература, М. 1963, с.182, фиг.5,14).

Решетка 10 выполняется из металла, (ее шаг меньше λ/4) по форме и по размерам торца фильтра в I варианте исполнения и с размерами зазора между экраном и фильтром во II варианте исполнения изобретения.

Статика.

По первому варианту исполнения изобретения труба 1 одним концом герметично присоединена к одному концу трубы замедляющей системы 2. Фильтр 3 размещен внутри замедляющей системы по тугой посадке. Экран 4 установлен внутри фильтра 3 тоже по тугой посадке. Отводящая труба 5 одним концом герметично присоединена ко второму концу замедляющей системы 2. Источник 6 энергии через линию передачи 7 и устройство согласования 8 электрически соединены с одним концом замедляющей системы 2. Согласованная нагрузка 9 с помощью устройства согласования 8 и линии передачи 7 электрически соединена с другим концом системы 2. Металлические решетки 10 закреплены на торцах фильтра 3 и служат для локализации микроволновой энергии в нем. Вибраторы согласующих устройств 8 размещены на λ/4 от решеток 10.

По второму варианту исполнения изобретения труба 1 концом с фланцем герметично соединена с одним концом трубы замедляющей системы 2 и отводящей трубы 5 и плотно прилегает к одному концу фильтра 3. Другие концы труб замедляющей системы 2 и фильтра 3 плотно прилегают к головке экрана 4, а сам экран расположен внутри фильтра с зазором для прохода подводимого к нему газа. В этом зазоре, перед фильтром 3 установлена металлическая решетка 10. Между замедляющей системой 2 и трубой 5 имеется зазор для прохода очищенных газов.

Источник 6 энергии и согласованная нагрузка 9 через линии передач 7, проходящие через отверстия в трубе 5, электрически соединены с разными концами замедляющей системы 2 с помощью согласованных переходов 8.

Динамика.

Известно, что поверхностные волны представляют собой электромагнитные колебания, которые распространяются без излучения вдоль границы раздела между средами с различными физическими свойствами (А.Ф.Харвей, Техника сверхвысоких частот. Том 1, Сов. радио. М. 1965, с.558). Распространение поверхностных волн возможно вдоль поверхности, которая прямолинейная в направлении распространения. В поперечном направлении форма поверхности может быть произвольной, в нашем случае она цилиндрическая. Замедляющая структура может быть либо диэлектрик, либо из комбинации диэлектрика с металлом, либо гофрированной металлической поверхностью.

Замедляющая структура в изобретении является комбинацией диэлектрика (фильтра) и гофрированной металлической поверхности.

Напpяженность поля поверхностной волны в замедляющей системе при одинаковой мощности источника микроволновой энергии с прототипом и аналогом больше, чем в резонаторе, так как поверхностная волна распространяется непосредственно по стенкам фильтра в малом объеме. Большая напряженность поля обеспечивает быстрый разогрев сажи и ее сжигание, а при той же скорости разогрева, что и у прототипа требует меньшей мощности источника микроволновой энергии.

Поступающие по трубе выхлопные газы под давлением проходят через фильтр 3 в продольном направлении (I вариант исполнения изобретeния) или поперечном направлении (II вариант). Сажа осаждается на фильтре, а очищенный дым поступает в отводящую трубу 5 (I вариант). В другом варианте исполнения очищенный дым через отверстия в трубе замедляющей системы 2 также поступает в трубу 5.

По мере загрязнения фильтра 3 сажей в трубе 1 повышается давление, включается источник энергии, энергия начинает поступать по линии передачи 7 и согласованному устройству 8 в замедляющую систему 2 и СВЧ-поле начинает распространяться по фильтру в направлении другого конца замедляющей системы 2 к согласованной нагрузке 9, которая необходима для поглощения лишней энергии, которая по мере очищения фильтра возрастает. Электрическое поле поверхностной волны наводит токи в саже и тем самым разогревает ее до температуры воспламенения (600^оС). Сажа начинает гореть за счет кислорода, который всегда имеется в потоке выхлопных газов (машины, как правило, работают на обедненной рабочей смеси). Таким образом, происходит очистка фильтра от сажи. По повышенной температуре согласованной нагрузки или уменьшению давления в трубе 1 судят об окончании очистки фильтра и отключают источник 6.

Использование: в технике очистки от сажи дымовых фильтров, установленных в выхлопных трубах автомобильных двигателей, с помощью микроволновой энергии. Сущность изобретения: устройство содержит источник микроволновой энергии, экран, двумерную замедляющую систему, выполненную в виде металлической трубы с поперечными гофрами на ее внутренней поверхности, согласованную нагрузку и согласованные переходы для запитки замедляющей системы микроволновой энергией и отвода лишней энергии к согласованную нагрузку. Фильтр выполняется из пористого, температуростойкого диэлектрика с малыми электрическими потерями и устанавливается соосно между экраном и замедляющей системой. Фильтр является частью этой системы, через которую проходят поверхностные волны и наводят токи в саже и нагревают ее до температуры воспламенения. 1 з. с.п. ф-лы, 2 ил.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ДЫМОВОГО ФИЛЬТРА ОТ САЖИ, содержащее входной и выходной патрубки, установленный между ними фильтр, источник микроволновой энергии и включенные последовательно первую линию передачи энергии и первый согласованный переход, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит согласованную нагрузку, второй согласованный переход, вторую линию передачи, входную и выходную металлические решетки, металлический экран, выполненный в виде цилиндрического стержня длиной, превышающей длину фильтра, и с заостренными концами, направленными соответственно в сторону входного и выходного патрубков, и двумерную замедляющую систему, выполненную в виде полой металлической трубы, жестко закрепленной между входным и выходным патрубками, снабженной поперечными гофрами, размещенными на ее внутренней поверхности и охватывающими фильтр по тугой посадке, причем труба выполнена длиной, превышающей длину фильтра, металлический экран установлен внутри фильтра по тугой посадке и соосно с ним, металлические решетки закреплены на торцах фильтра, согласованный переход электрически соединен с одним концом замедляющей системы, а другой ее конец электрически соединен через второй согласованный переход и вторую линию передачи с согласованной нагрузкой. 2. Устройство для очистки дымового фильтра от сажи, содержащее входной патрубок с фланцем, выходной патрубок, фильтр, источник микроволновой энергии и включенные последовательно первую линию передачи энергии и первый согласованный переход, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит согласованную нагрузку, второй согласованный переход, вторую линию передач, металлическую решетку, металлический экран и замедляющую систему, металлический экран выполнен в виде полого цилиндрического стержня длиной, превышающей длину фильтра, и одним заостренным концом, обращенным к входному патрубку, а другой конец стержня снабжен головкой, металлический экран установлен внутри фильтра с образованием между ними кольцевого зазора, выходной патрубок выполнен диаметром, превышающим диаметр входного патрубка, замедляющая система выполнена в виде полой металлической трубы со сквозными отверстиями длиной, превышающей длину фильтра, и поперечными гофрами, выполненными на ее внутренней поверхности, металлическая решетка установлена в кольцевом зазоре перед фильтром со стороны впускного патрубка, замедляющая система гофрами охватывает фильтр по тугой посадке, фильтр и замедляющая система размещены в выпускном патрубке с образованием полости и с одной стороны упираются во фланец впускного патрубка, жестко связанного с выпускным патрубком, а с другой стороны в головку экрана, в выпускном патрубке выполнены первое и второе сквозные отверстия с размещенными в них первой и второй линиями передач, согласованный переход электрически соединен с одним концом замедляющей системы, а другой ее конец электрически соединен через второй согласованный переход и вторую линию передачи с согласованной нагрузкой.