ФИЛЬТРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО (ВАРИАНТЫ) Российский патент 1998 года по МПК F01N3/02 

Изобретение относится к устройствам для очистки отработанных газов двигателей внутреннего сгорания, а также может быть использовано для очистки жидкостей.

Известен нейтрализатор отработанных газов двигателей внутреннего сгорания (авт. св. N 17460001, кл. F 01 N 3/28, 1990), содержащий корпус с входным и выходным патрубками, блоки сотовых катализаторов, установленных соосно друг относительно друга, разделенных между собой промежуточными кольцами, и перегородки, смонтированные в корпусе на входе и выходе сотовых блоков. Нейтрализатор выполнен с сотовыми прямыми проходными каналами, что не создает достаточно интенсивного перемешивания потока газов в каналах, а следовательно, интенсивного контакта газов со стенками каналов и задержания несгоревших частиц топлива (сажа) для нейтрализации.

Известно устройство для очистки от вредных примесей (авт. св. N 1752175, кл. B 01 D 25/02, 1990), содержащее керамический блок, в котором имеются продольные и поперечные сотовые каналы. Поперечные сотовые каналы выполнены под углом 45^o к продольным и расположены в шахматном порядке в двух взаимно перпендикулярных плоскостях к поперечному сечению блока. Это устройство имеет существенные недостатки, такие как неразборность керамического блока, что затрудняет очистку сот; тупиковые полости поперечных сот, что снижает эффект нейтрализации при заболевании этих тупиков в сотах; трудоемкость изготовления поперечных сот - особенно методом прессования из керамических материалов.

Известно устройство для очистки отработанных газов двигателей внутреннего сгорания, а также фильтрации жидкостей (патенту США N 4604869, кл. F 01 N 3/02, B 01 L 39/20, 1986), содержащее керамический блок с каналами. Каналы в этом блоке с торцов частично выполнены открытыми и частично - закрытыми, кроме того, каждый канал внутри блока перегорожен тупиковой перегородкой, образуя замкнутые пустоты на входе и выходе керамического блока поочередно. Устройство имеет так же недостатки, как и вышеприведенное устройство.

Известно фильтрующее устройство для очистки отработанных газов дизелей (заявка ФРГ N 3501182, кл. F 01 N 3/02, B 01 D 39/14, 53/04, 53/34, 1986), содержащее монолитный фильтрующий блок из пористой керамики, с множеством каналов, закрытых частично пробками на входе каналов, внутри каналов и на выходе каналов. Каналы, открытые на входе и выходе, имеют пробки внутри каналов, а каналы, закрытые на входе и выходе, не имеют пробок внутри каналов. Кроме того, пробки, установленные внутри каналов, разделяют блок на зоны повышенной пористости на входе газов и уменьшенной пористости на выходе газов. Фильтр работает следующим образом. Отработанные газы поступают в открытые каналы, а встречая сопротивление пробок, установленных внутри канала, увеличивают фильтрацию газов через пористые стенки внутрь замкнутого с двух торцов канала, прохождение газов внутри этого канала и последующую фильтрацию через стенки в открытые с торцов каналы. Этот фильтр имеет те же недостатки, что и вышеприведенные устройства.

По большинству существенных признаков за прототип принят фильтр по заявке ФРГ N 3501182.

Предлагаемое техническое решение ставит цель устранения вышеуказанных недостатков.

Поставленная цель достигается тем, что пористый керамический блок с продольными каналами содержит на входе и выходе по крайней мере несколько установленных соосно с ним керамических перегородок с каналами и экранами, которые в шахматном порядке частично от 25 до 50% перекрывают экраном каналы блока, причем экраны внутренних перегородок, примыкающих к торцам керамического блока, расположены на стыке четырех каналов блока, а экраны наружных перегородок расположены на стыке четырех смежных каналов внутренних перегородок.

В предлагаемом устройстве экраны наружных перегородок выполнены в форме круга, а внутренних - в форме квадратов.

Кроме того, вариант устройства предусматривает выполнение внутренних перегородок без экранов со сквозными каналами, половина которых по площади поперечного сечения в два раза больше соответствующего им канала керамического блока, а наружных перегородок с экранами, полностью перекрывающими соответствующие большие по площади каналы внутренних перегородок, оставляя свободными по площади соответствующие их каналы керамического блока.

К общим признакам заявляемого устройства и прототипа относится: керамический блок с сотовыми продольными каналами; соосные с каналами перегородки в виде пробок; расположение пробок на входе и выходе керамического блока.

К отличительным признакам относятся: наличие керамических перегородок с сотовыми каналами и экранами; расположение каналов керамических перегородок на входе и выходе керамического блока соосно каналам керамического блока; расположение экранов внутренних перегородок на стыке четырех каналов керамического блока симметрично их общей продольной оси; частичное перекрытие каждых четырех каналов керамического блока одним экранов внутренней перегороди; частичное перекрытие каждых четырех каналов внутренней перегородки одним экраном наружной перегородки; выполнение на наружных перегородках в форме круга, а внутренних - квадрата; вариант выполнения внутренних перегородок со сквозными каналами, половина которых по площади в два раза больше соответствующей им площади каналов керамического блока, а наружных перегородок с экранами, перекрывающими полностью эти увеличенные по площади каналы внутренних перегородок.

Из приведенного анализа можно сделать вывод, что предлагаемое устройство обладает новизной.

В известном устройстве пробки, как неразъемный элемент, расположены внутри канала, открытого с торцов блока, и на торцах закрытого ими канала. В предлагаемом устройстве перегородки съемные, а экраны частично закрывают каналы перегородок.

В известном устройстве пробки полностью перекрывают соответствующий канал, а в предлагаемом - только частично, создавая пороги движению газа. Вариант выполнения наружных перегородок с экранами, которые полностью закрывают смежные каналы на выходе из блока, позволяет изменить направление движения потока на противоположное, тем самым в три раза увеличивают путь движения газа, а следовательно, и время нейтрализации. Форма экранов позволяет частично изменять направление потока газов в канале, что способствует их перемешиванию.

Предлагаемое устройство имеет преимущества по сравнению с известными: возможность разборки элементов устройства, что облегчает и улучшает качество промывки; все элементы устройства имеют сквозные каналы, что дает возможность изготовления их методом экструзии, который обеспечивает высокую пористость стенок керамических элементов устройства; керамические перегородки обеспечивают одинаковую с керамическим блоком высокую температуру фильтруемой среды в случае применения устройства в качестве катализатора в фильтрах для выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания; обеспечивает более качественное нанесение припоя и катализатора на фильтрующие каналы, так как они выполнены сквозными.

На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что предлагаемое устройство обладает существенными новыми признаками.

На фиг. 1 приведен общий вид устройства; на фиг. 2 - продольное сечение А-А устройства; на фиг. 3 - общий вид варианта выполнения устройства с зигзагообразными каналами, внутренними перегородками без экранов; на фиг. 4 - продольное сечение Б-Б варианта выполнения устройства; на фиг. 5 - поперечное сечение В-В по перегородке, поз. 9.

Устройство состоит из керамического блока 1 со сквозными каналами 2, внутренних перегородок 3 со сквозными каналами 4 и экранами 5, выполненными в виде квадрата, наружных перегородок 6 со сквозными каналами 7 и экранами 8, выполненными в виде круга.

Внутренние перегородки 3 торцами прилегают плотную к торцам керамического блока, а наружные перегородки 6 торцами вплотную прилегают к торцам внутренних перегородок 3 таким образом, что каналы 2 блока 1, каналы 4 перегородок 3 и каналы 7 перегородок 6 соосны.

Экраны 5 расположены на оси пересечения четырех каналов 2 блока 1 и собственных каналов 4, а экраны 8 - на оси пересечения четырех каналов 4 перегородок 3 и собственных каналов 7, однако в состыкованном с блоком 1 положении экраны 5 и 8 расположены в шахматном порядке.

Вариант выполнения устройства (фиг. 4 и 5) состоит из блока 1, внутренних перегородок 9 (без экранов) с каналами 10, площадь каждого из которых в два раза больше площади канала 2, и каналов 11, площадь каждого из которых равна площади канала 2; наружных перегородок 12 с каналами 11, площадь каждой из которых равна площади канала 2, и экранов 14, площадь каждого из которых в два раза больше площади канала 2.

Экраны 14 расположены напротив соответствующих каналов 11.

Устройство монтируется в корпусе с входными и выходными патрубками (не указаны), на керамические каналы блока наносят нейтрализующие вещества.

Отходящие газы (или жидкость в случае работы как фильтра) поступают в каналы 7 наружной перегородки 6 на входе в блок 1, обтекают экраны 8, при этом направление газа частично изменяется в сторону стенок каналов 4 внутренней перегородки 3, скорость движения увеличивается.

Несгоревшие частицы (сажа), ударяясь об стенки каналов 4 за экранами 5, теряют скорость и оседают с завихрением за экранами 5, а также на стенках каналов 2 блока 1 и перед экранами 5 на выходе из блока.

В процессе движения газов в каналах 2 они нейтрализуются, частично фильтруются в соседние каналы 2 через пористые стенки керамического блока 1 и выбрасываются в атмосферу.

В варианте исполнения устройства (фиг. 4 и 5) отходящие газы на входе поступают в каналы 11 наружной перегородки 12, проходят соответствующие им малые каналы 13 внутренней перегородки 9 и поступают в каналы 2 блока 1. В конце каналов 2 проходят увеличенные по площади каналы 10 внутренней перегородки 9 на выходе из блока 1, встречают экраны 14 и изменяют направление, и по каналу 10 проходят в обратном направлении в каналы 2 блока 1, затем, встречая экраны 14 на входе, опять по каналам 10 изменяют направление на первоначальное, и по каналам 2, через каналы 11 и каналы 13 выходят в атмосферу.

Керамические перегородки плотно прижимаются к торцам блока 1 в корпусе (не указано), составляя единый фильтр со сквозными и сотовыми каналами.

Собирая несколько блоков 1 с разной пористостью керамических каналов и образуя между блоками камеры, накопившуюся сажу можно дожигать, вводя в камеру требуемую часть воздуха.

Загрязненный блок и перегородки легко разбирают и промывают благодаря прямым каналам и простой конструкции блока и перегородок.

Фильтрующее устройство относится к устройствам для очистки жидкости и выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания. Устройство содержит керамический сотовый блок и керамические сотовые вставки с экранами, устанавливаемые на входе и выходе блока. Фильтрация осуществляется экранами вставок и пористыми каналами блока. Закрытие части каналов блока на входе и выходе экранами вставок позволяет изменить направление движения газов или жидкости внутри блока. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Фильтрующее устройство, содержащее пористый керамический блок с сотовыми продольными каналами и соосные с каналами перегородки, отличающееся тем, что содержит на входе и выходе блока по крайней мере несколько соосно установленных с блоком последовательно друг за другом керамических перегородок, выполненных с сотовыми каналами и экранами, которые в шахматном порядке частично перекрывают каналы блока, причем экраны внутренних перегородок примыкают симметрично к торцам на стыке четырех каналов блока, а экраны наружных перегородок - торцам четырех каналов внутренних перегородок. 2. Фильтрующее устройство по п. 1, отличающееся тем, что площадь перекрытия экранами каналов блока составляет от четверти до половины площади каналов блока. 3. Фильтрующее устройство по п. 1, отличающееся тем, что экраны наружных перегородок выполнены по форме круга, а внутренних - по форме квадрата. 4. Фильтрующее устройство, содержащее пористый керамический блок с сотовыми продольными каналами и соосные с каналами перегородки, отличающееся тем, что содержит на входе и выходе блока по крайней мере несколько соосно установленных с блоком последовательно друг за другом керамических перегородок, при этом внутренние перегородки выполнены со сквозными каналами, половина количества которых по площади в два раза больше соответствующей им площади одного канала керамического блока, а наружные перегородки экранами перекрывают эти увеличенные по площади каналы внутренних перегородок.