ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЙ ФИЛЬТР Российский патент 1998 года по МПК F01N3/02 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в двигателестроении и других областях техники для снижения вредных выбросов с отработавшими газами, в частности, сажи.

Известно устройство (Вопросы экологии в машиностроении. Очистка отработавших газов, сточных вод и др. М., 1992, вып. 1, с. 22), которое представляет собой электрофильтр со слоем гранулята для очистки отработанных сушильных газов от пыли и аэрозолей. Для очистки отработанных газов их пропускают через систему коронирующих электродов с напряжением 70 - 100 кВ, под действием ионизированного газа частицы пыли и аэрозоля заряжаются. Проходя через положительно заряженный фильтрующий слой, отрицательно заряженные частицы пыли притягиваются к поверхности гранул и оседают на них.

Недостатком известного устройства является то, что оно предназначено для работы в стационарных режимах и не может быть использовано для высокотемпературных потоков отработавших газов ДВС и дизелей.

Ближайшим техническим решением является устройство, установленное на дизельный легковой автомобиль для улавливания сажи (Cikanek Marius Kombifilter lost RuB-Problem bei Diesel-PKW. VDI nachrichten 1990, 44, N33, с. 25). Устройство имеет высоковольтный блок питания, корпус с входным и выходным патрубками, в котором расположена керамическая кольцевая матрица (осадительный электрод с фильтрующим элементом в нем), внутри которой фиксируется коронирующий электрод, выполненный в виде стержня с разрядниками. Один конец стержня фиксируют в специальном держателе-изоляторе, а второй - на переразмеренном изоляторе. Частицы сажи отработавшего газа, проходя мимо коронирующего электрода, заряжаются, а затем осаждаются на поверхности керамической матрицы. Потребляемая мощность не превышает 200 Вт. Степень очистки газов от сажи не менее 90%, противодавление не превышает 5 - 6 кПа.

Недостатками известного устройства являются повышенное противодавление при использовании сотового фильтрующего элемента большого газодинамического сопротивления, двухкратного поворота потока, суммарный угол которого составляет 270^o, и уменьшения проходного сечения специальным держателем коронирующего электрода. Изоляторы и коронирующий электрод подвержены воздействию горячих газов, что может привести к деформации и разрушению поверхности изолятора, к удлинению и провисанию коронирующего электрода, что приводит к пробою электрической цепи. Не предусмотрены меры по защите изолятора от загрязнения сажей, что также сокращает время работы фильтра до очередной профилактики. Устройство не предусматривает самоочистку электродов, в частности, наружной поверхности осадительного электрода. Не предусмотрена возможность регулирования эффективности очистки отработавших газов в зависимости от уровня выбросов сажи.

Задачей изобретения является повышение эффективности и надежности работы устройства.

Технический результат достигается тем, что в электромеханическом фильтре, содержащем корпус с входным и выходным патрубками, в котором расположены коронирующий электрод и осадительный электрод с фильтрующим элементом в нем, и высоковольтный блок питания, на рабочей поверхности осадительного электрода, закрепленного в корпусе на демпферах, выполнены иглы, направленные острием к иглам коронирующего электрода, один конец которого закреплен на изоляторе, а второй выполнен с возможностью перемещения, в выходном патрубке установлен датчик содержания сажи, соединенный через блок управления с электромагнитным клапаном и компрессором, а блок управления соединен с блоком питания.

Фильтрующий элемент осадительного электрода выполнен из насыпного катализатора или из пенокерамики, или в виде двух свернутых металлических листов, один из которых гофрированный, а другой плоский с иглами к коронирующему электроду. Высоковольтный блок питания подсоединен к бортовой системе электропитания. Компрессор выполнен в виде автомобильного компрессора.

Изобретение иллюстрируется чертежом, где на фиг. 1 изображена схема электромеханического фильтра с фильтрующим элементом из насыпного катализатора, на фиг. 2 - электромеханический фильтр с фильтрующим элементом осадительного электрода из пенокерамики, на фиг. 3 - электромеханический фильтр с фильтрующим элементом осадительного электрода из двух свернутых металлических листов, на фиг. 4 и 5 - сечение фильтрующего элемента осадительного электрода, выполненного из гофрированного металлического листа, и вид сбоку соответственно.

Электромеханический фильтр содержит корпус 1 с входным 2 и выходным 3 патрубками. В корпусе 1 на изоляторах 4 закреплены коронирующий электрод 5 с иглами 6, соосно с которыми расположены иглы 7 осадительного электрода 8, состоящего из нижней решетки 9 и верхней решетки 10, между которыми расположен насыпной катализатор 11 (фиг. 1) или пенокерамика 12 (фиг. 2). Осадительный электрод 8 выполнен, например, из свернутого гофрированного металлического листа 13 и плоского металлического листа 14 с выполненными у одного края гребенкой с конусообразными зубьями в виде игл 15 (см. фиг. 4, 5), а сам электрод во всех случаях закреплен на демпферах 16. Устройство содержит блок управления 17, соединенный с высоковольтным блоком питания 18 и электромагнитным клапаном 19, управляющим подачей воздуха от компрессора 20, и датчик содержания сажи 21.

Устройство работает следующим образом.

Отработавший газ поступает через входной патрубок 2 в корпус 1 в зазор между коронирующим электродом 5 с иглами 6 и верхней решеткой 10 с иглами 7 или 15 осадительного электрода 8. Под воздействием высокого напряжения от высоковольтного блока питания 18 происходит зарядка частиц сажи. Затем эти частицы, проходя через осадительный электрод 8, осаждаются на поверхности насыпного катализатора 11 или пенокерамики 12, или свернутых металлических листов гофрированного 13 и плоского 14 в виде плоской пластины или ленты, а затем очищенный отработавший газ выходит через нижнюю решетку 9 и выходной патрубок 3. При увеличении дымности отработавших газов сигнал от датчика содержания сажи 21 поступает в блок управления 17, который дает команду на увеличение подачи напряжения от высоковольтного блока питания 18, что приводит к увеличению очистки отработавших газов от сажи. Блок управления 17 через электромагнитный клапан 19 управляет подачей воздуха от компрессора 20 в изоляторы 4 корпуса 1 электромеханического фильтра, кроме того блок управления в зависимости от сигнала с датчика содержания сажи на выходном патрубке регулирует изменения напряжения между электродами, что соответственно регулирует и очистку отработавшего газа. Для ослабления вибрации осадительного электрода служит демпфер 16.

Осадительный электрод содержит на рабочей поверхности иглы, направленные острием к иглам коронирующего электрода, установленного не менее, чем на двух изоляторах. Один конец коронирующего электрода закреплен, а второй выполнен, например, в виде телескопической конструкции, с возможностью горизонтального перемещения относительно всей длины рабочей поверхности осадительного электрода. В перемычках между отверстиями входной решетки осадительного электрода установлены иглы, оси которых совпадают с осями игл коронирующего электрода.

Фильтрующий элемент осадительного электрода может быть выполнен из насыпного катализатора с заданной дисперсностью, различных пенокерамик с заданным проходным сечением или же выполнен в виде металлических листов, например, типа свернутых лент, один из которых гофрированный, а второй плоский с иглами к коронирующему электроду.

Для очистки коронирующего электрода и изоляторов от сажи блок управления соединен с датчиком содержания сажи и источником сжатого воздуха, в качестве которого используют автомобильный компрессор, для регулирования продувки электроизоляторов. Высоковольтный блок питания подсоединен к бортовой системе электропитания автомобиля.

Наличие игл на рабочей поверхности осадительного электрода улучшает параметры работы фильтра (чистым считается фильтр с толщиной пыли до 1 мм). В фильтре с плоским осадительным электродом сажа скапливается на рабочей поверхности осадительного электрода и это приводит к увеличению сопротивления и повышает потребляемую мощность. На иглах осадительного электрода количество осевшей сажи ограничено из-за периодического ее срыва потоком газа.

Коронирующий электрод, у которого один конец закреплен на изоляторе, а второй конец выполнен с возможностью перемещения по всей длине рабочей поверхности осадительного электрода, исключает деформацию и прогиб электрода от температурных напряжений и, соответственно, пробоя электрической цепи.

Совпадение осей игл на коронирующем и осадительном электродах при монтаже устройства позволяет, даже в случае частичного их смещения друг относительно друга, поддерживать почти неизменными параметры электрического поля.

В фильтре предусмотрена возможность использования в качестве фильтрующего материала в осадительном электроде насыпного катализатора и пенокерамики между двумя решетками. При использовании в качестве осадительного электрода двух свернутых металлических листов, один из которых гофрированный, а второй - плоский с иглами к коронирующему электроду, позволяет обойтись без решеток.

Изоляторы и коронирующий электрод вынесены из основного потока отработавших газов, при этом через изоляторы для защиты от сажи подают воздух, что также снижает их тепловую нагрузку, защищает от отложений сажи и обеспечивает нормальное функционирование. При этом расход воздуха через изолятор можно регулировать блоком управления по сигналу от датчика содержания сажи.

Наличие в устройстве датчика содержания сажи, сигналы от которого поступают в блок управления, позволяет при увеличении дымности отработавших газов выше установленного уровня, за счет увеличения подачи напряжения от высоковольтного блока питания, снижать дымность от установленного значения.

Установка осадительного электрода на демпферах снижает вероятность разрушения монолитного катализатора и уменьшает степень износа насыпного катализатора.

Наличие электрического поля для электролизации частиц сажи положительно воздействует на ход каталитических реакций.

Таким образом, предложенная конструкция электромеханического фильтра позволяет повысить эффективность очистки отработавших газов и надежность работы при эксплуатации дизелей и двигателей внутреннего сгорания.

Изобретение относится к машиностроению, например к двигателестроению, для снижения вредных выбросов с отработавшими газами. Электромеханический фильтр содержит корпус, в котором расположены коронирующий и осадительный электроды. Один конец коронирующего электрода закреплен на изоляторе, а другой конец электрода выполнен с возможностью перемещения. Осадительный электрод содержит фильтрующий элемент, выполненный в виде насыпного катализатора, или пенокерамики, или двух металлических листов - одного гофрированного и другого плоского с иглами, обращенными к коронирующему электроду. При работе частицы сажи отработавшего газа, проходя через электромеханический фильтр, заряжаются в межэлектродном промежутке и осаждаются на катализаторе и выгорают. Эффективность очистки отработавшего газа контролируется датчиком сажи и регулируется изменением напряжения между электродами и расходом воздуха через изолятор коронирующего электрода. Технический результат - повышение эффективности и надежности работы устройства. 5 з.п.ф-лы, 5 ил.

1. Электромеханический фильтр, содержащий корпус с входным и выходным патрубками, в котором расположены коронирующий электрод и осадительный электрод с фильтрующим элементом в нем, и высоковольтный блок питания, отличающийся тем, что на рабочей поверхности осадительного электрода, закрепленного в корпусе на демпферах, выполнены иглы, направленные острием к иглам коронирующего электрода, один конец которого закреплен на изоляторе, а другой выполнен с возможностью перемещения, в выходном патрубке установлен датчик содержания сажи, соединенный через блок управления с электромагнитным клапаном и компрессором, блок управления соединен с блоком питания. 2. Фильтр по п. 1, отличающийся тем, что фильтрующий элемент осадительного электрода выполнен из насыпного катализатора. 3. Фильтр по п. 1, отличающийся тем, что фильтрующий элемент осадительного электрода выполнен из пенокерамики. 4. Фильтр по п. 1, отличающийся тем, что фильтрующий элемент осадительного элемента выполнен в виде двух свернутых металлических листов, один из которых гофрирован, а другой плоский с иглами к коронирующему электроду. 5. Фильтр по п. 1, отличающийся тем, что высоковольтный блок питания подсоединен к бортовой системе электропитания. 6. Фильтр по п. 1, отличающийся тем, что компрессор выполнен в виде автомобильного компрессора.