УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ И УТИЛИЗАЦИИ ИХ ТЕПЛОТЫ Российский патент 1998 года по МПК F01N3/00 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, а именно к устройствам для нейтрализации отработавших газов (ОГ) двигателей внутреннего сгорания (ДВС) и утилизации их теплоты.

Известны устройства для нейтрализации ОГ ДВС, состоящие из внешнего корпуса, внутри которого размещается каталитический реактор для нейтрализации ОГ [1].

Недостатком известных устройств является низкая эффективность при работе ДВС на холостом ходу и долевых нагрузках, а также при пуске ДВС, обусловленная тем обстоятельством, что для получения эффективной очистки ОГ от CO, C_xH_y и RCHO необходимо, чтобы процесс каталитической очистки проходил в области внешней диффузии, т.е. при температуре ОГ выше 300^oC, однако температурный уровень ОГ на этих режимах работы ДВС существенно ниже, поэтому для определения оптимального теплового режима каталитической очистки с нейтрализацией ОГ имеют место дополнительные затраты энергии (например, электронагрев катализатора).

Известна также конструкция теплового аккумулятора фазового перехода плавление-кристаллизация с водогазовым теплообменником, включенным в систему предпусковой тепловой подготовки ДВС [2].

Недостатком такого аккумулятора является низкая эффективность теплообмена между ОГ и теплоаккумулирующим веществом (ТАВ) из-за недостаточного температурного напора, а также невозможность использования ТАВ с высокой удельной энергоемкостью из-за значительного увеличения массогабаритных показателей аккумулятора.

Наиболее близким к заявляемому является устройство, состоящее из внешнего корпуса, внутри которого размещены каталитический реактор для нейтрализации ОГ и утилизационный водогазовый теплообменник, установленный за реактором и подключенный к нему, и теплового аккумулятора фазового перехода [3].

Задачей изобретения является повышение эффективности работы каталитического реактора на холостом ходу, долевых нагрузках и при пусках ДВС.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве для очистки отработавших газов двигателя внутреннего сгорания и утилизации их теплоты, состоящем из корпуса, внутри которого размещен каталитический реактор, заполненный катализатором, и теплового аккумулятора фазового перехода, корпус выполнен цилиндрическим, реактор снабжен сетчатыми перегородками для прохода отработавших газов, тепловой аккумулятор фазового перехода представляет собой полость, образованную корпусами устройства и реактора, ограниченную с торцов сетчатыми перегородками и заполненную теплоаккумулирующим веществом, претерпевающим фазовый переход плавление - кристаллизация при взаимодействии с отработавшими газами двигателя, при этом внутри теплоаккумулирующего вещества расположен жидкостный теплообменник системы предпусковой тепловой подготовки двигателя.

Изобретение поясняется чертежом, где схематично представлено устройство для очистки отработавших газов ДВС и утилизации их теплоты.

Устройство состоит из цилиндрического корпуса 1, внутри которого размещен каталитический реактор 2 отработавших газов (ОГ) ДВС. Реактор заполнен катализатором 3 и снабжен сетчатыми перегородками 4 для прохода газов.

Между корпусом 1 и реактором 2 размещен тепловой аккумулятор фазового перехода плавление-кристаллизация, представляющий собой слой ТАВ высокой энергоемкости 5, в качестве которого используют, например, эвтектическую смесь 28,7% KCl - 45% MnCl₂ - 26,3% NaCl -(молярные доли) с температурой фазового перехода 350^oC. Слой ТАВ высокой энергоемкости окружает корпус реактора 2 и ограничен с торцов сетчатыми перегородками 6 для прохода отработавших газов. Внутри ТАВ расположен жидкостный теплообменник 7 системы предпусковой тепловой подготовки ДВС.

Работа устройства осуществляется следующим образом. При работе ДВС на номинальной и близкой к номинальной нагрузках температурный уровень ОГ достаточен для устойчивой эффективной работы каталитического реактора 2, в котором происходит каталитическая очистка ОГ от CO, C_xH₄ и RCHO, в результате чего температура ОГ повышается. Вышедшие из сетчатых перегородок 4 реактора 2 ОГ поступают в тепловой аккумулятор, в котором нагревают и плавят ТАВ 5 с поглощение скрытой теплоты фазового перехода. Повышенный температурный уровень ОГ на выходе из каталитического реактора 2 позволяет повысить эффективность работы теплового аккумулятора и уменьшить его массогабаритные показатели.

При уменьшении нагрузки ДВС температурный уровень ОГ явно недостаточен для поддержания устойчивого теплового режима каталитического реактора 2. Однако в силу того, что температура ОГ, поступающих в тепловой аккумулятор, ниже температуры фазового перехода, происходит кристаллизация ТАВ 5 с выделением скрытой теплоты фазового перехода, которая выделяется при постоянной температуре выше 300^oC, тем самым поддерживая тепловой режим каталитического реактора.

Таким образом в реакторе поддерживается постоянный температурный уровень выше 300^oC за счет теплоты, накопленной в тепловом аккумуляторе при работе ДВС на других режимах.

В свою очередь, каталитический реактор, осуществляя процесс каталитической нейтрализации ОГ, повышает их температуру и тем самым оказывает положительное влияние на тепловой аккумулятор - интенсифицирует теплообмен и снижает массогабаритные показатели последнего.

Подтверждением решения поставленной задачи является следующее: расположение каталитического реактора-нейтрализатора ОГ внутри теплового аккумулятора фазового перехода таким образом, что корпус реактора окружен слоем ТАВ, которое взаимодействуя с ОГ ДВС претерпевает фазовый переход плавление - кристаллизация и позволяет поддерживать температурный режим реактора при работе ДВС на холостом ходу, долевых нагрузках и при пусках. Такая конструкция устройства также оптимизирует параметры теплового аккумулятора.

Источники информации:
1. Лиханов В.А. и др. Снижение токсичности автотракторных дизелей. -М.: ВО Агропромиздат, 1991, с.120-121.

2. Карнаухов Н.Н. Приспособление строительных машин к условиям Российского Севера и Сибири. -М.: Недра, 1994, 351 с, ил.126.

3. Груданов В.Я. Физико-химические и теплообменные процессы в каталитических нейтрализаторах с утилизацией теплоты отработавших газов. Двигателестроение, 1991, N 1, с.47-49.

Изобретение относится к двигателестроению. Устройство содержит корпус, внутри которого размещен каталитический реактор, заполненный катализатором, и тепловой аккумулятор фазового перехода, представляющий собой полость, образованную корпусами устройства и реактора, ограниченную с торцов сетчатыми перегородками для прохода отработавших газов (ОГ) и заполненную теплоаккумулирующим веществом (ТАВ), претерпевающим фазовый переход плавление - кристаллизация при взаимодействии с ОГ двигателя. Внутри ТАВ расположен жидкостный теплообменник системы предпусковой тепловой подготовки двигателя. Устройство позволяет повысить эффективность очистки ОГ двигателя и утилизации их теплоты путем поддержания высокого температурного уровня в каталитическом реакторе при работе двигателя на холостом ходу и долевых нагрузках за счет накопленной в тепловом аккумуляторе фазового перехода теплоты при работе двигателя на номинальной и близких к номинальной нагрузках, а также за счет интенсификации теплообмена в тепловом аккумуляторе. 1 ил.

Устройство для очистки отработавших газов двигателя внутреннего сгорания и утилизации их теплоты, состоящее из корпуса, внутри которого размещен каталитический реактор, заполненный катализатором, и теплового аккумулятора фазового перехода, отличающееся тем, что корпус выполнен цилиндрическим, реактор снабжен сетчатыми перегородками для прохода отработавших газов, тепловой аккумулятор фазового перехода представляет собой полость, образованную корпусами устройства и реактора, ограниченную с торцов сетчатыми перегородками и заполненную теплоаккумулирующим веществом, претерпевшим фазовый переход плавление - кристаллизация при взаимодействии с отработавшими газами двигателя, при этом внутри теплоаккумулирующего вещества расположен жидкостный теплообменник системы предпусковой тепловой подготовки двигателя.