УСТРОЙСТВО ОЧИСТКИ ОТРАБОТАННЫХ ГАЗОВ Российский патент 1999 года по МПК F01N3/08 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для снижения токсичности отработанных газов, например, двигателей внутреннего сгорания.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявленному изобретению является устройство очистки отработанных газов двигателя внутреннего сгорания, содержащее корпус с отверстиями для входа отработанных газов перед очисткой и выхода их после очистки и установленный в корпусе каталитический элемент, выполненный в виде расположенных одна в одной спиралей. (см. опубл. заявка Японии N 52-10698, F 01 N 3/00, 1977)
Отработанные газы поступают через входной патрубок в полость корпуса, где, проходя через катализатор, очищаются от вредных примесей и через выходной патрубок выводятся в атмосферу.

В результате анализа данного решения необходимо отметить, что используемый в устройстве катализатор при его засорении является дополнительным сопротивлением на пути прохождения отработанных газов, что приводит к снижению КПД двигателя и степени очистки. Кроме того, время нахождения отработанных газов в корпусе весьма мало, что не всегда позволяет производить качественную очистку отработанных газов.

Задачей настоящего изобретения является создание устройства, обеспечивающего свободное прохождение через него отработанных газов, что значительно повышает КПД установок, а также обеспечивающего высокую степень очистки отработанных газов от вредных примесей.

Поставленная задача решается тем,что в устройстве очистки отработанных газов, содержащем корпус с отверстиями для входа отработанных газов и выхода их после очистки и установленные в корпусе каталитический элемент, имеющий форму спирали, и элемент закручивания потока отработанных газов, новым является то, что элемент закручивания потока отработанных газов выполнен в виде спирали из плоской ленты или пластины и расположен внутри каталитического элемента. Каталитический элемент может дополнительно содержать хром и титан. Корпус устройства может быть расположен в кожухе, имеющем входной и выходной патрубки, причем полость кожуха связана с полостью корпуса посредством выполненных в последнем сквозных отверстий. На выходном конце корпуса может быть выполнено по крайней мере два отверстия, площадь одного из которых не менее чем в два раза больше площади другого, при этом они расположены в одной плоскости поперечного сечения корпуса устройства. Элемент закручивания выполнен из никелесодержащего сплава.

На чертеже представлено устройство очистки отработанных газов, осевой разрез.

Устройство очистки отработанных газов содержит корпус 1, выполненный, например, в виде трубы с входным 2 и выходным 3 отверстиями. На концах корпуса могут быть выполнены специальные поверхности для установки устройства в предназначенное место. В корпусе 1 установлены элемент 4 закручивания потока отработанных газов и каталитический элемент 5. Элементы 4 и 5 выполнены в виде спиралей, например, цилиндрической формы. Спирали выполняют из упругого материала. Элемент 4 размещен внутри элемента 5 и выполнен в виде спирали, изготовленной из ленты или пластины (пластинчатой формы). Крепление каталитического элемента и элемента закручивания потока отработанных газов в корпусе осуществляется различными приемами и может быть разъемным.

Весьма важным является выбор материала каталитического элемента 5. Наиболее предпочтительным является выполнение его из никеля или никелесодержащего сплава, который при нагреве его выхлопными газами до температуры (300-450)^oC обеспечивает химический процесс очистки газов от вредных примесей, то есть выполняет санкцию катализатора. Материал каталитического элемента может также содержать дополнительно хром и титан. Это повышает степень очистки отработанных газов от вредных примесей.

Элемент 4 может быть выполнен из никеля или никелесодержащего сплава и выполнять при работе устройства не только функцию закручивания потока отработанных газов, но и функцию катализатора. Это также повышает степень очистки отработанных газов.

Элементы 4 и 5 могут быть выполнены из палладия или сплава, содержащего серебро, однако, это делает устройство весьма дорогим.

При монтаже элементов 4 и 5 в корпусе 1 зазор между витками должен быть таковым, чтобы обеспечить свободную циркуляцию отработанных газов.

Корпус 1 может быть выполнен различной формы, но при любом его исполнении обязательно наличие отверстий 2 и 3.

Элемент 4 может иметь и иное исполнение и быть установлен в корпусе 1 перед (относительно направления перемещения отработанных газов) каталитическим элементом 5, однако это ухудшает условия закручивания потока отработанных газов.

Корпус 1 может быть установлен в кожухе 6 с перегородками 7. В перегородках 7 выполнены отверстия 8. В корпусе 1 могут быть выполнены сквозные отверстия 9. На выходном конце корпуса 1 выполнено по крайней мере два отверстия 10 и 11, причем площадь одного из них не менее чем в два раза больше площади другого.

На кожухе выполнены входной 12 и выходной 13 патрубки.

Устройство очистки отработанных газов работает следующим образом.

Для осуществления рабочего цикла устройство подсоединяют к выхлопной магистрали отработанных газов перед глушителем двигателя внутреннего сгорания (Работа устройства раскрывается на примере очистки отработанных газов двигателя внутреннего сгорания).

В процессе работы двигателя внутреннего сгорания отработанные газы через входное отверстие 2 попадают в полость корпуса 1. При контакте потока выхлопных газов с элементом закручивания 4 поток закручивается, то есть осуществляется его движение по спиральной траектории, соответствующей параметрам элемента 4. Элемент 4 придает потоку выхлопных газов траекторию движения, при которой поток контактирует с каталитическим элементом 5, разогревая его до температуры, при которой начинает протекать химическая реакция, позволяющая снизить содержание угарного газа (CO) и углеводородной составляющей (CH) отработанных газов. Наиболее эффективно реакция протекает при взаимодействии отработанных газов с никелесодержащими катализаторами. При выполнении элемента 4 из никелесодержащего материала реакция начинает протекать в начальный момент закручивания потока, что повышает степень очистки отработанных газов. Очищенные газы через отверстие 3 выводятся в атмосферу.

Спиральная траектория движения отработанных газов в корпусе устройства увеличивает время нахождения газов в устройстве во столько ваз, во сколько траектория линии закрутки больше прямолинейного движения молекулы газа внутри корпуса устройства, что обеспечивает высокую степень очистки, высокую работоспособность каталитического элемента (элементов), а также уменьшает потери КПД двигателя за счет уменьшения сопротивления потоку отработанных газов.

Степень очистки может регулироваться установкой спиральных элементов определенной массы, их длины и размерами корпуса.

Благодаря наличию в корпусе 1 отверстий 10 и 11 и соотношению их площадей создается разность давлений элементов потока газа в плоскости расположения отверстий 10 и 11, которая также способствует закручиванию потока газов.

При расположении корпуса 1 в кожухе 6 отработанные газы через входной 12 патрубок попадают в полость корпуса 1, откуда, раскручиваясь, через отверстия 9 корпуса периодически попадают в полость кожуха. Это увеличивает время нахождения составляющих потока в устройстве.

При заполнении полости кожуха газы расширяются, что приводит к изменению кинетической вибрационной энергии потока, а следовательно, к шумопоглощению отработанных газов. Через выходной патрубок 13 отработанные очищенные газы подаются в глушитель, а затем в атмосферу.

Таким образом, предложенное устройство позволяет не только осуществлять очистку отработанных газов, но и снизить их уровень шума.

Проверка работоспособности устройства и оценка его эффективности проводилась на двигателях внутреннего сгорания транспортных средств ГАЗ-31029, ВАЗ-2105, ВАЗ-2107.

Испытания проводились на бензиновом топливе марок АИ-76, АИ-92, АИ-93.

Результаты испытаний приведены ниже.

Таким образом результаты испытаний наглядно иллюстрируют эффективность работы устройства.

Использование изобретения позволяет улучшить экологические показатели по CH в 2-3 раза, а по CO не менее чем в четыре раза. Необходимо отметить, что использование данного устройства не ограничивается применением его только на двигателях внутреннего сгорания. Оно с успехом может быть использовано при эксплуатации любого топливосжигающего оборудования с выбросом продуктов сгорания в атмосферу.

Устройство просто в изготовлении, надежно в эксплуатации, обладает высокой ремонтопригодностью.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для снижения токсичности отработанных газов, например, двигателей внутреннего сгорания. Устройство содержит корпус с отверстиями для входа отработанных газов перед очисткой и выхода их после очистки и установленный в корпусе каталитический элемент. В корпусе установлен также элемент закручивания потока отработанных газов. Каталитический элемент и элемент закручивания потока отработанных газов могут быть выполнены из никеля или никельсодержащего материала в виде спиралей, причем элемент закручивания потока отработанных газов размещен внутри каталитического элемента. Каталитический элемент может быть выполнен из материала, содержащего хром, никель, титан. Корпус может быть установлен в кожухе, имеющим входной и выходной патрубки, причем полости корпуса и кожуха соединены между собой посредством выполненных в корпусе отверстий. В корпусе может быть выполнено два дополнительных отверстия, площадь одного из которых не менее чем в два раза больше площади другого. 4 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Устройство очистки отработанных газов, содержащее корпус с отверстиями для входа отработанных газов перед очисткой и выхода их после очистки и установленные в корпусе каталитический элемент, имеющий форму спирали, и элемент закручивания потока отработанных газов, отличающееся тем, что элемент закручивания потока отработанных газов имеет форму спирали, выполнен из плоской ленты или пластины и расположен внутри каталитического элемента. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что каталитический элемент выполнен из материала, содержащего хром, никель, титан. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что элемент закручивания потока отработанных газов выполнен из никелесодержащего сплава. 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что корпус расположен в кожухе, снабженном входным и выходным патрубками, причем полость кожуха связана с полостью корпуса посредством выполненных в последнем отверстий. 5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на выходном конце корпуса в одной плоскости поперечного сечения выполнено по крайней мере два отверстия, площадь одного из которых не менее чем в два раза больше площади другого.