КОМПЛЕКСНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2002 года по МПК F01N3/04 

Предлагаемое изобретение относится к машиностроению и, в частности, к устройствам для очистки отработавших газов двигателей внутреннего сгорания.

Известен нейтрализатор отработавших газов двигателя внутреннего сгорания, содержащий емкость с нейтрализующим раствором с входными и выходными патрубками, подпиточный бак с заливным патрубком и дренажной системой, в котором отработавший газ поступает через входной патрубок под слой нейтрализующей жидкости, контактирует с ней и через выходной патрубок выводится в атмосферу /1/.

Недостатками известного устройства являются высокое гидравлическое сопротивление нейтрализатора, обусловленное высотой гидростатического столба жидкости в зоне контакта, унос части нейтрализующей жидкости с отработавшими газами в атмосферу, необходимость использования искусственно приготовленной нейтрализующей жидкости, создание ее запаса в подпиточном баке на время работы двигателя, что улучшает экологическую и экономическую эффективность нейтрализатора.

Более близким к предлагаемому изобретению является комплексное устройство для очистки отработавших газов ДВС, включающее трубу отвода отработавших газов, нейтрализатор с размещенными в нем теплообменной и абсорбционной секциями, дренажную систему, причем нейтрализатор состоит из корпуса с крышкой и поддоном, со слоем жидкости в поддоне, входного и выходного патрубков, в крышке корпуса устроены щели, закрытые фильтрующими перегородками, внутри корпуса размещена секция первичного газораспределения /2/.

Недостатками известного устройства являются: необходимость использования искусственно приготовленной нейтрализующей жидкости и принудительной подачи ее для обеспечения межфазного контакта в адсорбционной секции, что требует установки циркуляционного насоса, усложняя, таким образом, конструкцию и снижая эффективность устройства.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является упрощение конструкции и повышение эффективности очистки отработавших газов двигателя внутреннего сгорания.

Поставленная задача реализуется в комплексном устройстве для очистки отработавших газов двигателя внутреннего сгорания, включающем трубу отвода отработавших газов, нейтрализатор с размещенными в нем теплообменной и абсорбционной секциями, дренажную систему, нейтрализатор состоит из корпуса с крышкой и поддоном, со слоем жидкости в поддоне, входного и выходного патрубков, в крышке корпуса устроены щели, закрытые фильтрующими перегородками, внутри корпуса размещена секция первичного газораспределения, причем внутри корпуса по ходу движения газа размещены секция первичного газораспределения с расположенной напротив входного патрубка поперечной перегородкой, теплообменная секция, в которой размещены воздушные отсеки, образованные внутренней поверхностью стенок корпуса, вертикальными продольными пластинами, верхними торцами, примыкающими к крышке, а нижними торцами, опущенными в слой жидкости в поддоне нейтрализатора, закрытыми с передних торцов с зазором попарно П-образными вертикальными крышками, а с задних торцов закрытыми плотно вертикальными стенками, а сверху - фильтрующими перегородками, газовые каналы, образованные зазорами между двумя соседними воздушными отсеками, секция вторичного газораспределения с расположенной в верхней части поперечной перегородкой, абсорбционная секция, поделенная на абсорбционные отсеки, образованные внутренней поверхностью стенок корпуса, продольными вертикальными пластинами, примыкающими верхними торцами к крышке и также погруженными нижними торцами в слой жидкости в поддоне нейтрализатора, сепарационная секция с сепарационными пластинами, размещенными под углом к горизонту, причем вертикальные продольные пластины теплообменной и абсорбционной секций выполнены из гидрофильного пористого материала и на их боковых поверхностях устроены циркуляционные канавки, образующие сеть, в узлах которой выполнены нормально к боковой поверхности вертикальных пластин сквозные конические капилляры с вершинами конусов, направленными в противоположные стороны поочередно в шахматном порядке, при этом дренажная система снабжена гидрозатвором.

В основу работы предлагаемого комплексного устройства для очистки отработавших газов двигателя внутреннего сгорания положена возможность эжектирования воздуха отработавшими газами с последующим смешением /3, с. 214/, наличия значительного количества водяных паров в отработавших газах (продуктов сгорания), отработавших в результате реакции горения углеводородов топлива /4, с. 89/, возможность их конденсации при охлаждении отработавших газов, использования конденсата водяных паров в качестве абсорбента для поглощения токсичных компонентов (окислов азота, окислов серы и т.д.), каталитических свойств, образующихся при растворении вышеупомянутых окислов азотной и серной кислот /5, с. 13/, свойства капиллярных материалов транспортировать жидкость для обеспечения конденсата в нейтрализаторе /6, с. 304/.

Техническим результатом изобретения является упрощение конструкции устройства, снижение концентрации токсичных примесей в отработавших газах двигателей внутреннего сгорания, а также энергетических затрат за счет использования конденсата водяных паров отработавших газов для поглощения токсичных компонентов, охлаждение отработавших газов, конденсация водяных паров, многократная циркуляция конденсата в устройстве капиллярными силами, отсутствие потребности посторонних реагентов для нейтрализации отработавших газов и возможность частичной утилизации продуктов сгорания углеводородного топлива.

На фиг. 1 представлено комплексное устройство для очистки отработавших газов двигателя внутреннего сгорания, включающее трубу отвода отработавших газов 1, нейтрализатор, состоящий из корпуса 2 с крышкой, поддоном, входным и выходным заливным патрубками 3, 4, 5, 6, 7, соответственно, щелями, устроенными в крышке 3, закрытыми фильтрующими перегородками 8, дренажной системой 9 с гидрозатвором 10, внутри которого последовательно по ходу газа расположены: секция первичного распределения газа 1 с установленной напротив входного патрубка 5 поперечной перегородкой 11; теплообменная секция II, в которой размещены воздушные отсеки 12, образованные внутренней поверхностью стенок корпуса 2, вертикальными продольными пластинами 13, примыкающими верхними торцами к крышке 3, закрытыми с передних торцов попарно с некоторым зазором П-образными вертикальными крышками 14, с задних торцов плотно вертикальными стенками 15, а сверху - фильтрующими перегородками 8, газовые каналы 16, образованные зазорами между двумя соседними воздушными отсеками 12; секция вторичного распределения газа III с установленной в верхней части поперечной перегородкой 17; абсорбционная секция IV, в которой размещены абсорбционные отсеки 18, образованные внутренней поверхностью стенок корпуса 2, продольными вертикальными пластинами 19, примыкающими верхними торцами к крышке 3; сепарационная секция V, в которой размещены сепарационные пластины 20, установленные под некоторым углом к горизонту, причем вертикальные пластины 13 и 19 выполнены из гидрофильного пористого материала (например, пористой стеклоткани), на боковых поверхностях вертикальных пластин 13, 19 устроены вертикальные канавки 21, образующие сеть, в узлах которой выполнены нормально к боковой поверхности вертикальных пластин 13, 19 сквозные конические капилляры 22 с вершинами корпусов, направленными в противоположные стороны поочередно в шахматном порядке.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Предварительно, нейтрализатор должен быть заполнен или дистиллированной водой, или оставшимся после предыдущей работы кислым конденсатом, уровень которого в поддоне 4 должен обеспечить погружение вертикальных пластин 13, 19 на глубину, достаточную для предотвращения проскока отработавших газов через слой жидкости (20-30 мм). Отработавшие газы, отводимые из двигателя по трубе отвода отработавших газов 1, через входной патрубок 5 поступают в первичную газораспределительную секцию 1, ударяются о поперечную перегородку 11, огибают ее и со значительной скоростью врываются в газовые каналы 16 теплообменной секции II, эжектируя за собой воздух через щели между внутренней поверхностью П-образных крышек 14 и боковой поверхностью вертикальных пластин 13 из воздушных отсеков 12, куда воздух поступает через фильтрующие перегородки 8 из окружающей атмосферы за счет создающегося разрежения в воздушных отсеках 12. В газовых каналах 16 отработавшие газы смешиваются с воздухом, эжектируемым из воздушных отсеков 12, испаряют и срывают часть влаги с поверхности вертикальных пластин 13, которая постоянно поднимается вверх за счет капиллярных сил пористого материала вертикальных пластин 13 из поддона 4, восполняя при этом свою внутреннюю энергию за счет тепла отработавших газов, охлаждая их в конце теплообменной секции II до температуры ниже температуры точки росы (80-90)^oС, в результате чего в этой зоне происходит конденсация испарившейся влаги в начале теплообменной секции II, водяных паров, поступающих в нейтрализатор с отработавшими газами, и унос капель образовавшегося конденсата и частиц кислого конденсата, сорванного с поверхности вертикальных пластин 13 газовым потоком в секцию вторичного газораспределения III. Одновременно с этим процессом в воздушных отсеках 12 на поверхности вертикальных пластин 13 происходит контакт воздуха с конденсатом, поднимающимся за счет капиллярных сил, насыщения конденсата кислородом воздуха, а в массиве вертикальных пластин 13 наряду с вертикальным движением конденсата - горизонтальная циркуляция его, обусловленная наличием разнонаправленных конических капилляров 22, каждая пара которых соединена между собой на поверхности вертикальных пластин 13, циркуляционными канавками 21 и образующих таким образом множество циркуляционных колец в каждой вертикальной пластине 13, что обеспечивает постоянный перенос насыщенного кислородом конденсата на противоположную сторону вертикальных пластин 13 в газовые каналы 16, постоянный контакт насыщенного кислородом конденсата с газовой фазой, в результате чего окислы токсичных компонентов отработавших газов (SO₂, NO и т.д.) окисляются кислородом в газовой и жидкой фазах до полных окислов (SO₃, NO и т.д.), растворяются в конденсате при температуре ниже температуры точки росы (80-90)^oС с образованием соответствующих кислот, которые, в свою очередь, являются катализаторами процесса окисления, что многократно увеличивает скорость очистки отработавших газов. Поступившие в секцию вторичного газораспределения III отработавшие газы резко теряют скорость за счет внезапного расширения, ударяются о поперечную перегородку 15, в результате чего большая часть уносимых капель конденсата за счет силы тяжести выпадает в поддон 4. Очищенные от капель конденсата и охлажденные газы поступают в абсорбционную секцию IV, распределяются и движутся по абсорбционным отсекам 18, контактируя при этом с конденсатором, находящимся на поверхности вертикальных пластин 19 и циркулирующим аналогично вышеописанному, частично срывая его с поверхности и унося в потоке газа, в результате чего происходит окончательное окисление окислов азота, окислов серы и т.д. до полных окислов, абсорбция их конденсатом с образованием кислого конденсата, после чего отработавшие газы с уносимыми каплями конденсата поступают в сепарационную секцию V, где скорость их падает, они ударяются о сепарационные пластины 20, в результате чего освобождаются от уносимых капель конденсата и выбрасываются через выходной патрубок 6 в атмосферу. Капли кислого конденсата за счет силы собственной тяжести стекают с сепарационных пластин 20 в поддон 4, возвращаясь таким образом на рециркуляцию. Часть кислого конденсата в количестве, равном количеству водяных паров в отработавших газах (40-50) г/м³, через дренажную систему 9 и гидрозатвор 10, поддерживающий необходимый уровень жидкости в нейтрализаторе, сливается в специальный бак для сбора конденсата (не показан), откуда периодически сливается в специальные приемные емкости, расположенные, например, на заправочных станциях для последующей утилизации.

Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР 1525294, Мкл. F 01 N 3/04, 1984.

2. Заявка Франции 2142851, F 01 N 3/00, 1973.

3. А.Н. Плановский и др. Процессы и аппаратуры химической технологии. М. : Химия, 1967, 846 с.

4. Г. И. Делягин и др. Теплогенерирующие установки. - М.: Стройиздат, 1986, 560 с.

5. И. С. Кузнецов. Новые методы очистки газов от окислов азота. - К.: Укр. ННТИ, 1971, 45 с.

6. А.В. Лыков. Тепломассообмен. Справочник - М.: Энергия, 1978, 490 с.

Устройство состоит из трубы отвода отработавших газов и нейтрализатора с щелями в крышке, закрытыми фильтрующими перегородками, дренажной системой с гидрозатвором. В корпусе нейтрализатора размещены секция первичного распределения газа, теплообменная секция с воздушными отсеками и газовыми каналами, секция вторичного распределения газа, абсорбционная секция, сепарационная секция, причем продольные пластины теплообменной и абсорбционной секций выполнены из гидрофильного пористого материала с циркуляционными канавками на боковых поверхностях и коническими капиллярами, расположенными в шахматном порядке по нормали к поверхности пластин. Технический результат - упрощение конструкции устройства и повышение эффективности очистки отработавших газов. 1 ил.

Комплексное устройство для очистки отработавших газов двигателя внутреннего сгорания, включающее трубу отвода отработавших газов, нейтрализатор с размещенными в нем теплообменной и абсорбционной секциями, дренажную систему, причем нейтрализатор состоит из корпуса с крышкой и поддоном со слоем жидкости, входного и выходного патрубков, в крышке корпуса нейтрализатора выполнены щели, закрытые фильтрующими перегородками, внутри корпуса размещена секция первичного газораспределения, отличающееся тем, что внутри корпуса по ходу движения газа размещены секция первичного газораспределения с расположенной напротив входного патрубка поперечной перегородкой, теплообменная секция, в которой размещены воздушные отсеки, образованные внутренней поверхностью стенок корпуса, вертикальными продольными пластинами, верхними торцами, примыкающими к крышке, а нижними торцами, опущенными в слой жидкости в поддоне нейтрализатора, закрытыми с передних торцов с зазором попарно П-образными вертикальными крышками, а с задних торцов закрытыми плотно вертикальными стенками, а сверху - фильтрующими перегородками, газовые каналы, образованные зазорами между двумя соседними воздушными отсеками, секция вторичного газораспределения с расположенной в верхней части поперечной перегородкой, абсорбционная секция, поделенная на абсорбционные отсеки, образованные внутренней поверхностью стенок корпуса, продольными вертикальными пластинами, примыкающими верхними торцами к крышке и также погруженными нижними торцами в слой жидкости в поддоне нейтрализатора, сепарационная секция с сепарационными пластинами, размещенными под углом к горизонту, причем вертикальные продольные пластины теплообменной и абсорбционной секций выполнены из гидрофильного пористого материала и на их боковых поверхностях устроены циркуляционные канавки, образующие сеть, в узлах которой выполнены нормально к боковой поверхности вертикальных пластин сквозные конические капилляры с вершинами конусов, направленными в противоположные стороны поочередно в шахматном порядке, при этом дренажная система снабжена гидрозатвором.