ФИЛЬТР ДЛЯ ОЧИСТКИ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ ДИЗЕЛЯ Российский патент 2002 года по МПК F01N3/22 

Предлагаемое устройство относится к машиностроению и может быть использовано для очистки отработавших газов (ОГ) дизелей от токсичных компонентов.

Известен фильтр для очистки выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания (патент РФ 2059841, опубликованный 10.05.96), содержащий фильтрующий пакет, выполненный из зигзагообразно сложенной сетки, между складками которой размещены гофрированные пластины, образующие на торцах фильтра соответственно входные и выходные промежутки. Для разогрева катализатора в складках сетчатых слоев зигзагообразно размещается электронагреватель, периодически включающийся от аккумулятора или генератора тока на холодных режимах.

Устройство позволяет варьировать формой, размерами и гидравлическими характеристиками фильтра.

Недостатками этого устройства является его низкая эффективность и отсутствие предварительной очистки ОГ от сажи.

Прототипом предлагаемого устройства является устройство очистки отходящих газов дизельного двигателя от твердых частиц (патент РФ 2065980 от 27.08.96), содержащее ротационную камеру сгорания, внутри которой расположен завихритель, выполненный в виде крыльчатки. В выходной части камеры сгорания расположен сажесборник, внутри которого коаксиально размещено каталитическое дожигающее устройство. Каталитическое дожигающее устройство представляет собой металлический цилиндр, внутри которого выполнены сквозные продольные каналы. На поверхности каналов нанесен каталитический слой. Между завихрителем и сажесборником имеется цилиндрическая сепарирующая полость. Камера сгорания снабжена входным и выходным патрубком.

Устройство позволяет очистить ОГ от твердых частиц, при этом генерировать моноокись углерода, которая является восстановителем оксидов азота.

Недостатками этого устройства являются большие теплопотери в окружающую среду из-за отсутствия слоя теплоизолятора, быстрый рост перепада давления в фильтре за счет забивания сажесборника, трудоемкость процесса очистки сажесборника от твердых частиц и связанная с этим нерешенность вопроса утилизации сажи. Технической задачей изобретения является обеспечение более эффективной очистки ОГ от сажевых частиц и утилизации сажи из устройства.

Эта задача решается в фильтре для очистки отработавших газов дизеля, содержащем ротационную камеру с входным и выходным патрубками, в которой размещен завихритель, сажесборник и фильтрующий элемент, где согласно изобретению сажесборник расположен по длине ротационной камеры, являясь теплоизолятором, и выполнен из керамической путанки с уложенным в нее электронагревателем, при этом керамическая путанка ограничена стенкой корпуса и перфорированным цилиндром, фильтрующий элемент выполнен в виде пакета из чередующихся гофрированных и плоских слоев с нанесенным на них каталитическим покрытием, плоские слои образованы путанкой из металлической проволоки, ограниченной жаропрочной сеткой, кроме того, сам фильтрующий элемент ограничен в передней части жаропрочной сеткой, а в задней части - диском с отверстиями напротив плоских слоев.

В отличие от прототипа, сажесборник расположен по длине ротационной камеры и выполняет дополнительно функцию теплоизолятора, тем самым значительно снижая потери тепла в окружающую среду. Сажесборник выполнен из керамической путанки, в которой по спирали размещен электронагреватель, работающий от электрической сети напряжением 220 В. Сажесборник ограничен наружной стенкой устройства и перфорированным цилиндром. Фильтрующий элемент выполнен в виде пакета из чередующихся гофрированных и плоских слоев с нанесенным на них каталитическим покрытием на основе оксида алюминия гаммамодификации с добавлением оксидов Cu, Cr, Ni, Co и оксидов редкоземельных металлов. Плоские слои образованы путанкой из металлической проволоки, ограниченной с обеих сторон мелкоячеистой жаропрочной сеткой. Металлическая основа гофрированных слоев, путанки и сетки за счет высокой теплопроводности обеспечивает быстрый прогрев всех каталитических поверхностей в объеме пакета. Фильтрующий элемент ограничен в передней торцевой части жаропрочной сеткой, а в задней части - диском с отверстиями напротив плоских слоев пакета.

Техническое решение поясняется чертежами.

На фиг.1 изображен общий вид фильтра для очистки ОГ дизеля.

На фиг. 2 изображено сечение фильтра по плоскости фильтрирующего элемента.

Фильтр для очистки ОГ дизеля содержит цилиндрическую ротационную камеру 1 с входным 2 и выходным 3 патрубками, представляющие собой соответственно диффузор и конфузор. Внутри входного патрубка 2 установлен завихритель 4, выполненный в виде крыльчатки. По длине ротационной камеры 1 располагается сажесборник 5, представляющий собой путанку из керамических микроволокон диаметром 10 мкм, ограниченную внешней стенкой ротационной камеры 6 и перфорированным цилиндром 7. Внутри сажесборника 5 установлен электронагреватель 8, представляющий собой нихромовую спираль, работающую от сети переменного тока 220 В. В выходной части ротационной камеры расположен фильтрирующий элемент 9, упирающийся в ограничители 10. Фильтрующий элемент 9 выполнен в виде пакета из чередующихся гофрированных 11 и плоских 12 слоев с нанесенным на них каталитическим покрытием, плоские слои 12 образованы путанкой из металлической проволоки, ограниченной жаропрочной сеткой 13. Кроме того, фильтрующий элемент 9 ограничен в передней торцевой части жаропрочной сеткой 14, а в задней части - диском 15 с отверстиями напротив плоских слоев пакета.

Устройство работает следующим образом. При работе дизеля поток ОГ поступает во входной патрубок 2 фильтра, затем, проходя через завихритель 4, поток приобретает вращательное движение. Под действием центробежных сил происходит сепарация крупных частиц сажи диаметром более 1 мкм. Они транспортируются потоком газов в сажесборник 5, где происходит осаждение частиц на шероховатую поверхность керамических волокон. Основной поток отработавших газов равномерно распределяется по всей ротационной камере 1 фильтра и проходит основную очистку в фильтрующем элементе 9, выполненном в виде пакета из гофрированных 11 и плоских 12 слоев, далее несгоревшие частицы сажи осаждаются в некотором количестве на жаропрочной сетке 13, металлической путанке плоских слоев 12 и гофрированных слоях 11 с каталитическим покрытием, способствующих равномерному распределению потока ОГ в фильтрующем элементе 9. Поскольку задняя часть гофрированных слоев 11 закрыта диском 15 с отверстиями напротив плоских слоев пакета, то ОГ меняют свое направление на 90^o и перемешиваются с меньшей частью потока, фильтруемого в осевом направлении через плоские слои, образованные металлической путанкой 12 и жаропрочной сеткой 13. В результате смешивания потоков происходит столкновение частиц, они слипаются в более крупные конгломераты и вследствие уменьшения скорости потока налипают на поверхность путанки 12 и жаропрочной сетки 13. Благодаря предварительной очистке ОГ от сажевых частиц этот процесс накопления сажи кратковременен. Далее происходит каталитическое окисление сажи за счет снижения температуры окисления сажи от 600^o до 300 - 400^oС. На этом режиме предлагаемый фильтр работает как дожигатель сажи и нейтрализатор газовых токсичных компонентов (СО, СН и т.д.). В результате выгорания сажи проходные сечения в фильтрующем элементе 9 увеличиваются до своих исходных размеров, вследствие чего снижается газодинамическое сопротивление фильтра.

Керамические микроволокна, составляющие сажесборник 5, обладают низкой теплопроводностью и позволяют сохранять оптимальную температуру в фильтре на режимах холостого хода и малой нагрузки двигателя.

В конце рабочей смены электронагреватель 8 подключается к электрической сети 220 В и в течение 2-3 часов происходит выжигание сажевых частиц в сажесборнике 5. Таким образом осуществляется стационарная регенерация сажесборника фильтра для очистки ОГ дизеля. Периодичность регенерации зависит от емкости сажесборника.

Оптимальный подбор размеров ячеек сетки и гофр позволяет одновременно использовать предлагаемое устройство в качестве глушителя с низким уровнем противодавления.

Использование изобретения позволит существенно снизить тепловые и газодинамические потери за счет расположения сажесборника 5 по длине ротационной камеры 1 и тем самым повысить эффективность каталетического дожигания продуктов неполного сгорания в фильтрующем элементе 9. Использование электронагревателя 8, работающего от электросети 220 В, позволит периодически утилизировать сажу, накопившуюся в объеме сажесборника, не производя разборку фильтра.

Фильтр отработавших газов дизеля содержит ротационную камеру с входным и выходным патрубками, в которой размещен завихритель, сажесборник и фильтрующий элемент, распложенный по длине камеры (ФЭ). Сажесборник является теплоизолятором и выполнен из керамической путанки с уложенным в нее электронагревателем, при этом керамическая путанка ограничена стенкой корпуса фильтра и перфорированным цилиндром. ФЭ выполнен в виде пакета из чередующихся гофрированных и плоских слоев с нанесенным на них каталитическим покрытием, плоские слои образованы путанкой из металлической проволоки, ограниченной жаропрочной сеткой, кроме того, сам ФЭ ограничен в передней части жаропрочной сеткой, а в задней части - диском с отверстиями напротив плоских слоев. Использование изобретения позволит существенно снизить тепловые и газодинамические потери за счет расположения сажесборника по длине ротационной камеры и тем самым повысить эффективность каталитического дожигания продуктов неполного сгорания в ФЭ. Использование электронагревателя, работающего от электросети 220 В, позволит периодически утилизировать сажу, накопившуюся в объеме сажесборника, не производя разборку фильтра. 2 ил.

Фильтр для очистки отработавших газов дизеля, содержащий ротационную камеру с входным и выходным патрубками, в которой размещен завихритель, сажесборник и фильтрующий элемент, отличающийся тем, что сажесборник расположен по длине ротационной камеры, являясь теплоизолятором, и выполнен из керамической путанки с уложенным в нее электронагревателем, при этом керамическая путанка ограничена стенкой корпуса и перфорированным цилиндром, фильтрующий элемент выполнен в виде пакета из чередующихся гофрированных и плоских слоев с нанесенным на них каталитическим покрытием, плоские слои образованы путанкой из металлической проволоки, ограниченной жаропрочной сеткой, кроме того, сам фильтрующий элемент ограничен в передней части жаропрочной сеткой, а в задней части - диском с отверстиями напротив плоских слоев.