Изобретение относится к конструированию машин и, в частности, к очистке отработавших газов от вредных веществ, например в двигателях внутреннего сгорания.
Известен способ очистки отработавших газов, при котором отработавшие газы от двигателя внутреннего сгорания разделяют на два потока, один из которых направляют на абсорбирующее устройство, а другой - на катализатор. Очищенные отработавшие газы выпускают в окружающую среду (ЕР, заявка на патент 688940 А1, кл. F 01 N 3/08, 1995).
Недостатком известного способа является то, что он не предусматривает выпуска части неочищенных отработавших газов в окружающую среду и управления расходом очищенных и неочищенных газов, что не позволяет выбрать оптимальную конструкцию нейтрализатора и его элементов.
Известен способ очистки отработавших газов, при котором отработавшие газы от двигателя внутреннего сгорания разделяют на потоки и направляют в молекулярные сетчатые элементы, различающиеся температурой десорбции, и в катализатор. Очищенные отработавшие газы выпускают в окружающую среду. Предусмотрено изменение направления (траектории) отработавших газов (US, патент 5603216 А, кл. F 01 N 3/28, 1997).
Недостатком известного способа является то, что он не предусматривает выпуска части неочищенных отработавших газов в окружающую среду и управления расходом очищенных и неочищенных газов, что не позволяет выбрать оптимальную конструкцию нейтрализатора и его элементов.
Известен способ очистки отработавших газов двигателя внутреннего сгорания, при котором отработавшие газы от двигателя внутреннего сгорания (источника отработавших газов) направляют в катализатор (нейтрализатор) и теплообменник (т. е. разделяют отработавшие газы на два потока), производят очистку отработавших газов в нейтрализаторе, направляют очищенные отработавшие газы в окружающую среду и изменяют расход газов между потоками (управляют величиной расхода отработавших газов в потоках) через теплообменник и нейтрализатор (FR, заявка на патент 2764638 А1, кл. F 01 N 3/20, 1998).
Недостатком известного способа является то, что он не предусматривает выпуска части неочищенных отработавших газов в окружающую среду, что не позволяет выбрать оптимальную конструкцию нейтрализатора и его элементов и увеличивает стоимость нейтрализатора (стоимость очистки отработавших газов).
Известен способ очистки отработавших газов двигателя внутреннего сгорания, принятый за прототип, при котором отработавшие газы от двигателя внутреннего сгорания (источника отработавших газов) разделяют на два потока, направляют в окружающую среду один из потоков неочищенных отработавших газов, а очистку в блоках нейтрализатора (каталитического дожигателя) производят второго потока отработавших газов и управляют расходом отработавших газов в потоках, посредством различных поперечных сечений применяемых трубопроводов и величины гидравлического сопротивления катализатора. Система трубопроводов сформирована как независимый структурный узел (GB, патент 1357485, кл. F 01 N 3/14, 1974).
Недостатком известного способа является то, что он не предусматривает управления расходом отработавших газов в потоках путем измерения и сравнения величин расходов и изменения сопротивления потокам, что не позволяет выбрать оптимальную конструкцию нейтрализатора и его элементов и увеличивает стоимость нейтрализатора (стоимость очистки отработавших газов).
Известен глушитель отработавших газов двигателя внутреннего сгорания, содержащий корпус с входным и выходным каналами и с размещенными внутри корпуса двумя перегородками, разделяющими глушитель на три камеры, сообщенные между собой переходными каналами. Указывается на количество и расположение переходных каналов (ЕР, заявка на патент 682172 А1, кл. F 01 N 1/08, 1995).
Недостатком известного устройства является отсутствие очистки отработавших газов, например, с помощью нейтрализатора и отсутствие регулятора расхода потоков отработавших газов.
Известно устройство очистки отработавших газов двигателя внутреннего сгорания, содержащее глушитель, катализатор, пред-катализатор, байпасный трубопровод и байпасный клапан (DE, заявка на патент 19500996 А1, кл. F 01 N 7/08, 1996).
Недостатком известного способа является то, что он не предусматривает выпуска части неочищенных отработавших газов в окружающую среду, что не позволяет выбрать оптимальную конструкцию нейтрализатора и его элементов и увеличивает стоимость нейтрализатора (стоимость очистки отработавших газов).
Известно устройство очистки отработавших газов двигателя внутреннего сгорания, содержащее корпус с катализатором (с блоками нейтрализатора), входной и выходной каналы, сообщающие корпус соответственно с источником отработавших газов (двигателем внутреннего сгорания) и с окружающей средой, абсорбент, байпасный канал, размещенный внутри корпуса катализатора (JP, заявка на патент 2722988 В2, 6307230 А, кл. F 01 N 3/08, 1998).
Недостатком известного способа является то, что он не предусматривает выпуска части неочищенных отработавших газов в окружающую среду, что не позволяет выбрать оптимальную конструкцию нейтрализатора и его элементов и увеличивает стоимость нейтрализатора (стоимость очистки отработавших газов).
Известно устройство для отвода отработавших газов двигателя внутреннего сгорания (источника отработавших газов), принятое за прототип, содержащее корпус с перегородками и с катализатором в виде двух фильтров (с блоками нейтрализатора), входной и выходной каналы, сообщающие корпус соответственно с источником отработавших газов и с окружающей средой, первую и вторую камеры (объемы) с сетчатыми ограждениями, в которых размещены фильтры, байпасный трубопровод (байпасный канал), размещенный внутри корпуса катализатора между двумя камерами и сообщающий источник отработавших газов с окружающей средой (GB, патент 1289928, кл. F 01 N 3/14, 1972).
Недостатком устройства является то, что оно не предусматривает наличия регулятора расхода газа, измерительных блоков, блоков сравнения, индикации и управления и привода регуляторов расхода, что не позволяет выбрать оптимальную конструкцию нейтрализатора и его элементов и увеличивает стоимость нейтрализатора (стоимость очистки отработавших газов).
Техническим результатом изобретения является удешевление способа и системы очистки отработавших газов, преимущественно двигателей внутреннего сгорания, за счет выпуска части неочищенных отработавших газов в окружающую среду и управления расходом очищенных и неочищенных газов, а также выбора при этом конструкции нейтрализатора, в том числе выбора материала нейтрализатора и объема (количества) его элементов в экспериментальных научно-исследовательских работах.
Указанный технический результат по способу очистки отработавших газов достигается тем, что в способе очистки отработавших газов, при котором отработавшие газы от источника отработавших газов разделяют не менее, чем на два потока, производят очистку отработавших газов в блоках нейтрализатора, направляют очищенные отработавшие газы в окружающую среду, управляют расходом отработавших газов в потоках (изменяют расход газа между потоками), направляют в окружающую среду один из потоков неочищенных отработавших газов, а очистку в блоках нейтрализатора производят остальных потоков отработавших газов.
Кроме этого, управляют расходом отработавших газов в потоках путем измерения величин расхода отработавших газов в каждом потоке, сравнения между собой величины расходов отработавших газов и изменения сопротивления потокам до получения идентичных значений расхода отработавших газов каждого потока и равного расходу отработавшего газа в потоке, имеющем минимальное значение расхода отработавших газов.
Кроме этого, степень очистки отработавших газов в блоках нейтрализатора различных потоков устанавливают различной за счет применения различных материалов и (или) количества блоков нейтрализатора, измеряют расход отработавших газов в потоках перед направлением их в окружающую среду.
Указанный технический результат по системе очистки отработавших газов достигается тем, что в системе очистки отработавших газов, содержащей корпус с блоками нейтрализатора, входной и выходной каналы, сообщающие корпус соответственно с источником отработавших газов и с окружающей средой, байпасный канал, размещенный внутри корпуса, корпус снабжен не менее, чем одной перегородкой, размещенной внутри корпуса и разделяющей корпус на объемы, каждый из которых сообщен с входным и выходным каналами корпуса, байпасный канал образован одним из объемов, а блоки нейтрализатора размещены во всех объемах, кроме байпасного канала.
Кроме этого, система снабжена не менее чем одним регулятором расхода, направляющими поверхностями, измерительными блоками, блоком сравнения, блоком индикации, блоком управления и приводом, блоки сообщены между собой связями, регуляторы расхода размещены со стороны выходного канала в байпасном канале и во всех объемах, в которых расположены нейтрализаторы, кроме одного, имеющего максимальное сопротивление, направляющие поверхности выполнены в байпасном канале, измерительные блоки установлены в байпасном канале и в объемах, в которых расположены нейтрализаторы, с возможностью контактирования измерительных блоков с отработавшими газами, блок управления связан с регуляторами расхода приводом, а количество измерительных блоков равно количеству объемов, включая байпасный канал.
Заявленный способ и система поясняются схемами.
На фиг.1 изображена схема системы очистки отработавших газов; на фиг.2 - вариант выполнения системы.
Система очистки отработавших газов для реализации предлагаемого способа содержит (фиг.1) корпус 1 с блоками нейтрализатора (катализатора) 2, входной 3 и выходной 4 каналы, сообщающие корпус 1 соответственно с источником отработавших газов, например двигателем внутреннего сгорания (на схеме не показан), и с окружающей средой, например с атмосферой, байпасный канал (объем) 5, размещенный внутри корпуса 1. Корпус 1 снабжен не менее чем одной перегородкой 6, размещенной внутри корпуса 1 и разделяющей корпус 1 на два объема 5 и 7, каждый из которых сообщен с входным 3 и выходным 4 каналами корпуса 1, байпасный канал 5 образован одним из объемов (объемом 5), а блоки нейтрализатора 2 размещены в объеме 7.
Кроме этого, система снабжена регулятором расхода 8, который размещен в байпасном канале 5 со стороны выходного канала 4.
Также система снабжена направляющими поверхностями 9, выполненными в байпасном канале 5.
Байпасный канал 5 имеет сопротивление меньше, чем объем 7, из-за размещения в объеме 7 блоков нейтрализатора 2.
Вариант системы (фиг. 2) дополнительно снабжен второй перегородкой 10, вторыми блоками нейтрализатора 11, третим объемом 12, образованным стенками корпуса 1 и перегородками 6 и 10, вторым регулятором расхода 13, измерительными блоками 14, блоком сравнения 15, блоком индикации 16, блоком управления 17 и приводом 18. Блоки 14, 15 и 16 сообщены между собой связями 19, блоки 15, 16 и 17 сообщены связями 20.
Измерительные блоки 14 установлены в байпасном канале 5 и в объемах 7 и 12, в которых расположены нейтрализаторы 2 и 11, с возможностью контактирования измерительных блоков с отработавшими газами, а блок управления 17 связан с регуляторами расхода 8 и 13 приводом 18 с помощью связей 21 и 22.
Большее сопротивление имеет, например, объем 7 с блоками нейтрализаатора 2.
Регуляторы расхода 8 и 13 в байпасном канале 5 и в объеме 12 размещены со стороны выходного канала 4, т.е. размещены во всех объемах, кроме одного объема 7, имеющего максимальное сопротивление.
Количество измерительных блоков 14 равно количеству объемов (объемы 5, 7 и 12), включая байпасный канал 5.
Размещение регуляторов расхода 8 и 13 во всех объемах, кроме одного (объема 7), имеющего максимальное сопротивление, обусловлено тем, что увеличение сопротивления данного объема не требуется, т.е. расходы отработавшего газа, проходящего через байпасный канал 5 и объем 12 "подстраиваются" под расход газа через объем 7.
Направляющие поверхности 9, выполненные в байпасном канале 5, выполняют функции глушителя шума выпуска отработавших газов.
Включение в систему измерительных блоков 14, блока сравнения 15, блока индикации 16, блока управления 17 и привода 18 с соответствующими связями 19, 20, 21 и 22 позволяет автоматизировать управление системой очистки отработавших газов и обеспечивает контроль за ее работой и текущими значениями величин выбросов вредных веществ.
Контактирование измерительных блоков 14 с отработавшими газами, проходящими через байпасный канал 5 и объемы 7 и 12, в которых расположены нейтрализаторы 2 и 11, необходимо для замера параметров отработавших газов (как очищенных, так и неочищенных).
Привод 18 со связями 22 предназначен для изменения положения регуляторов расхода 8 и 13.
Регуляторы расхода 8 и 13 позволяют изменять сопротивление (расход) потоков отработавшего газа, проходящего через объемы 5 и 12, например, за счет поворота.
Размещение регуляторов расхода 8 и 13 в байпасном канале 5 и в объеме 12 со стороны выходного канала 4 обусловлено более благоприятными условиями работы регуляторов расхода из-за более низких температур газа, по сравнению с другими областями объемов.
Количество измерительных блоков 14, равное количеству объемов (объемы 5, 7 и 12), включая байпасный канал 5, обусловлено необходимостью контроля параметров отработавшего газа во всех потоках.
В качестве источника отработавших газов может быть, например, двигатель, в т.ч. двигатель внутреннего сгорания.
В качестве блоков нейтрализатора (катализатора) 2 и 11 могут быть использованы каталитические блоки сотовой конструкции, сажевый фильтр, керамические элементы со специальным покрытием и т.д.
В качестве входного канала 3 может быть патрубок между двигателем и корпусом 1, а выходным каналом 4 может быть выводная труба.
В качестве регуляторов расхода 8 и 13 могут быть использованы диффузоры (фиг. 1) либо поворотные заслонки с ручным или автоматическим приводом (фиг. 2).
В качестве направляющих поверхностей 9 могут быть плоские либо фигурные пластины, трубчатые направляющие и т.д.
В качестве измерительных блоков 14 могут быть экологические зонды, расходомеры, датчики температуры, давления, скорости перетоков газа и т.д. и их комбинации.
Функции связей 19, 20 и 21 могут выполнять провода, трубки и т.д., а привод 18 со связями 22 может быть механическим, электрическим, пневматическим и т.д.
Предлагаемый способ очистки отработавших газов осуществляют следующим образом.
Стрелками на фиг.1 и 2 показаны направления движения отработавших газов и сигналов.
В исходном состоянии регуляторы расхода 8 и 13 находятся в полностью открытом положении.
Большее сопротивление имеет, по условию, объем 7 с блоками нейтрализатора 2.
Отработавшие газы от источника отработавших газов (двигателя) направляют во входной канал 3, после чего перегородками 6 и 10 разделяют отработавшие газы не менее, чем на два потока, обеспечивая, тем самым, заполнение отработавшими газами объемов 7, 12 и байпасного канала 5, где в объемах 7 и 12 производят очистку отработавших газов в блоках нейтрализатора 2 и 11 от вредных веществ (окислов азота, углерода, сажи и т.д.), после чего направляют очищенные отработавшие газы через выходной канал 4 в окружающую среду.
Один из потоков неочищенных отработавших газов из входного канала 3 направляют в окружающую среду через байпасный канал 5 с направляющими поверхностями 9 и через выходной канал 4, и производят очистку в блоках нейтрализатора 2 и 11 остальных потоков отработавших газов.
Управляют расходом отработавших газов в потоках путем измерения величин расхода отработавших газов в каждом потоке, т.е. в потоках, выходящих из байпасного канала 5 и объемов 7 и 12, с помощью измерительных блоков 14, сравнения величин расходов между собой визуально с помощью блока индикации 16, сообщенного с измерительными блоками 14 связями 19, и изменения сопротивления потокам отработавших газов, выходящих из байпасного канала 5 и объема 12, с помощью ручного воздействия на регуляторы расхода 8 и 13.
Воздействие на регуляторы расхода 8 и 13 производят до получения идентичных значений расхода отработавших газов каждого из потоков, выходящих из байпасного канала 5 и объемов 7 и 12, и равного расходу отработавшего газа в потоке, выходящем из объема 7, имеющего максимальное сопротивление и соответственно минимальное значение расхода отработавших газов.
Изменяя величины расхода отработавшего газа, выходящего из байпасного канала 5 и объема 12, непосредственным воздействием на регуляторы расхода 8 и 13, величина расхода отработавшего газа, выходящего из объема 7, меняется автоматически (по закону сохранения масс).
Для автоматизации процесса управления системой, информацию (сигнал) от измерительных блоков 14 по связям 19 направляют в блок сравнения 15, где производят сравнение между собой величин расхода отработавших газов и, по результатам сравнения, информацию по связям 20 направляют на блок индикации 16 (для контроля процесса) и по связям 20 на блок управления 17, с помощью которого через привод 18 и связи 21 и 22 изменяют положение регуляторов расхода 8 и 13, изменяя, тем самым, сопротивление потокам отработавших газов, выходящих из байпасного канала 5 и объема 12 и соответственно расход отработавших газов в потоках.
Регуляторы расходов 8 и 13 необходимы для выравнивания расходов отработавших газов в потоках.
Равенство расходов отработавших газов во всех потоках, проходящих через байпасный канал 5 и объемы 7 и 12, необходимо как для создания идентичных условий работы различных блоков нейтрализатора 2 и 11, так и для имитации (по параметрам отработавших газов, в частности по их расходу) условий работы полноразмерного нейтрализатора, т. е. нейтрализатора, в котором весь внутренний объем корпуса заполнен блоками нейтрализатора.
Изменение сопротивления в потоках отработавших газов, проходящих через байпасный канал 5 и объем 12, регуляторами расхода 8 и 13 больше или меньше, чем сопротивление потоку отработавших газов, проходящих через объем 7, приведет к нарушению заданного условия о равенстве расходов отработавших газов во всех потоках.
Степень (качество) очистки отработавших газов в блоках нейтрализатора 2 и 11 различных потоков, проходящих через объемы 7 и 12, устанавливают различной, например, за счет применения различных материалов катализатора и(или) количества блоков нейтрализатора, что позволяет одновременно контролировать степень очистки отработавших газов отдельными составляющими нейтрализатора (блоками нейтрализатора 2 и 11) и оценивать их ресурс, что особенно необходимо для источников отработавших газов с часто меняющимися параметрами газа, в частности для транспортных двигателей с переменными режимами работы.
Измеряют расход отработавших газов в потоках, выходящих из байпасного канала 5 и объемов 7 и 12, перед направлением их в окружающую среду, что обусловливает более благоприятные условия работы измерительных блоков 14 (более низкая температура газа), а также возможность одновременного контроля измерительными блоками 14 как расхода, так и состава отработавших (очищенных и неочищенных) газов.
Направление части неочищенных отработавших газов по байпасному каналу в окружающую среду позволяет сократить затраты и упростить конструкцию системы за счет меньшего количества (объема) блоков нейтрализатора и их размещения (крепления, монтажа, демонтажа) по сравнению с полноразмерным нейтрализатором, у которого весь внутренний (полезный) объем заполнен блоками нейтрализатора.
Основную долю стоимости нейтрализатора составляют элементы (блоки, набивка, покрытие и т.п.) нейртализатора, включающие, как правило, драгметаллы.
Применяя частичное заполнение корпуса 1 элементами нейтрализатора 2 и 11 с одновременным контролем и управлением величинами расхода отработавших газов через нейтрализатор и по байпасному каналу возможно:
- обеспечить условия работы двигателя с предлагаемой системой (например, по противодавлению и температуре газа) идентичные работе двигателя с полноразмерным нейтрализатором;
- повысить точность производимого контроля качества (степени) очистки отработавших газов за счет возможности одновременного замера и сравнения величин выбросов вредных веществ на данном режиме работы двигателя в потоках газа, прошедших через блоки нейтрализатора и помимо него (через байпасный канал);
- одновременно проводить испытания нескольких различных блоков нейтрализатора как по их воздействию на отдельные составляющие вредных веществ, так и по влиянию количества блоков нейтрализатора, располагая для этого разнотипные блоки нейтрализатора в отдельных потоках отработавших газов;
- оценивать долговечность (моторесурс) опытных (экспериментальных) систем очистки отработавших газов в условиях (расход газа, его скорость, давление, температура и т.д.), максимально приближенных к условиям работы систем с полноразмеренным нейтрализатором;
- уменьшить стоимость нейтрализатора за счет сокращения количества блоков (элементов) нейтрализатора.
Так, при разделении отработавших газов на два потока (фиг.1) с направлением одного потока через блоки нейтрализатора, а другого через байпасный канал и регулятор расхода в окружающую среду (в атмосферу), стоимость элементов нейтрализатора уменьшается вдвое по сравнению с полноразмерным нейтрализатором.
Предлагаемый способ и система очистки отработавших газов предназначены для экспериментальных (опытных) научно-исследовательских работ по доводке нейтрализаторов, а также могут быть использованы для частичной (неполной) очистки отработавших газов в промышленных установках, например для транспортных двигателей внутреннего сгорания, в частности для тепловозных дизелей. Такая частичная очистка отработавших газов применима в случае удовлетворения требований по допустимому выбросу вредных веществ и позволяет снизить затраты на производство и эксплуатацию системы.
Таким образом, предлагаемый способ и система очистки отработавших газов, в частности двигателей внутреннего сгорания, за счет направления части неочищенных отработавших газов по байпасному каналу в атмосферу и управления расходом отработавших газов в потоках, позволяет упростить и удешевить систему с одновременным повышением качества и точности производимого контроля степени очистки отработавших газов, а также позволяет одновременно испытывать несколько типов нейтрализаторов.
Изобретение относится к очистке отработавших газов (ОГ) от вредных веществ, например, в ДВС. Технический результат - удешевление способа и системы очистки за счет выпуска части неочищенных ОГ в окружающую среду и управления расходом очищенных и неочищенных газов, а также выбора при этом конструкции нейтрализатора, в том числе выбора материала нейтрализатора и объем (количества) его элементов в экспериментальных научно-исследовательских работах. В способе очистки ОГ, при котором ОГ от источника ОГ разделяют не менее чем на два потока, направляют в окружающую среду один из потоков неочищенных ОГ, а очистку в блоках нейтрализатора производят остальных потоков ОГ и управляют расходом отработавших газов в потоках, причем управляют расходом ОГ в потоках путем измерения величин расхода ОГ в каждом потоке, сравнения между собой величины расходов ОГ и изменения сопротивления потокам до получения идентичных значений расхода ОГ каждого потока и равного расходу ОГ в потоке, имеющем минимальное значение расхода ОГ. Степень очистки ОГ в блоках нейтрализатора различных потоков устанавливают различной за счет применения различных материалов и(или) количества блоков нейтрализатора, а измеряют расход ОГ в потоках перед направлением их в окружающую среду. Система очистки ОГ содержит корпус с блоками нейтрализатора, входной и выходной каналы, сообщающие корпус соответственно с источником ОГ и с окружающей средой, байпасный канал, размещенный внутри корпуса, корпус снабжен не менее чем одной перегородкой, размещенной внутри корпуса и разделяющей корпус на объемы, каждый из которых сообщен с входным и выходным каналами корпуса, байпасный канал образован одним из объемов, а блоки нейтрализатора размещены во всех объемах, кроме байпасного канала, причем система снабжена не менее чем одним регулятором расхода, направляющими поверхностями, измерительными блоками, блоком сравнения, блоком индикации, блоком управления и приводом, блоки сообщены между собой связями, регуляторы расхода размещены со стороны выходного канала в байпасном канале и во всех объемах, в которых расположены нейтрализаторы, кроме одного, имеющего максимальное сопротивление, направляющие поверхности выполнены в байпасном канале, измерительные блоки установлены в байпасном канале и в объемах, в которых расположены нейтрализаторы, с возможностью контактирования измерительных блоков с отработавшими газами, блок управления связан с регуляторами расхода приводом, а количество измерительных блоков равно количеству объемов, включая байпасный канал. 2 с. и 5 з.п. ф-лы, 2 ил.
