КАТАЛИТИЧЕСКИЙ НЕЙТРАЛИЗАТОР Российский патент 2003 года по МПК F01N3/00 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, а именно к устройствам для нейтрализации отработавших газов (ОГ) дизельных и бензиновых автотракторных двигателей внутреннего сгорания (ДВС), установленных на мобильных машинах, например городских автобусах.

Известны каталитические нейтрализаторы, состоящие из наружного корпуса, внутри которого размещаются камеры с катализатором для дожигания (окисления) сажи, окиси углерода СО, углеводородов С_nН_m и восстановления окислов азота [1].

Известны также глушители-нейтрализаторы ОГ автомобильных дизелей, состоящие из глушителя шума выпуска и совмещенного с ним блочного каталитического конвертора сотовой конструкции (каталитического блока) на металлическом носителе. Каталитический блок изготавливается путем компактирования плоской и гофрированной металлической фольги толщиной 50 мкм с нанесением промежуточного пористого слоя γ-Al₂O₃ и платиновых каталитов [2].

Основным недостатком каталитических нейтрализаторов, конструкции которых описаны в [1, 2], является неэффективная работа при низких температурах ОГ, имеющих место при работе ДВС в режиме пуска-прогрева, холостого хода и небольших долевых нагрузок. Эффективная же работа каталитического нейтрализатора возможна при температуре каталитического блока в диапазоне 300... 800^oС.

Применение различных систем, оптимизирующих тепловую нагрузку каталитического блока, таких как установка перед матрицей нейтрализатора электрического нагревателя; применение специальной камеры сгорания, продукты из которой поступают в нейтрализатор [2] , значительно усложняет конструкцию последних и требует дополнительных затрат энергии.

Наиболее близким к заявляемому является устройство, состоящее из корпуса, внутри которого размещен каталитический реактор, заполненный катализатором, и тепловой аккумулятор фазового перехода плавление-кристаллизация, представляющий собой полость, образованную корпусами устройства и реактора, ограниченную с торцов сетчатыми перегородками для прохода ОГ и заполненную теплоаккумулирующим материалом (ТАМ), претерпевающим фазовый переход плавление-кристаллизация при взаимодействии с ОГ двигателя. Внутри ТАМ расположен жидкостный теплообменник системы предпусковой тепловой подготовки двигателя [3].

Недостатками данной конструкции являются: во-первых, сосредоточение всей массы ТАМ в одном кольцевом зазоре, образованном наружным корпусом устройства и корпусом каталитического реактора, вследствие чего повышается вероятность разрушения или необратимой деформации вышеуказанных корпусов из-за увеличения объема ТАМ при его плавлении и уменьшения этого объема при его кристаллизации, а следовательно, необходимость усиления жесткости всей конструкции; во-вторых, отсутствие тепловой изоляции, из-за чего часть тепловой энергии, аккумулируемая тепловым аккумулятором, рассеивается в окружающую среду; в-третьих, сложность конструкции, обусловленная наличием жидкостного теплообменника системы предпусковой тепловой подготовки двигателя, что во всей совокупности вышеупомянутых недостатков уменьшает надежность функционирования конструкции устройства.

Задачами изобретения являются повышение надежности работы каталитического нейтрализатора и упрощение его конструкции.

Поставленная задача решается благодаря тому, что внутри каталитического реактора располагается тепловой аккумулятор фазового перехода, состоящий из отдельных цилиндрических капсул, заполненных ТАМ, а цилиндрический корпус, внутри которого расположен реактор, имеет тепловую изоляцию.

Изобретение поясняется чертежом.

Каталитический нейтрализатор состоит из наружного 1 и внутреннего 2 цилиндрических корпусов, между которыми находится слой тепловой изоляции 3. Внутри корпуса 2 размещен каталитический реактор, состоящий из плоских и гофрированных металлических фольг 4, покрытых слоем пористого катализатора, и тепловой аккумулятор фазового перехода плавление-кристаллизация, состоящего из равномерно расположенных по объему реактора цилиндрических капсул 5, заполненных ТАМ 6. Для входа и выхода ОГ имеются соответственно входной 7 и выходной 8 газовые патрубки.

Плоские и гофрированные металлические фольги могут быть выполнены, например, из алюминия с нанесением на него промежуточного пористого слоя γ-Al₂O₃ и платиновых каталитов. В качестве тепловой изоляции 3 могут использоваться традиционные теплоизоляционные материалы, например минеральная или шлаковая вата, либо прослойка 3 может быть вакуумирована. В качестве ТАМ 6 может использоваться, например, бинарная эвтектическая система 6,3% NaCl-93,7% NaOH (молярные доли) с температурой плавления 314^oС и теплотой фазового перехода плавление-кристаллизация 174 кДж/кг [4].

Работа катализатора осуществляется следующим образом. При работе ДВС на номинальной и близкой к номинальной нагрузкам температура ОГ, поступающих через входной газовый патрубок 7, составляет 300...500^oС. В результате теплообмена ОГ с плоскими и гофрированными фольгами 4 и выделения теплоты экзотермической каталитической реакции их температура достигает более 300^oС, в результате чего процесс каталитической нейтрализации ОГ происходит достаточно эффективно. При этом ОГ отдают часть своей тепловой энергии цилиндрическим капсулам 5, заполненным ТАМ 6. В процессе теплообмена последний нагревается до температуры плавления, плавится, а затем нагревается в жидкой фазе до некоторой равновесной температуры. Благодаря наличию слоя тепловой изоляции 3 диссипация тепловой энергии в окружающую среду незначительна. При стоянке мобильной машины с выключенным двигателем температура металлических фольг каталитического реактора будет составлять примерно 300^oС за счет постепенного выделения скрытой теплоты фазового перехода ТАМ 6. Аналогичная картина наблюдается и при работе ДВС в режиме холостого хода, пуска-нагрева и на небольших долевых нагрузках, когда температура ОГ составляет 100... 200^oС, но металлические фольги имеют значительно более высокую температуру за счет накопления скрытой теплоты ТАМ.

Таким образом, в реакторе поддерживается постоянный температурный уровень не ниже 300^oС за счет теплоты, выделяемой ТАМ.

Подтверждением решения поставленной задачи является следующее: расположение внутри каталитического реактора теплового аккумулятора фазового перехода, состоящего из цилиндрических капсул, заполненных ТАМ, и наличие тепловой изоляции позволяет повысить надежность работы каталитического нейтрализатора и упростить его конструкцию.

Библиография
1. Якубовский Ю. Автомобильный транспорт и защита окружающей среды: Пер. с пол. - М.: Транспорт, 1979. -198 с., ил., табл.

2. Ложкин В.Н., Саватеев А.И., Преснов А.И. Разработка комбинированных систем термокаталитической нейтрализации и шумоглушения выпуска отработавших газов дизельных автомобилей // Организация и безопасность дорожного движения в крупных городах: Сборник докладов четвертой международной конференции / СПб. Гос. архит.-строит. ун-т, СПб., 2000. - С. 79-82.

3. Патент РФ 2121064, 26.02.96, 6 F 01 N 3/00 (в кодах: RU 2121064 C1, 26.02.96).

4. Абэ Е. Теплоаккумулирующие материалы с высокотемпературным скрытым теплом // Коге дзайре (Япония). - 1984. - Т.32, 5. - С. 62-69.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, а именно к устройствам для нейтрализации отработавших газов (ОГ) дизельных и бензиновых автотракторных ДВС, установленных на мобильных машинах, например городских автобусах. Нейтрализатор состоит из наружного и внутреннего цилиндрических корпусов, между которыми находится слой тепловой изоляции. В пространстве внутреннего корпуса размещены каталитический реактор, состоящий из плоских и гофрированных металлических фольг, покрытых слоем пористого катализатора, и тепловой аккумулятор фазового перехода плавление-кристаллизация, состоящий из равномерно расположенных по объему реактора цилиндрических капсул, заполненных теплоаккумулирующим материалом. Для входа и выхода отработавших газов имеются соответственно входной и выходной газовые патрубки. Изобретение позволяет повысить надежность работы каталитического нейтрализатора и упростить его конструкцию. 1 ил.

Каталитический нейтрализатор, состоящий из цилиндрического корпуса, внутри которого размещен каталитический реактор и тепловой аккумулятор фазового перехода плавление-кристаллизация, заполненный теплоаккумулирующим материалом, отличающийся тем, что теплоаккумулирующий материал заключен в цилиндрические капсулы, которые равномерно расположены по объему каталитического реактора, снабженного тепловой изоляцией и выполненного из плоских и гофрированных металлических фольг.