СПОСОБ ОЧИСТКИ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2007 года по МПК F01N3/00 B01D53/94 

Изобретение относится к области двигателестроения, машиностроения, теплоэнергетики, металлургии, химической промышленности, автомобилестроения и может быть использовано в системах нейтрализации отработавших газов различных энергетических установок, в частности котельных установок, тепловых станций, двигателях внутреннего сгорания, дизелях и др.

Отработавшие газы, например, двигателей внутреннего сгорания (ДВС) характеризуются наличием в своем составе токсичных примесей таких как: монооксид углерода (СО), оксид азота (NOx) и углеводороды (СН).

Известен способ очистки отработавших газов, например, ДВС (патент DE 44006648 C1, F01N 3/20 от 001.03.1994), основанный на двух стадийном проведении реакции нейтрализации отработавших газов: на первой стадии способа для уменьшения выделения СН и СО поток отработавших газов пропускают через первый нейтрализатор во время холодной фазы со сверхстехиометрическим составом, а на второй стадии - при регулируемом по лямбде стехиометрическом составе отработавших газов каталитическое преобразование отработавших газов в первом нейтрализаторе блокируется и осуществляется во втором каталитическом нейтрализаторе. Недостатком данного способа является сложность его реализации, основанная на необходимости использования систем контроля параметров ДВС и устройств блокировки указанных нейтрализаторов, что делает данный способ неэффективным и малопривлекательным.

Известны способы очистки отработавших газов, основанные на проведении нейтрализации отработавших газов в присутствии воздуха. Особую значимость в подобных способах очистки приобретает операция смешения потока отработавших газов и потока подаваемого воздуха.

Известны способы очистки отработавших газов, в которых проводят смешение под воздействием газодинамических сил подаваемых потоков в зоне подачи отработавших газов и воздуха (авторское свидетельство СССР №1291707, МПК F01N 3/00, 1982). Известный способ перемешивания потоков малоэффективен и недостаточен для достижения полной очистки отработавших газов.

Известен способ очистки отработавших газов с принудительным перемешиванием путем механического воздействия на поток отработавших газов и поток подаваемого дополнительного воздуха, осуществленный в каталитическом нейтрализаторе (патент Японии №332752 В2, 8502795 А от 24.05.1993). В известном способе осуществляют дробление и слияние потоков воздуха и отработавших газов, для чего формируют камеру смешения потоков, в которой установлены перегородки с отверстиями различных диаметров и различными вариантами их взаимного расположения. Недостатком данного способа является его техническая сложность и недостаточная эффективность осуществляемой операции перемешивания. По этой причине данный способ не обеспечивает высокую степень очистки отработавших газов.

Известен способ очистки отработанных газов двигателя внутреннего сгорания (патент РФ №2098643 С1, МПК F01N 3/10, публ. от 10.12.1997). Сущность способа заключается в том, что принудительное смешение окислителя и окисляемых реагентов на высокотемпературном участке выхлопа осуществляют в два этапа. На первом этапе продольное смещение макрообъемов отработанных газов сочетают с одновременным воздействием на поток тормозящими и ускоряющими продольными силами, а на втором этапе перемешивают смешенные макрообъемы этих газов воздействием поперечно-продольных сил. Недостатком данного аналога является то, что смешение проводят на высокотемпературном участке выхлопа, а двойные этапы смешения необходимо повторять 2-4 раза, что определяет неэкономичность данного способа. При этом тормозящие и ускоряющие силы создают механическим воздействием на поток, а поперечно-продольные силы - газодинамическим воздействием или воздействием на поток акустическими колебаниями, что определяет сложность его реализации.

Главным недостатком способа является его недостаточная эффективность очистки, т.к. при его реализации степень очистки отработанных газов по окиси углерода составляет от 30 до 90%.

Известен способ очистки отработавших газов от вредных частиц и газообразных вредных веществ (патент РФ №2064595, МПК F01N 3/10, публ. 27.07.1996), основанный на использовании летящего катализатора, в котором на поток отработавших газов воздействуют магнитным полем. Однако в данном способе под действием электромагнитных сил происходит извлечение крупных частиц летящего катализатора в виде частиц железа и их удержание этими же силами вблизи сердечника электромагнита.

Таким образом, данным способом с помощью магнитного поля проводят процесс разделения частиц, в частности частиц железа, от других примесей в потоке ОГ, а не смешение потоков ОГ и потока воздуха.

В процессе проведенных информационных исследований не выявлены другие способы очистки отработавших газов, в которых смешение потоков ОГ и потоков подаваемого воздуха было бы осуществлено путем воздействия на поток магнитным полем.

В качестве ближайшего аналога выбран способ очистки выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания (патент РФ №2136908 С1, МПК F01N 3/10, публ. от 10.09.1999 г.).

В известном способе очистку отработавших газов осуществляют путем пропускания потока отработавших газов ДВС через слой катализатора в присутствии воздуха, а в качестве катализатора используют сменное поверхностно-активное рабочее тело в виде металловойлочного изделия с коэффициентом объемной плотности не ниже 0,92.

Недостатком способа-прототипа является то, что катализ отработавших газов проводят без предварительного смешения потоков воздуха и отработавших газов. Режим ламинарности потока проходящих отработавших газов, который создают за счет геометрической формы зоны катализации и заданного соотношения величин диаметров рабочего тела катализатора и входного патрубка, не обеспечивает полного перемешивания названных потоков, что снижает эффективность очистки отработавших газов. Кроме того, поток воздуха подают непосредственно в центральную часть зоны катализации отработавших газов. При этом не происходит равномерного распределения смешанных потоков по всему объему рабочего тела катализатора. В результате снижается эффективность использования катализатора и уменьшается его рабочий ресурс.

Таким образом, данный способ не обеспечивает эффективность процесса нейтрализации отработавших газов в степени, достаточной для проведения полной очистки отработавших газов от вредных примесей.

Известны устройства, осуществляющие способы очистки отработавших газов ДВС, а именно нейтрализаторы каталитического типа.

Известен комбинированный нейтрализатор газовых выбросов (патент РФ №2145668, F01N 3/10, публ. 20.02.2000 г.). Известный нейтрализатор газовых выбросов содержит корпус с выходным и входным отверстиями и размещенные в нем последовательно блоки из медной и/или алюминиевой стружки и активированного угля, между которыми установлен трубчатый каталитический реактор, при этом корпус нейтрализатора в месте расположения стружки выполнен в виде диффузора.

Недостатком известного комбинированного нейтрализатора является то, что наличие в конструкции устройства каталитического нейтрализатора совместно с угольным фильтром приводит к повышению противодавления в выпускной системе, что приводит к снижению мощности двигателя и увеличению расхода топлива.

Известен нейтрализатор отработавших газов (патент РФ №2175073, МПК F01N 3/02, от 20.10.2001). В корпусе нейтрализатора встроен катализатор, электромагнитный улавливатель с пластинами и рассеиватель, выполненный в виде конуса. Под действием электромагнитного поля частицы сажи осаждаются на пластинах электромагнитного улавливателя. За счет воздействия переменного магнитного поля на поток ОГ происходит отделение твердых частиц от газообразных составляющих потока ОГ, но не происходит перемешивание потока ОГ. Недостатком является ведение катализа отработавших газов без подачи воздуха, что снижает эффективность очистки отработавших газов. Электромагнитный улавливатель не обеспечивает перемешивание потока отработавших газов.

Известен каталитический нейтрализатор отработанных газов двигателя внутреннего сгорания (патент РФ №2117778 С1, МПК F01N 3/28, публ. от 20.08.1998). В корпус каталитического нейтрализатора встроен металлический пористый стакан с перегородками, в котором содержатся слои металла в виде стружки и/или порошка и бентонитовой глины с ионами цветных металлов. Данный нейтрализатор малоэффективен, так как в отсутствии подачи воздуха снижение углеводородов составляет 65-75%, монооксида углерода - до 50%.

Известно устройство для осуществления способа, выбранного в качестве ближайшего аналога по патенту РФ №2136908 С1, МПК F01N 3/10, публ. от 10.09.1999 г. Известное устройство для очистки отработавших газов описано в пункте 2 формулы изобретения по патенту РФ №2136908 С1, МПК F01N 3/10, публ. от 10.09.1999 г.

Устройство для очистки отработанных газов (ОГ) двигателей внутреннего сгорания содержит корпус с входным и выходным патрубками ОГ, эжектор, установленный на цилиндрической втулке со стороны входного патрубка, и цилиндрическое рабочее тело катализатора, размещенное в месте соединения разъемных частей корпуса, при этом рабочее тело катализатора выполнено на никель-хромовой основе, а угол захода рабочей поверхности корпуса со стороны входного патрубка, образованный продольной осью корпуса и образующей конуса, составляет 61-64°, при этом диаметр рабочего тела катализатора превышает диаметр входного патрубка в 2,5 раза.

К недостаткам известного устройство следует отнести то, что выполненный в устройстве катализатор, диаметр рабочего тела которого больше, чем диаметр входного патрубка в 2,5 раза, не гарантирует высокого качества нейтрализации, поскольку при увеличении объема потока ОГ в указанной полости и при наличии эжектора на пути потока ОГ происходит завихрение и торможение его. При этом образуются застойные периферийные зоны в теле катализатора, что не обеспечивает качественной очистки ОГ.

Приведенные характеристики определяют низкий ресурс рабочего тела катализатора и необходимость частой замены его.

Таким образом, устройство имеет катализатор с низким рабочим ресурсом, т.е. обладает низкой надежностью и низкими эксплуатационными характеристиками. В целом устройство не обеспечивает эффективной очистки потока отработавших газов.

Задачей, на решение которой направлены заявляемые технические решения, являлась разработка способа очистки отработавших газов и реализующего этот способ устройства, которые позволили бы обеспечить эффективную очистку потока отработавших газов, преимущественно ДВС, от вредных примесей, улучшение их эксплуатационных характеристик, увеличение ресурса каталитических элементов и срока службы устройства в целом при сохранении мощности двигателя и без увеличения расхода топлива.

Поставленная задача в части способа решается тем, что в способе очистки отработавших газов (ОГ), преимущественно ДВС, путем пропускания потока ОГ через катализатор и подачи воздуха для нейтрализации вредных примесей ОГ в отличие от ближайшего аналога предварительно перед подачей на катализатор поток ОГ принудительно смешивают с потоком подаваемого воздуха и одновременно проводят первую стадию нейтрализации ОГ.

Большое значение для эффективности процесса нейтрализации вредных примесей в потоке ОГ имеют интенсивность смешения потоков и равномерность распределения отработавших газов по сечению.

Принудительное смешение проводят, воздействуя на указанные потоки магнитным полем, векторы направления сил которого ориентируют в плоскости, перпендикулярной относительно направления подачи потока ОГ. Магнитное поле формируют с помощью, по меньшей мере, двух магнитов, одноименные полюса которых устанавливают навстречу друг другу и постоянно поддерживают их в этом положении, при этом создают турбулентный режим перемещения потоков ОГ и воздуха. На смешанные потоки ОГ и воздуха воздействуют постоянным магнитным полем, причем это воздействие ведут при температуре указанных потоков ниже температуры Кюри ферромагнетиков.

Перед этапом принудительного смешения предварительно осуществляют ламинаризацию смешанных потоков ОГ и воздуха.

Таким образом, в предложенном способе смешение потоков ОГ и воздуха проводят в 2 стадии:

Первая стадия - смешение потоков, которое осуществляют под действием газодинамических сил. Векторы указанных сил ориентируют в плоскостях, размещенных перпендикулярно друг другу: направление движения потока ОГ осуществляют продольно, а направление движения потока воздуха - в поперечном сечении относительно поступающего потока ОГ.

Вторая стадия - принудительное смешение осуществляют под воздействием сил магнитного поля.

Сущность воздействия магнитным полем на поток ОГ заключается в следующем:

Магнитный момент молекулы является векторной суммой магнитных моментов атомов, из которых она состоит.

Магнитное поле воздействует на ориентацию частиц вещества, имеющих магнитные моменты. Степень намагничивания вещества характеризуется намагниченностью.

Магнетики делятся на три класса:

Первый - парамагнетики (алюминий, кислород, молибден).

Второй - диамагнетики (азот, водород, медь).

Третий - ферромагнетики (железо и его соединения).

Таким образом, молекулы СО, NOx, CH, присутствующие в составе токсичных примесей отработавших газов, под воздействием сил магнитного поля приобретают магнитные моменты и совершают движение в направлениях, заданных векторами направления сил магнитного поля, которое ориентируют в плоскости, перпендикулярной относительно направления подачи потока ОГ. Поскольку одноименные полюса магнитов направляют навстречу друг другу и постоянно поддерживают их в этом положении, то при этом создают турбулентный режим перемещения потоков ОГ и воздуха. В результате совершенных действий достигают высокую интенсивность смешения потоков и равномерность распределения отработавших газов по сечению корпуса устройства.

Одновременно с принудительным смешением потоков подаваемого воздуха и ОГ проводят первую стадию нейтрализации ОГ.

На первой стадии нейтрализации в качестве катализатора используют медь и ферромагнетик. Как показывают исследования, магнитное поле усиливает процесс катализа вредных примесей ОГ, особенно молекул моноокиси углерода.

Затем проводят вторую стадию нейтрализации. На второй стадии нейтрализации в качестве катализатора используют цеолит.

Цеолит относится к катализаторам ионно-обменного типа. Цеолит представляет собой природный материал, к ним относятся около 30 минералов, в том числе высококремнистые и термокислостойкие шабазит, морденит, эрионит. Данный материал может работать не только как адсорбент, но и как активный ионно-обменный катализатор. Как сыпучий материал цеолит обладает не только большой пористостью, но и обеспечивает высокую степень прохождения потока ОГ. Катализатор на основе цеолита имеет длительный рабочий ресурс и не требует частой замены.

Перед подачей ОГ на второй катализатор может быть проведена стадия ионизации при условии повышенной концентрации вредных веществ, особенно молекул углеводорода в составе поступающего на очистку потока ОГ. Ионизацию проводят путем создания коронарного разряда, при этом кислород, содержащийся в смеси ОГ и воздуха, ионизируют. Под воздействием коронарного разряда образуется озон и/или атомарный кислород. В этом случае вторую стадию нейтрализации вредных примесей ОГ проводят в присутствии озона и/или атомарного кислорода.

Поставленная задача относительно заявленного устройства решается следующим образом.

Предлагается устройство для очистки отработанных газов (ОГ), преимущественно после ДВС, содержащее основной корпус с входным патрубком ОГ и с выходным отверстием. Основной корпус имеет усеченную конусообразную часть, меньшее основание которого ориентировано в сторону входного патрубка. В основном корпусе расположен каталитический элемент, образуя зону нейтрализации вредных примесей ОГ, при этом основной корпус соединен с патрубком системы принудительной подачи воздуха. В отличие от ближайшего аналога основной корпус снабжен, по меньшей мере, одним дополнительным корпусом, который размещен в зоне нейтрализации ОГ основного корпуса. Наличие дополнительного корпуса и его выполнение с торцевыми стенками и перегородками, которые расположены перпендикулярно оси основного корпуса и последовательно на расстоянии друг от друга, позволяют образовать, по меньшей мере, два блока. Наличие двух блоков обеспечивает возможность размещения в устройстве двух различных катализаторов и осуществления двух стадий нейтрализации вредных примесей ОГ. При этом, по меньшей мере, в одном блоке установлен, по меньшей мере, один каталитический элемент, который выполнен в виде ионно-обменного катализатора, в качестве которого использован цеолит.

В другом блоке в качестве каталитического элемента использованы медь и ферромагнетик. В качестве данного каталитического элемента выступает медная сетка, из которой выполнен дополнительный корпус, его торцевые стороны и перегородки. Наличие дополнительного корпуса и его размещение в зоне нейтрализации ОГ основного корпуса позволяют проводить нейтрализацию вредных примесей ОГ практически непрерывно по мере прохождения потока ОГ через зону нейтрализации основного корпуса. Процесс нейтрализации осуществляют с момента подачи смешанных потоков ОГ и воздуха на торцевую сторону дополнительного корпуса, далее - по ходу прохождения смешанных потоков через дополнительный корпус в зоне принудительного смешения и до момента прохождения названных потоков через второй катализатор, что повышает эффективность очистки ОГ от вредных примесей.

В этом же блоке установлены, по меньшей мере, два магнита, при этом каждый магнит выполнен в виде кольца. Один магнит установлен параллельно другому магниту, но перпендикулярно оси дополнительного корпуса, причем поверхности магнитов, обращенные друг к другу, имеют одноименные полюса. По меньшей мере, один дополнительный корпус с торцевыми стенками и расположенными в нем перегородками выполнены из металлической сетки.

Размещение патрубка системы принудительной подачи воздуха на усеченной конусообразной части корпуса позволяет осуществить в этой части корпуса первую стадию смешения потока подаваемого воздуха и потока ОГ.

На первой стадии смешение потоков осуществляют под действием газодинамических сил. Векторы указанных сил ориентируют в плоскостях, размещенных перпендикулярно друг другу: направление движения потока ОГ осуществляют продольно вдоль оси корпуса нейтрализатора, а направление движения потока воздуха - в поперечном сечении относительно поступающего потока ОГ - по внутреннему периметру корпуса.

В устройство очистки отработанных газов в основном корпусе могут быть встроены два дополнительных корпуса, расположенных параллельно друг другу, при этом их оси расположены параллельно оси основного корпуса. В дополнительном корпусе установлена заглушка для полостей, образованных между внешними поверхностями дополнительных корпусов и внутренней поверхностью основного корпуса. Наличие второго дополнительного корпуса позволяет увеличить активную поверхность катализаторов, что обеспечивает эффективность очистки ОГ от вредных примесей. Установка второго дополнительного корпуса дает возможность осуществлять очистку ОГ с высокой степенью концентрации вредных примесей. Наличие заглушки в этом случае исключает прохождение потоков ОГ через полости, образованные между внешними поверхностями дополнительных корпусов и внутренней поверхностью основного корпуса, минуя зоны нейтрализации вредных примесей ОГ.

Размещение, по меньшей мере, двух магнитов в зоне основания усеченной конусообразной части основного корпуса определяет последовательность расположения остальных элементов устройства в дополнительном корпусе.

Выполнение дополнительного корпуса в виде съемного модуля и съемных перегородок в нем позволяет упростить операцию изъятия дополнительных корпусов и замены в них катализатора, что улучшает эксплуатационные характеристики устройства.

Выполнение дополнительного корпуса и расположенных в нем перегородок из медной сетки позволяет сформировать катализатор в первом блоке. Этот медный катализатор обладает достаточными каталитическими свойствами для проведения реакции нейтрализации ОГ в первом блоке. Катализ ОГ в первом блоке усиливают за счет расположения в нем, по меньшей мере, двух магнитов.

По меньшей мере, два магнита могут быть выполнены в виде набора магнитных пластин, расположенных по внутреннему периметру дополнительного корпуса, образуя кольцо. Магнит может быть выполнен из любого ферромагнетика, например из феррита бария.

Магниты расположены в зоне основания усеченной конусообразной части основного корпуса, при этом величина расстояния между магнитами (L) меньше или равна двум величинам высоты кольца магнита (h), т.е. соотношение величины расстояния между магнитами и величины высоты кольца магнита может быть определено по формуле

L< или =2 h.

В зоне нейтрализации может быть встроена камера ионизации кислорода, входящего в состав ОГ и подаваемого воздуха.

Камера ионизации установлена в дополнительном корпусе между, по меньшей мере, двумя магнитами и блоком с катализатором.

Технический результат, который получен при осуществлении заявляемого устройства и реализованного в нем способа очистки отработавших газов заключается в:

- обеспечении эффективного принудительного смешения потоков отработавших газов и воздуха перед их подачей на катализатор и равномерного распределения отработавших газов по сечению корпуса устройства,

- исключении противодавления при сохранении мощности двигателя без увеличения расхода топлива, преимущественно ДВС.

Кроме того, устройство позволяет достичь:

- увеличения ресурса каталитических элементов и срока службы устройства в целом,

- улучшения эксплуатационных характеристик устройства.

Технические характеристики, достигаемые при использовании заявляемого устройства и реализованного в нем способа очистки отработавших газов, проиллюстрированы в сравнительной таблице.

№№ патентовНаличие подачи воздухаТип катализатораСнижение примесей в ОГ ДВС, %Мощность ДВС   СхНуСОNOx Патент РФ №2117778--Слои металлической стружки и/или порошка и бентонитовой прослойки из высокопористого материала65-75До 50Снижается (нет данных)Повышает противодавление, т.е. снижает мощность двигателяПатент РФ №2098643--Катализатор не указан--До 90%--Повышает противодавление, т.е. снижает мощность двигателяПатент РФ №2136908естьМеталловойлочное изделиеНет данныхНет данныхНет данныхПовышает противодавлениеЗаявляемые способ и устройствоесть1-ый этап - медь в условиях магнитного поля, 2-ой этап - цеолит (без ионизации кислорода)989898Не повышает противодавление, сохраняет мощность двигателяЗаявляемые способ и устройствоесть1-ый этап - медь в условиях магнитного поля, 2-ой этап - цеолит (с ионизацией кислорода)989898Не повышает противодавление, сохраняет мощность двигателя

Предложенный способ очистки отработавших газов и устройство для его осуществления образуют единый творческий замысел и могут быть реализованы совместно.

На фиг.1-4 изображено устройство, реализующее предлагаемый способ очистки отработавших газов.

Сущность заявляемого технического решения поясняется чертежами, на которых изображены:

Фиг.1 - продольный разрез устройства очистки отработавших газов, содержащего один дополнительный корпус.

Фиг.2 - продольный разрез устройства очистки отработавших газов, содержащего один дополнительный корпус, выполненный с камерой ионизации.

Фиг.3 - продольный разрез устройства очистки отработавших газов, содержащего два дополнительных корпуса, и поперечное сечение по А-А.

Фиг.4 - продольный разрез устройства очистки отработавших газов, содержащего два дополнительных корпуса, выполненных с камерой ионизации.

Устройство очистки отработавших газов содержит (фиг.1) основной 1 корпус с входным 2 патрубком и выходным 3 отверстием. Основной 1 корпус имеет усеченную конусообразную 4 часть, вершина 5 усеченного конуса ориентирована в сторону входного 2 патрубка. В основном 1 корпусе образована зона 6 нейтрализации ОГ, в которой установлен каталитический 7 элемент. Основной 1 корпус снабжен, по меньшей мере, одним дополнительным 8 корпусом (фиг.1), который размещен в зоне 6 нейтрализации ОГ основного 1 корпуса. Дополнительный 8 корпус выполнен с торцевыми 9 стенками и перегородками 10, которые расположены перпендикулярно оси основного 1 корпуса и последовательно на расстоянии друг от друга, образуя, по меньшей мере, два блока. В одном 11 блоке установлен, по меньшей мере, один каталитический 7 элемент, при этом каталитический 7 элемент выполнен в виде ионно-обменного катализатора, в качестве которого использован цеолит.

В другом 12 блоке установлены, по меньшей мере, два магнита 13 и 14, при этом каждый магнит выполнен в виде кольца. Магнит 13 установлен параллельно другому 14 магниту, но перпендикулярно оси дополнительного 8 корпуса, т.е. поперек направлению прохода потока ОГ. Обращенные друг к другу поверхности 15 магнитов 13 и 14 имеют одноименные полюса, например северные полюса (на чертежах полюса обозначены «N» и «S»). Магниты 13 и 14 расположены в зоне основания усеченной конусообразной 4 части основного 1 корпуса, при этом величина расстояния между магнитами (L) меньше или равна двум величинам высоты кольца магнита (h).

Магнит выполнен из ферромагнетика, в качестве которого использован феррит бария.

Дополнительный 8 корпус с торцевыми 9 стенками и расположенными в нем перегородками 10 выполнен из металлической сетки, в качестве которой может быть использована медная сетка. Дополнительный 8 корпус выполнен в виде съемного модуля, а расположенные в нем перегородки 10 выполнены также съемными.

Патрубок 16 системы принудительной подачи воздуха (система принудительной подачи воздуха на чертеже не показана) размещен на усеченной конусообразной 4 части основного 1 корпуса.

Торцевая 17 крышка установлена в торце основного 1 корпуса со стороны выходного 3 отверстия и выполнена съемной.

В дополнительном 8 корпусе (фиг.2), расположенном в зоне 6 нейтрализации вредных примесей отработавших газов основного 1 корпуса, размещена камера 18 ионизации кислорода, входящего в состав ОГ и подаваемого воздуха. Камера 18 ионизации установлена в дополнительном 8 корпусе между двумя магнитами 13 и 14 и блоком 11 с катализатором 7.

В основном 1 корпусе (фиг.3) встроены два дополнительных 8 корпуса, которые расположены параллельно друг другу, а их оси расположены параллельно оси основного 1 корпуса.

Устройство очистки отработавших газов (фиг.4) может быть выполнено из двух дополнительных 8 корпусов, в каждом из которых встроена камера ионизации 18.

В дополнительном 8 корпусе (фиг.3) установлена заглушка 19 для полостей, образованных между внешними поверхностями дополнительных 8 корпусов и внутренней поверхностью основного 1 корпуса.

Второй дополнительный 8 корпус выполнен полностью идентичным по конструкции первому дополнительному 8 корпусу и также имеет модульное исполнение.

Основной 1 корпус изготавливают из листовой стали методом штамповки. Технологическая оснастка для изготовления основного корпуса проста в изготовлении. Дополнительный 8 корпус изготовлен из медной сетки и сформирован аналогичным способом. Удобство монтажа устройства очистки определено модульным исполнением дополнительного 8 корпуса. Каталитический 7 элемент выполняют в виде сетчатого элемента, в который помещен цеолит. Затем его встраивают в дополнительный 8 корпус. Каталитический элемент 7 с цеолитом имеет длительный рабочий ресурс и не требует частой замены. Цеолит является дешевым продуктом, прост в эксплуатации.

Камеру 18 ионизации монтируют в дополнительном 8 корпусе между магнитами 13 и 14 и каталитическим 7 элементом. Магниты изготовлены из феррита бария.

Камеру ионизации выполняют в виде разрядного блока 21 и изолятора 20. Изолятор 20 располагают между дополнительным 8 корпусом и разрядным блоком 21. Разрядный блок 21 электрически соединен с источником постоянного тока (на чертеже не показан). В собранном виде устройство закрывают съемной торцевой 17 крышкой.

В рабочем режиме входной 2 патрубок ОГ основного 1 корпуса устройства очистки монтируется на конце выхлопной трубы глушителя.

Предложенный способ и работа предложенного устройства осуществляются следующим образом. Работа устройства рассмотрена на примере устройства, в основном 1 корпусе которого размещен один дополнительный 8 корпус.

Поток ОГ через входной 2 патрубок ОГ и поток воздуха через патрубок 16 системы принудительной подачи воздуха подают в усеченную конусообразную 4 часть основного 1 корпуса, где проводят первый этап смешения потоков. Затем смешанные потоки ОГ и воздуха поступают в зону 6 нейтрализации вредных примесей ОГ основного 1 корпуса.

В основном 1 корпусе в этой зоне установлен дополнительный 8 корпус с торцевыми 9 стенками и перегородками 10, выполненными из медной сетки. Поток ОГ пропускают через медную сетку торцевой 9 стенки в блоке 12 дополнительного 8 корпуса, при этом проходит ламинаризация смешанных потоков. По мере прохождения через кольцевые магниты 13 и 14 в блоке 12 на смешанные потоки воздействуют постоянным магнитным полем. Под действием сил магнитного поля, которые сориентированы в плоскости, перпендикулярной направлению подачи потока ОГ, потоки принудительно смешивают, поскольку молекулы СО, NOx, CH как магнетики приобретают магнитные моменты и совершают движение в направлениях, заданных векторами направления сил магнитного поля.

Поскольку одноименные полюса магнитов направляют навстречу друг другу и постоянно поддерживают их в этом положении, то при этом создают турбулентный режим перемещения потоков ОГ и воздуха.

Температурный режим смешанного потока в зоне действия магнитного поля поддерживают ниже температуры Кюри.

Одновременно с принудительным смешением потоков в блоке 12 происходит первая стадия нейтрализации вредных примесей ОГ. По мере прохождения через медную сетку дополнительного 8 корпуса в потоке ОГ под воздействием медного катализатора происходит окислительно-восстановительная реакция молекул вредных примесей.

Таким образом, на первой стадии нейтрализации в качестве катализатора используют медь и ферромагнетик. Исследования показывают, что магнитное поле усиливает процесс катализа вредных примесей ОГ.

Затем смешанные потоки подают в блок 11, где расположен каталитический 7 элемент в виде цеолита. Обработанный на первой стадии нейтрализации смешанный поток ОГ и воздуха пропускают через второй катализатор. Цеолит работает как катализатор ионно-обменного типа. В блоке 11 проводят вторую стадию нейтрализации вредных примесей ОГ.

В случае повышенного содержания вредных примесей в составе ОГ очистку вредных примесей проводят посредством устройства со встроенной камерой ионизации. В этом случае смешанный поток пропускают через камеру ионизации. Под действием коронного разряда кислород, содержащийся в смеси ОГ и воздуха, ионизируют с образованием озона и/или атомарного кислорода. Вторую стадию нейтрализации вредных примесей ОГ проводят в присутствии озона и/или атомарного кислорода.

Предложенные технические решения устройства и реализованного в нем способа позволяют обеспечить эффективную очистку ОГ от вредных примесей при сохранении мощности двигателя.

Изобретение относится к области двигателестроения, машиностроения, теплоэнергетики, металлургии, химической промышленности, автомобилестроения и может быть использовано в системах нейтрализации отработавших газов различных энергетических установок, в частности котельных установок, тепловых станций, двигателях внутреннего сгорания, дизелях. Способ очистки отработавших газов (ОГ) включает подачу потока ОГ на катализатор и подачу воздуха для нейтрализации вредных примесей ОГ, предварительно перед подачей на катализатор поток ОГ принудительно смешивают с потоком подаваемого воздуха и одновременно проводят первую стадию нейтрализации, воздействуя на указанные потоки магнитным полем, векторы направления сил которого ориентируют в плоскости, перпендикулярной относительно направления подачи потока ОГ. Магнитное поле формируют с помощью, по меньшей мере, двух магнитов, одноименные полюса которых устанавливают навстречу друг другу и постоянно поддерживают их в этом положении, при этом создают турбулентный режим перемешивания потоков ОГ и воздуха, а затем проводят вторую стадию нейтрализации. Предложено устройство для реализации указанного способа. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл.

1. Способ очистки отработавших газов (ОГ), преимущественно после двигателей внутреннего сгорания, путем пропускания их через катализатор, и подачи воздуха для нейтрализации вредных примесей ОГ, отличающийся тем, что предварительно перед подачей на катализатор поток ОГ принудительно смешивают с потоком подаваемого воздуха и одновременно проводят первую стадию нейтрализации, воздействуя на указанные потоки магнитным полем, векторы направления сил которого ориентируют в плоскости, перпендикулярной относительно направления подачи потока ОГ, при этом магнитное поле формируют с помощью, по меньшей мере, двух магнитов, одноименные полюса которых устанавливают навстречу друг другу и постоянно поддерживают их в этом положении, при этом создают турбулентный режим перемешивания потоков ОГ и воздуха, а затем проводят вторую стадию нейтрализации.2. Способ очистки отработавших газов по п.1, отличающийся тем, что на смешанные потоки ОГ и воздуха воздействуют постоянным магнитным полем, причем это воздействие ведут при температуре указанных потоков ниже температуры Кюри ферромагнетиков.3. Способ очистки отработавших газов по п.1, отличающийся тем, что перед этапом принудительного смешения предварительно осуществляют ламинаризацию смешанных потоков ОГ и воздуха.4. Способ очистки отработавших газов по п.1, отличающийся тем, что на первой стадии нейтрализации в качестве катализатора используют медь.5. Способ очистки отработавших газов по п.1, отличающийся тем, что на второй стадии нейтрализации в качестве катализатора используют цеолит.6. Способ очистки отработавших газов по п.1, отличающийся тем, что перед началом второй стадии нейтрализации кислород, содержащийся в смеси ОГ и воздуха, ионизируют путем создания коронарного разряда.7. Способ очистки отработавших газов по одному из пп.1-6, отличающийся тем, что вторую стадию нейтрализации вредных примесей ОГ проводят в присутствии озона и/или атомарного кислорода.8. Устройство для очистки отработавших газов (ОГ), преимущественно после двигателей внутреннего сгорания, содержащее основной корпус с входным патрубком ОГ, с выходным отверстием, усеченная конусообразная часть основного корпуса ориентирована меньшим основанием в сторону входного патрубка, в основном корпусе расположен каталитический элемент, образуя зону нейтрализации ОГ, при этом основной корпус соединен с патрубком системы принудительной подачи воздуха, отличающееся тем, что основной корпус снабжен торцевой крышкой, установленной со стороны выходного отверстия, и, по меньшей мере, одним дополнительным корпусом, который размещен в зоне нейтрализации ОГ основного корпуса, дополнительный корпус выполнен с торцевыми стенками и перегородками, расположенными перпендикулярно оси основного корпуса и последовательно на расстоянии друг от друга, образуя, по меньшей мере, два блока, по меньшей мере, в одном блоке установлен, по меньшей мере, один каталитический элемент, в другом блоке установлены, по меньшей мере, два магнита, при этом каждый магнит выполнен в виде кольца, установлен параллельно другому магниту и перпендикулярно оси дополнительного корпуса, причем поверхности магнитов, обращенные друг к другу, имеют одноименные полюса, и, по меньшей мере, один дополнительный корпус с торцевыми стенками и расположенными в нем перегородками выполнены из металлической сетки, а патрубок системы принудительной подачи воздуха размещен на усеченной конусообразной части корпуса.9. Устройство очистки отработавших газов по п.8, отличающееся тем, что в основном корпусе установлены два дополнительных корпуса, расположенных параллельно друг другу, а их оси расположены параллельно оси основного корпуса.10. Устройство очистки отработавших газов по п.9, отличающееся тем, что в дополнительном корпусе установлена заглушка для полостей, образованных между внешними поверхностями дополнительных корпусов и внутренней поверхностью основного корпуса.11. Устройство очистки отработавших газов по п.8 или 9, отличающееся тем, что, по меньшей мере, два магнита расположены в зоне большего основания усеченной конусообразной части основного корпуса.12. Устройство очистки отработавших газов по п.8 или 9, отличающееся тем, что дополнительный корпус выполнен в виде съемного модуля.13. Устройство очистки отработавших газов по п.8 или 9, отличающееся тем, что дополнительный корпус и расположенные в нем перегородки выполнены из медной сетки.14. Устройство очистки отработавших газов по п.8 или 9, отличающееся тем, что, по меньшей мере, два магнита выполнены в виде набора магнитных пластин, расположенных по внутреннему периметру дополнительного корпуса, образуя кольцо.15. Устройство очистки отработавших газов по п.8 или 9, отличающееся тем, что магнит выполнен из ферромагнетика, в качестве которого использован феррит бария.16. Устройство очистки отработавших газов по п.8 или 9, отличающееся тем, что величина расстояния между магнитами меньше или равна двум величинам высоты кольца магнита.17. Устройство очистки отработавших газов по п.8 или 9, отличающееся тем, что зона нейтрализации имеет камеру ионизации кислорода, входящего в состав ОГ и подаваемого воздуха.18. Устройство очистки отработавших газов по п.8 или 9, отличающееся тем, что камера ионизации установлена в дополнительном корпусе между, по меньшей мере, двумя магнитами и блоком с катализатором.19. Устройство очистки отработавших газов по п.8 или 9, отличающееся тем, что перегородка дополнительного корпуса выполнена съемной.20. Устройство очистки отработавших газов по п.8 или 9, отличающееся тем, что каталитический элемент выполнен в виде ионно-обменного катализатора, в качестве которого использован цеолит.