ФИЛЬТРУЮЩИЙ ЭЛЕМЕНТ ДЛЯ УЛАВЛИВАНИЯ ТВЕРДЫХ ЧАСТИЦ Российский патент 2018 года по МПК F01N3/21 F01N3/35 

Описание патента на изобретение RU2664036C2

Техническое решение относится к двигателям внутреннего сгорания, к их выхлопным устройствам, снабженным средствами очистки отработавших газов. Оно касается фильтрующих элементов, предназначенных для улавливания в отработавших газах твердых частиц, в частности сажи.

Известны различные фильтрующие элементы для улавливания в отработавших газов твердых частиц, показанные, например, в патентах №№2094623, 2467180, выданных в РФ, в заявках №№2156658, 2488734, опубликованных Европейским патентным ведомством, в заявках №№20100269491, 20130074476, опубликованных в США.

В качестве более близкого аналога принят фильтрующий элемент для улавливания твердых частиц, изображенный в патенте №2338896, МПК F01N 3/022, выданном в РФ. Этот фильтрующий элемент содержит стопку параллельно расположенных листов, разделенных перегородками. Он представляет собой керамический блок, изготовленный из тугоплавкого материала с высокой открытой пористостью. Фильтрующую поверхность образуют стенки каналов, которые с торцов заглушены в шахматном порядке. Причем порядок заглушки входных и выходных каналов смещен на одну позицию (на один канал). В этом фильтрующем элементе сформирована структура, состоящая из входных и выходных заглушенных с одной стороны каналов с общими пористыми стенками, через которые перетекают отработавшие газы дизеля. При этом дисперсные частицы, осаждаются на внутренних стенках входного канала, образуя слой дисперсных частиц. При продолжительной работе толщина слоя возрастает, однако увеличение толщины происходит неравномерно. Максимальная толщина слоя фиксируется со стороны заглушки канала, а минимальная - во входном участке. Наращивание слоя сажи на поверхности фильтра приводит к повышению аэродинамического сопротивления фильтрующего элемента. Поэтому накапливаемая сажа периодически или непрерывно удаляется путем окисления кислородом (термическая регенерация при температурах свыше 650-700°С) или двуокисью азота (каталитическая регенерация при 350-400°С). Неравномерное осаждение дисперсных частиц на фильтрующей поверхности канала создает ряд нежелательных последствий при длительной эксплуатации фильтрующего элемента. Так, накопление больших количеств сажи в конце канала приводит к повышенному газодинамическому сопротивлению этого участка, к ухудшенному массообмену и перераспределению течения газового потока в сторону входного участка. Результатом этих явлений является ухудшение регенерации фильтра, в особенности при каталитической регенерации. Так, доставка основного окислителя - диоксида азота к торцевому участку, заполненному дисперсными частицами, оказывается затрудненным и мало результативным, поскольку часть окислителя проходит через фильтрующую стенку во входном участке канала и далее попадает в выходной канал, не принимая участия в регенерации. Проблемы возникают и при термической регенерации фильтров с неравномерным слоем дисперсных частиц. Основной из них является повышенное тепловыделение в зоне с большой массой дисперсных частиц за счет экзотермической реакции окисления материала дисперсных частиц (углерода и органических фракций), что может вызвать разрушение (расплавление) фильтра или привести к повышенному износу фильтрующего материала.

Задачей является улучшение условий регенерации, снижение газодинамического сопротивления и повышение ресурса фильтрующего элемента путем обеспечения более равномерного осаждения дисперсных частиц на фильтрующей поверхности.

Решение задачи повышения эффективности фильтрующего элемента для улавливания твердых частиц в отработавших газах двигателя внутреннего сгорания обеспечено тем, что в этом фильтрующем элементе, содержащем стопку пористых пластин разделенных перегородками, расположенными в шахматном порядке, соседние пластины расположены наклонно относительно друг друга, образуя каналы переменной высоты для прохода отработавших газов, расширяющиеся в сторону перегородок.

При такой форме каналов для прохода отработавших газов двигателя обеспечено равномерное осаждение дисперсных частиц на фильтрующей поверхности, снижен темп нарастания аэродинамического сопротивления. При этом стало возможным применять только каталитическую схему регенерации фильтра.

Фильтрующий элемент для улавливания в дизельных двигателях внутреннего сгорания твердых частиц в отработавших газах содержит стопку пористых пластин 1-5, выполненных из керамического материала. Пластины разделены перегородками 6 и 7, расположенными в шахматном порядке. Соседние пластины, например 1 и 2, 2 и 3, расположены наклонно относительно друг друга. Они образуют канал 8 переменной высоты для прохода отработавших газов дизельного двигателя, расширяющиеся в сторону перегородок 7, и каналы 9 тоже переменной высоты, расширяющиеся в сторону перегородок 6. Угол между соседними наклонными пластинами, например между пластинами 2 и 3, находится в пределах 15°-20°.

При работе фильтрующего элемента отработавший газ двигателя проходит между перегородками 6 и входит в расширяющиеся каналы 8, откуда через поры в пластинах 1-5 проходит в сужающиеся каналы 9, При этом в порах пластин 1-5 вдоль их длины происходит равномерное осаждение твердых частиц, в частности сажи.

Выполненный цикл испытаний показал, что при равных с традиционной схемой фильтра условиях у созданного фильтра при осаждении на нем твердых частиц, в частности сажи, значительно меньший на 20% темп нарастания аэродинамического сопротивления. При этом обеспечена возможность использовать только каталитическую схему регенерации фильтра, исключив термическую схему, что упрощает конструкцию узла обработки отработавших газов и удешевляет двигатель в целом.

Похожие патенты RU2664036C2

название год авторы номер документа
ФИЛЬТР-НЕЙТРАЛИЗАТОР 1998
  • Кутенев В.Ф.
  • Корнилов Г.С.
  • Панчишный В.И.
  • Моисеев С.П.
RU2205966C2
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 1996
  • Барыбин Н.Ф.
  • Мягков К.Г.
  • Якушин М.И.
RU2094625C1
КАТАЛИТИЧЕСКИЙ ФИЛЬТР ДЛЯ ОБРАБОТКИ ОТРАБОТАВШЕГО ГАЗА 2014
  • Чэнь Хай-Ин
  • Де Дебнатх
  • Мэннинг Уэнди
  • Кокс Джулиан
RU2660737C2
КАТАЛИТИЧЕСКИЙ ФИЛЬТР ДЛЯ ОБРАБОТКИ ОТРАБОТАВШЕГО ГАЗА 2014
  • Чэнь Хай-Ин
  • Де Дебнатх
  • Мэннинг Уэнди
  • Кокс Джулиан
RU2629762C2
ФИЛЬТРУЮЩИЙ ЭЛЕМЕНТ С ПЕТЛЕВЫМ ДВИЖЕНИЕМ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ 1995
  • Кутыш Иван Иванович
RU2094623C1
ФИЛЬТРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО (ВАРИАНТЫ) 1996
  • Виноградов Василий Михайлович
RU2113601C1
СПОСОБ УДАЛЕНИЯ ЧАСТИЦ САЖИ ИЗ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ И СООТВЕТСТВУЮЩИЙ УЛАВЛИВАТЕЛЬ 2001
  • Ходгзон Ян
  • Брюкк Рольф
  • Райциг Майке
RU2270052C2
КАТАЛИТИЧЕСКИЙ ФИЛЬТР, СОДЕРЖАЩИЙ КАТАЛИЗАТОР ОКИСЛЕНИЯ САЖИ И SCR-КАТАЛИЗАТОР 2016
  • Чэндлер Гай Ричард
  • Филлипс Пол Ричард
RU2726621C1
УСТРОЙСТВО И СПОСОБ СНИЖЕНИЯ ТОКСИЧНОСТИ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ, СОДЕРЖАЩИХ ТВЕРДЫЕ ЧАСТИЦЫ 2010
  • Вольфганг Маус
RU2543918C2
КАТАЛИЗАТОР ВЫХЛОПНОГО ГАЗА И СВЯЗУЮЩИЕ КАТАЛИЗАТОРА ДЛЯ НОСИТЕЛЕЙ ФИЛЬТРОВ 2017
  • Флэнэган, Кит
  • Марвелл, Дэвид
  • Грин, Александр
  • Филлипс, Пол
  • Чендлер, Гай
RU2775221C2

Иллюстрации к изобретению RU 2 664 036 C2

Реферат патента 2018 года ФИЛЬТРУЮЩИЙ ЭЛЕМЕНТ ДЛЯ УЛАВЛИВАНИЯ ТВЕРДЫХ ЧАСТИЦ

Фильтрующий элемент предназначен для улавливания твердых частиц, присутствующих в отработавших газах двигателя внутреннего сгорания. Он содержит стопку пористых пластин 1-5, разделенных перегородками 6, 7, расположенными в шахматном порядке. Соседние пластины расположены наклонно относительно друг друга, образуя каналы 8, 9 переменной высоты для проходов отработавших газов, расширяющиеся в сторону перегородок 6, 7. При использовании изобретения повышается ресурс фильтрующего элемента путем обеспечения более равномерного осаждения дисперсных частиц на фильтрующей поверхности. 1 ил.

Формула изобретения RU 2 664 036 C2

Фильтрующий элемент для улавливания твердых частиц, присутствующих в отработавших газах двигателя внутреннего сгорания, содержащий стопку пористых пластин, разделенных перегородками, расположенными в шахматном порядке, отличающийся тем, что соседние пластины расположены наклонно относительно друг друга, образуя каналы переменной высоты для прохода отработавших газов, расширяющиеся в сторону перегородок.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2018 года RU2664036C2

WO 2013088132 A1, 20.06.2013
WO 2011029760 A1, 17.03.2011
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ 2008
  • Боарнуа Марк
RU2453713C2
WO 2013145266 A1, 03.10.2013
DE 102008022990 A1, 12.11.2000.

RU 2 664 036 C2

Авторы

Панчишный Владимир Иванович

Демидов Алексей Андреевич

Даты

2018-08-14Публикация

2013-12-25Подача