Установка для исследования осаждения твердых частиц, содержащихся в автомобильных выхлопах, в электрическом поле Российский патент 2024 года по МПК G01N7/00 

Изобретение относится к лабораторным установкам и предназначено для экспериментального определения эффективности осаждения твердых частиц, содержащихся в автомобильных выхлопных газах, с помощью электрофильтров.

Техническим результатом работы установки является определение массы твердых частиц углерода, осажденных испытуемым электрофильтром при прохождении через него отработавших газов, что позволит дать сравнительную оценку устройствам, используемым для снижения выбросов твердых частиц выхлопных газов автомобилей в атмосферу путем осаждения в электрическом поле.

Известен способ очистки воздуха от примесей путем осаждения их неоднородным электрическим полем на осаждающем электроде, отличающийся тем, что перед очисткой поляризуют примеси, помещенные в неоднородное электрическое поле, созданное осаждающим электродом, подключенным к источнику высокого напряжения, затем поляризованные примеси притягивают неоднородным электрическим полем к осаждающему электроду, а после осаждения поляризационных примесей на нем перемещают диффузией неполяризованные примеси из загрязненного им окружающего воздуха к осаждающему электроду при создании градиента парциальных давлений примесей в воздухе, окружающем осаждающий электрод (патент RU 2124402 С1 от 10.01.1999).

Известен электрофильтр, включающий корпус и системы осадительных и коронирующих электродов с электрическим полем, отличающийся тем, что в нем перед входом в электрическое поле установлены коронирующие элементы, расположенные от коронирующих электродов на величину расстояния 1,5-1,7 от разрядного расстояния (патент RU 2136381 С1 от 10.09.1999).

Известен электрофильтр для очистки газов, включающий корпус, газораспределительную решетку, профилированные элементы которой образуют на входе в рабочую зону щелевые сопла, подключенные с соседними осадительными электродами к противоположным выводам источника переменного тока высокого напряжения, ионизатор, и систему пластинчатых плоскопараллельных осадительных электродов, покрытых диэлектриком и установленных вдоль потока на рабочем расстоянии друг от друга (патент RU 2303487 С1 от 27.07.2007).

Известен электрофильтр, состоящий из корпуса с крышками с входным и выходными патрубками цилиндрических осадительных электродов, закрепленных к корпусу через изоляторы и коронирующих электродов, состоящих из спиралеобразных участков, закрепленных через изоляторы к крышкам электрофильтра, отличающийся тем, что осадительный электрод в середине выполнен с щелевым отверстием и патрубком вывода шлама на корпусе, внутри электрода соосно ему установлена перфорированная цилиндрическая вставка из диэлектрика, образуя между осадительным электродом и перфорированной цилиндрической вставкой кольцевую щель, в которой размещен катализатор в форме перфорированных таблеток, а спиралеобразный коронирующий электрод выполнен из двух равных частей с разносторонней закруткой спирали, которые, в свою очередь, электрически последовательно соединены между собой и закреплены к ветряным колесам, которые установлены у основания осадительного электрода на прямолинейном участке коронирующего электрода, причем наружный диаметр спирали равен внутреннему диаметру перфорированной цилиндрической вставки осадительного электрода (патент RU 91005 U1 от 27.01.2010).

Представленные выше устройства не дают возможности количественной оценки достигаемого ими эффекта снижения количества токсичных выбросов в атмосферу.

Описание изобретения и порядок работы

Установка для исследования осаждения твердых частиц автомобильных выхлопов в электрическом поле состоит из двигателя внутреннего сгорания (ДВС) 1, служащего источником отработавших газов 3, которые проводят через испытуемый электрофильтр 2. Частицы углерода 4, осажденные электрофильтром 2, стряхивают в реакционную камеру 5 через крыльчатку 6, служащую для предотвращения сообщения газовой среды реакционной камеры с внешней средой. В реакционной камере расположены метановые горелки 8, служащие источником зажигания. Через входной патрубок подают кислород 7. Частицы углерода, попадая в реакционную камеру, сгорают в атмосфере кислорода, продукты горения удаляются через выходной патрубок, в котором установлен обратный клапан 9. Состав продуктов горения определяют с помощью газоанализатора 10, подключенного к компьютеру 11 для автоматизации обработки показаний.

Порядок работы

Запускают ДВС 1. Зажигают метановые горелки 8. С помощью газоанализатора фиксируют содержание СО₂ в продуктах горения.

При прохождении отработавших газов через электрофильтр происходит осаждение частиц углерода на осаждающих электродах. Частицы углерода стряхивают в реакционную камеру 5 через крыльчатку 6. Под воздействием пламени горелок 8 углерод сгорает в кислородной среде, в результате чего изменяется состав продуктов сгорания, выходящих из реакционной камеры 5. Эти изменения фиксирует газоанализатор 10.

Из уравнения горения углерода в кислороде (1), зная объем реакционной камеры, можно вычислить массу сгоревших осажденных частиц.

Зная концентрацию С(CO₂) из показаний газоанализатора, молярный объем при заданных условиях и объем реакционной камеры, можно вычислить количество образовавшегося углекислого газа:

где η(CO₂) - количество образовавшегося углекислого газа, кмоль;

V_кам - объем реакционной камеры, м³;

С(CO₂) - концентрация углекислого газа в объемных долях.

V_М - молярный объем при заданных условиях, м³/кмоль.

Из значения (2) определяем массу вступившего в реакцию углерода:

где m(С) - масса вступившего в реакцию углерода, кг.

М(С) - молярная масса углерода, кг/кмоль.

Таким образом, по разности показаний газоанализатора при горении метана и при сжигании осажденного углерода в реакционной камере судят о массе осажденных электрофильтром частиц. Полученные данные позволяют количественно оценить осаждающий эффект разных моделей электрофильтров.

Описание чертежа

На фиг. 1 цифрами обозначены: 1 - двигатель внутреннего сгорания; 2 - испытуемый электрофильтр; 3 - поток отработавших газов от ДВС; 4 - осажденные фильтром частицы углерода; 5 - реакционная камера; 6 - крыльчатка; 7 - подаваемый в реакционную камеру кислород; 8 - метановые горелки; 9 - обратный клапан; 10 - газоанализатор; 11 - компьютер для обработки показаний газоанализатора.

Изобретение относится к лабораторным установкам и предназначено для экспериментального определения эффективности осаждения твердых частиц, содержащихся в автомобильных выхлопных газах, с помощью электрофильтров. Установка для исследования осаждения твердых частиц, содержащихся в отработавших газах автомобилей, в электрическом поле, содержит испытуемый электрофильтр, сообщающийся с реакционной камерой, в которой происходит сжигание осажденных электрофильтром частиц в кислородной среде. Подвод отработавших газов осуществляется от двигателя внутреннего сгорания. Между реакционной камерой и электрофильтром расположена крыльчатка, служащая для предотвращения сообщения газовой среды реакционной камеры с внешней средой. В реакционной камере расположены входной патрубок для подачи кислорода и метановые горелки, а также выходной патрубок для удаления продуктов горения, в котором установлены обратный клапан и газоанализатор, соединенный с компьютером и измеряющий содержание СО₂ в продуктах горения. При использовании установки осуществляется определение массы твердых частиц углерода, осажденных испытуемым электрофильтром при прохождении через него отработавших газов, что позволяет дать сравнительную оценку устройствам, используемым для снижения выбросов твердых частиц выхлопных газов автомобилей в атмосферу путем осаждения в электрическом поле. 1 ил.

Установка для исследования осаждения твердых частиц, содержащихся в отработавших газах автомобилей, в электрическом поле, включающая испытуемый электрофильтр, сообщающийся с реакционной камерой, в которой происходит сжигание осажденных электрофильтром частиц в кислородной среде, отличающаяся тем, что подвод отработавших газов осуществляется от двигателя внутреннего сгорания, между реакционной камерой и электрофильтром расположена крыльчатка, служащая для предотвращения сообщения газовой среды реакционной камеры с внешней средой, в реакционной камере расположены входной патрубок для подачи кислорода и метановые горелки, а также выходной патрубок для удаления продуктов горения, в котором установлены обратный клапан и газоанализатор, соединенный с компьютером и измеряющий содержание СО₂ в продуктах горения.