Устройство очистки отработанных газов - RU2126894C1

Чертежи

Описание

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для снижения токсичности отработанных газов, например, двигателей внутреннего сгорания.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявленному изобретению является устройство очистки отработанных газов двигателя внутреннего сгорания, содержащее корпус с отверстиями для входа отработанных газов перед очисткой и выхода их после очистки и установленный в корпусе каталитический элемент, выполненный в виде расположенных одна в одной спиралей. (см. опубл. заявка Японии N 52-10698, F 01 N 3/00, 1977)
Отработанные газы поступают через входной патрубок в полость корпуса, где, проходя через катализатор, очищаются от вредных примесей и через выходной патрубок выводятся в атмосферу.

В результате анализа данного решения необходимо отметить, что используемый в устройстве катализатор при его засорении является дополнительным сопротивлением на пути прохождения отработанных газов, что приводит к снижению КПД двигателя и степени очистки. Кроме того, время нахождения отработанных газов в корпусе весьма мало, что не всегда позволяет производить качественную очистку отработанных газов.

Задачей настоящего изобретения является создание устройства, обеспечивающего свободное прохождение через него отработанных газов, что значительно повышает КПД установок, а также обеспечивающего высокую степень очистки отработанных газов от вредных примесей.

Поставленная задача решается тем,что в устройстве очистки отработанных газов, содержащем корпус с отверстиями для входа отработанных газов и выхода их после очистки и установленные в корпусе каталитический элемент, имеющий форму спирали, и элемент закручивания потока отработанных газов, новым является то, что элемент закручивания потока отработанных газов выполнен в виде спирали из плоской ленты или пластины и расположен внутри каталитического элемента. Каталитический элемент может дополнительно содержать хром и титан. Корпус устройства может быть расположен в кожухе, имеющем входной и выходной патрубки, причем полость кожуха связана с полостью корпуса посредством выполненных в последнем сквозных отверстий. На выходном конце корпуса может быть выполнено по крайней мере два отверстия, площадь одного из которых не менее чем в два раза больше площади другого, при этом они расположены в одной плоскости поперечного сечения корпуса устройства. Элемент закручивания выполнен из никелесодержащего сплава.

На чертеже представлено устройство очистки отработанных газов, осевой разрез.

Устройство очистки отработанных газов содержит корпус 1, выполненный, например, в виде трубы с входным 2 и выходным 3 отверстиями. На концах корпуса могут быть выполнены специальные поверхности для установки устройства в предназначенное место. В корпусе 1 установлены элемент 4 закручивания потока отработанных газов и каталитический элемент 5. Элементы 4 и 5 выполнены в виде спиралей, например, цилиндрической формы. Спирали выполняют из упругого материала. Элемент 4 размещен внутри элемента 5 и выполнен в виде спирали, изготовленной из ленты или пластины (пластинчатой формы). Крепление каталитического элемента и элемента закручивания потока отработанных газов в корпусе осуществляется различными приемами и может быть разъемным.

Весьма важным является выбор материала каталитического элемента 5. Наиболее предпочтительным является выполнение его из никеля или никелесодержащего сплава, который при нагреве его выхлопными газами до температуры (300-450)^oC обеспечивает химический процесс очистки газов от вредных примесей, то есть выполняет санкцию катализатора. Материал каталитического элемента может также содержать дополнительно хром и титан. Это повышает степень очистки отработанных газов от вредных примесей.

Элемент 4 может быть выполнен из никеля или никелесодержащего сплава и выполнять при работе устройства не только функцию закручивания потока отработанных газов, но и функцию катализатора. Это также повышает степень очистки отработанных газов.

Элементы 4 и 5 могут быть выполнены из палладия или сплава, содержащего серебро, однако, это делает устройство весьма дорогим.

При монтаже элементов 4 и 5 в корпусе 1 зазор между витками должен быть таковым, чтобы обеспечить свободную циркуляцию отработанных газов.

Корпус 1 может быть выполнен различной формы, но при любом его исполнении обязательно наличие отверстий 2 и 3.

Элемент 4 может иметь и иное исполнение и быть установлен в корпусе 1 перед (относительно направления перемещения отработанных газов) каталитическим элементом 5, однако это ухудшает условия закручивания потока отработанных газов.

Корпус 1 может быть установлен в кожухе 6 с перегородками 7. В перегородках 7 выполнены отверстия 8. В корпусе 1 могут быть выполнены сквозные отверстия 9. На выходном конце корпуса 1 выполнено по крайней мере два отверстия 10 и 11, причем площадь одного из них не менее чем в два раза больше площади другого.

На кожухе выполнены входной 12 и выходной 13 патрубки.

Устройство очистки отработанных газов работает следующим образом.

Для осуществления рабочего цикла устройство подсоединяют к выхлопной магистрали отработанных газов перед глушителем двигателя внутреннего сгорания (Работа устройства раскрывается на примере очистки отработанных газов двигателя внутреннего сгорания).

В процессе работы двигателя внутреннего сгорания отработанные газы через входное отверстие 2 попадают в полость корпуса 1. При контакте потока выхлопных газов с элементом закручивания 4 поток закручивается, то есть осуществляется его движение по спиральной траектории, соответствующей параметрам элемента 4. Элемент 4 придает потоку выхлопных газов траекторию движения, при которой поток контактирует с каталитическим элементом 5, разогревая его до температуры, при которой начинает протекать химическая реакция, позволяющая снизить содержание угарного газа (CO) и углеводородной составляющей (CH) отработанных газов. Наиболее эффективно реакция протекает при взаимодействии отработанных газов с никелесодержащими катализаторами. При выполнении элемента 4 из никелесодержащего материала реакция начинает протекать в начальный момент закручивания потока, что повышает степень очистки отработанных газов. Очищенные газы через отверстие 3 выводятся в атмосферу.

Спиральная траектория движения отработанных газов в корпусе устройства увеличивает время нахождения газов в устройстве во столько ваз, во сколько траектория линии закрутки больше прямолинейного движения молекулы газа внутри корпуса устройства, что обеспечивает высокую степень очистки, высокую работоспособность каталитического элемента (элементов), а также уменьшает потери КПД двигателя за счет уменьшения сопротивления потоку отработанных газов.

Степень очистки может регулироваться установкой спиральных элементов определенной массы, их длины и размерами корпуса.

Благодаря наличию в корпусе 1 отверстий 10 и 11 и соотношению их площадей создается разность давлений элементов потока газа в плоскости расположения отверстий 10 и 11, которая также способствует закручиванию потока газов.

При расположении корпуса 1 в кожухе 6 отработанные газы через входной 12 патрубок попадают в полость корпуса 1, откуда, раскручиваясь, через отверстия 9 корпуса периодически попадают в полость кожуха. Это увеличивает время нахождения составляющих потока в устройстве.

При заполнении полости кожуха газы расширяются, что приводит к изменению кинетической вибрационной энергии потока, а следовательно, к шумопоглощению отработанных газов. Через выходной патрубок 13 отработанные очищенные газы подаются в глушитель, а затем в атмосферу.

Таким образом, предложенное устройство позволяет не только осуществлять очистку отработанных газов, но и снизить их уровень шума.

Проверка работоспособности устройства и оценка его эффективности проводилась на двигателях внутреннего сгорания транспортных средств ГАЗ-31029, ВАЗ-2105, ВАЗ-2107.

Испытания проводились на бензиновом топливе марок АИ-76, АИ-92, АИ-93.

Результаты испытаний приведены ниже.

Таким образом результаты испытаний наглядно иллюстрируют эффективность работы устройства.

Использование изобретения позволяет улучшить экологические показатели по CH в 2-3 раза, а по CO не менее чем в четыре раза. Необходимо отметить, что использование данного устройства не ограничивается применением его только на двигателях внутреннего сгорания. Оно с успехом может быть использовано при эксплуатации любого топливосжигающего оборудования с выбросом продуктов сгорания в атмосферу.

Устройство просто в изготовлении, надежно в эксплуатации, обладает высокой ремонтопригодностью.

Реферат

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для снижения токсичности отработанных газов, например, двигателей внутреннего сгорания. Устройство содержит корпус с отверстиями для входа отработанных газов перед очисткой и выхода их после очистки и установленный в корпусе каталитический элемент. В корпусе установлен также элемент закручивания потока отработанных газов. Каталитический элемент и элемент закручивания потока отработанных газов могут быть выполнены из никеля или никельсодержащего материала в виде спиралей, причем элемент закручивания потока отработанных газов размещен внутри каталитического элемента. Каталитический элемент может быть выполнен из материала, содержащего хром, никель, титан. Корпус может быть установлен в кожухе, имеющим входной и выходной патрубки, причем полости корпуса и кожуха соединены между собой посредством выполненных в корпусе отверстий. В корпусе может быть выполнено два дополнительных отверстия, площадь одного из которых не менее чем в два раза больше площади другого. 4 з.п.ф-лы, 1 ил.

Формула