КАТАЛИТИЧЕСКИЙ НЕЙТРАЛИЗАТОР СО СТАБИЛИЗАЦИЕЙ ТЕМПЕРАТУРЫ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
CATALYTIC NEUTRALISER STABILISING TEMPERATURE OF EXHAUST OF INTERNAL COMBUSTION ENGINE

Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению, и может быть использовано для очистки отработавших газов двигателей внутреннего сгорания, в частности дизелей.
8
Известен каталитический нейтрализатор отработавших газов двигателя внутреннего сгорания, содержащий корпус с теплоизоляционным материалом, входным и выходным патрубками, кольцевые фильтрационные, а именно, сажевые, окислительные и восстановительные элементы, размещенные соответственно в фильтрацнонной, окислительной и восстановительной зонах, разделенных перегородками. В каждой зоне имеются кольцевые элементы с теплоаккумулирующим веществом, размещенные между фильтрационными, окислительными и восстановительными элементами. Входной и выходной патрубки оборудованы входным и выходным клапанами с пружинами (свидетельство RU 56480 на полезную модель, МПК F01N 3/28).
Основным недостатком такого каталитического нейтрализатора является пониженная эффективность очистки отработавших газов двигателя внутреннего сгорания, так как утилизация тепла происходит на выходе.
7
Наиболее близким к предложенному изобретению по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является каталитический нейтрализатор с утилизацией тепла отработавших газов двигателя внутреннего сгорания, содержащий корпус с двойными стенками, внешней и внутренней, образованной последовательно расположенными каталитическими блоками, а именно соосными пористыми металлокерамическими окислительно-восстановительными каталитическими блоками. Между внешней и внутренней стенками образован тепловой зазор. На крышке закреплены патрубок входа газов и патрубок выхода газов, снабженные фланцами. Блоки образуют с торцевыми крышками полость реактора. В реакторе на бонках, являющихся продолжением патрубков входа и выхода газов, и бонках на поперечной перегородке установлены соосные пористые сажевый металлокерамический блок и металлокерамический восстановительный каталитический блок. Пористые металлокерамические окислительно-восстановительные каталитические блоки размещены концентрично пористым сажевому металлокерамическому блоку и металлокерамическому восстановительному каталитическому блоку. Полость реактора разделена стенками пористых металлокерамических окислительно-восстановительных каталитических блоков, сажевого блока и восстановительного каталитического блока на отдельные полости: полость входа, две промежуточные полости, полость выхода. Промежуточные полости образованы между соосными пористыми металлокерамическими окислительно-восстановительными каталитическими блоками и концентричными им пористым сажевым металлокерамическим блоком и пористым металлокерамическим восстановительным каталитическим блоком. В реакторе между окислительно-восстановительными блоками, сажевым блоком и восстановительным блоком встроен конвективный теплообменник, выполненный в виде змеевика, с входным и выходным штуцерами (патент RU 2189466, МПК F01N 3/28).
Однако применение вышеописанного каталитического нейтрализатора с утилизацией тепла отработавших газов двигателя внутреннего сгорания не позволяет обеспечить высокую эффективность очистки отработавших газов, так как конвективный теплообменник отбирает тепло из зоны каталитических блоков и не способствует стабилизации температуры отработавших газов в реакторе.
Задачей изобретения является повышение эффективности очистки отработавших газов двигателя внутреннего сгорания.
Поставленная задача достигается тем, что в каталитическом нейтрализаторе со стабилизацией температуры отработавших газов двигателя внутреннего сгорания, содержащем корпус с торцевыми крышками, входным и выходным патрубками, соосные пористые металлокерамические каталитические блоки и пористый сажевый металлокерамический блок, конвективный теплообменник, выполненный в виде змеевика с входным и выходным штуцерами, размещенный в полости, образованной соосными концентричными пористыми металлокерамическими каталитическими блоками и пористым сажевым металлокерамическим блоком, согласно изобретению внутренняя полость змеевика заполнена теплоаккумулирующим веществом, а входной и выходной штуцеры заглушены пробками.
Целесообразно в качестве теплоаккумулирующего вещества использовать гидроокись лития.
Предложенное выполнение каталитического нейтрализатора позволяет утилизировать тепло отработавших газов за счет аккумуляции его теплоаккумулирующим веществом при работе двигателя на всех режимах нагрузки и стабилизировать температуру отработавших газов при работе на режимах нагрузок менее 50% от номинальной, тем самым обеспечивая высокую эффективность очистки отработавших газов двигателя внутреннего сгорания от продуктов неполного сгорания и оксидов азота в диапазоне температур 350-450°.
Изобретение поясняется чертежом, на котором изображен продольный разрез каталитического нейтрализатора со стабилизацией температуры отработавших газов двигателя внутреннего сгорания.
Кроме этого, на чертеже дополнительно обозначено следующее:
- горизонтальными линиями со стрелками, обращенными слева направо, показано направление движения отработавших газов;
- изогнутыми линиями со стрелками показано направление движения отработавших газов через нейтрализатор.
Каталитический нейтрализатор со стабилизацией температуры отработавших газов двигателя внутреннего сгорания содержит корпус 1 с двойными стенками: внешней 2 и внутренней, образованной последовательно расположенными соосными пористыми металлокерамическими окислительно-восстановительными каталитическими блоками 3. Между внешней 2 и внутренней стенками образован тепловой зазор 4. Корпус имеет фланцы 5 и 6 торцевых крышек 7 и 8 с фланцами 9 и 10. На крышке 7 закреплен входной патрубок 11 с фланцами 12, а на крышке 8 - выходной патрубок 13 с фланцами 14. Блоки 3 образуют с торцевыми крышками 7 и 8 полость реактора. В реакторе на бонках 15 и 16, являющихся продолжением патрубков 11 и 13, и бонках 17 и 18 на поперечной перегородке 19 установлены соосные пористые металлокерамический сажевый блок 20 и пористый металлокерамический восстановительный каталитический блок 21. Блоки 3 размещены концентрично блокам 20 и 21 на выступах 22 в поперечной перегородке 19 и выступах 23 на внешней стенке 2. Полость реактора разделена стенками блоков 3, 20, 21 на отдельные полости: полость входа 24, промежуточные полости 25 и 26, полость выхода 27. Полости 25 и 26 образованы между соосными блоками 3 и концентричными им блоками 20, 21. В реакторе между окислительно-восстановительными блоками 3, сажевым блоком 20 и восстановительным блоком 21 встроен конвективный теплообменник 28, выполненный в виде змеевика с входным 29 и выходным 30 штуцерами, заглушенными входной 31 и выходной 32 пробками. Внутренняя полость теплообменника 2 заполнена теплоаккумулирующим веществом. В качестве теплоаккумулирующего вещества можно использовать гидроокись лития LiOH.
Предлагаемый каталитический нейтрализатор со стабилизацией температуры отработавших газов двигателя внутреннего сгорания работает следующим образом.
Отработавшие газы от двигателя внутреннего сгорания входят в реактор нейтрализатора по патрубку 11, попадают в полость входа 24, проходят через сажевый блок 20, приобретая при этом турбулентное движение, что приводит к активации процессов окисления продуктов неполного сгорания на блоках 3. При дальнейшем движении газы продолжают турбулентное движение и попадают в полость 26, проходят через стенку восстановительного блока 21, попадают в полость выхода 27 и удаляются из нейтрализатора очищенными через патрубок 13. При движении горячих газов вдоль теплообменника 28 и между его витками происходит аккумуляция тепла. При снижении температуры газов происходит отдача тепла и стабилизация температуры.
По сравнению с каталитическим нейтрализатором с утилизацией тепла отработавших газов двигателя внутреннего сгорания, выбранным в качестве прототипа, предложенное изобретение обеспечивает повышение эффективности очистки газов на 35-40% путем утилизации тепла отработавших газов аккумуляцией его в теплообменнике и стабилизации температуры газа. При этом высокая эффективность очистки газов от продуктов неполного сгорания и оксидов азота в диапазоне температур 350-450° обусловлена аккумуляцией тепла теплоаккумулирующим веществом при работе двигателя на режимах нагрузки свыше 50% и стабилизацией температуры при работе на режимах нагрузок менее 50% от номинальной нагрузки