КАТАЛИТИЧЕСКИЙ НЕЙТРАЛИЗАТОР ОТРАБОТАННЫХ ГАЗОВ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
CATALYTIC NEUTRALISER OF ICE EXHAUST GASES

Изобретение относится к каталитическим нейтрализаторам внутреннего сгорания, а более конкретно к устройству для очистки выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания (ДВС) от экологически опасных составляющих.
Известен каталитический нейтрализатор отработанных газов двигателя внутреннего сгорания, содержащий корпус с впускным и выпускным патрубками и катализатор, размещенный в корпусе и выполненный из благородного металла, нанесенного на грунтовочное покрытие из оксида алюминия, нанесенное на подложку, которая выполнена из жаропрочного открытоячеистого высокопористого материала, причем в качества жаропрочного открытоячеистого высокопористого материала использован кордиерит, или нихром, или никелид алюминия, или нержавеющая сталь, с пористостью 85-95% [Патент РФ №2029107, МПК F01N 3/00, опубл. 20.02.1995, авторы Анциферов В.Н., Белова М.Ю., Дробаха Е.А., Сапрыкина О.Ф., Макаров A.M., Исаева Е.Г. «Каталитический нейтрализатор отработавших газов двигателя внутреннего сгорания»].
Недостатками каталитического нейтрализатора являются низкая степень очистки пылегазового потока, высокая стоимость используемых каталитических материалов, а также сложность изготовления нейтрализатора.
Известен каталитический нейтрализатор, который содержит корпус с впускным и выпускным патрубками, в корпусе вдоль поверхности размещены спрессованные пористые таблетки катализатора, которые удерживаются вдоль стенок корпуса кольцевой сетчатой перегородкой из цветного металла, керамики или стекловолокна, в нижней части впускного патрубка закреплен завихритель газа, который под действием центробежных сил отбрасывает тяжелые частицы углеводородов на поверхность таблеток катализатора, а в верхней части корпуса, примыкающей к выпускному патрубку, находится днище с выходными окнами и перегородками для отвода очищаемого газа [Патент РФ №2131980, МПК F01N 3/28, опубл. 20.06.1999, БИ №17(2), авторы Цывелев В.Н., Лисицына О.Г., Воропанова Л.А. «Каталитический нейтрализатор отработанных газов двигателя внутреннего сгорания»].
Недостатком каталитического нейтрализатора является низкая степень очистки пылегазового потока за счет быстрой потери центробежной силы пылегазового потока, в результате чего основная часть отработанных газов проходит в осевой зоне корпуса нейтрализатора без контакта с катализатором.
Данное техническое решение выбрано авторами в качестве прототипа.
Техническим результатом является повышение эффективности очистки отработанных газов за счет повышения времени и площади контакта очищаемого газа с катализатором, а также создания направленного потока газа при помощи электрического поля.
Технический результат достигается тем, что в каталитическом нейтрализаторе отработанных газов двигателя внутреннего сгорания, состоящем из корпуса с впускным патрубком, в котором установлен завихритель газа, и выпускным патрубком с днищем и окнами, и размещенного в корпусе катализатора, корпус выполнен составным: из верхней, средней и нижней частей, нижняя часть корпуса выполнена цилиндрической формы, в которой установлена перфорированная вставка в форме полого усеченного конуса, вставка жестко закреплена большим основанием к верху нижней части корпуса, а меньшим основанием - к впускному патрубку, в средней части корпуса сверху и снизу установлены изоляторы, через которые закреплены горизонтальные перегородки, в перегородках, отступая от стенки корпуса на равном расстоянии друг от друга по окружности и не менее чем в два ряда, выполнены соосные отверстия, к каждому отверстию верхней перегородки через изоляционные пластины и соответственно к отверстию нижней перегородки жестко закреплена с натягом сетка с коронирующими иглами, образуя соосно корпусу ряды цилиндров, в которых по их высоте размещен катализатор с зазором к верхней и нижней перегородкам, и по оси размещен осадительный электрод в форме металлического штыря, который жестко закреплен к верхней горизонтальной перегородке, причем верхняя часть корпуса выполнена в форме усеченного конуса, основание которого жестко соединено со средней частью корпуса, которая по всей ее высоте охвачена магнитной обмоткой.
Повышение качества очистки выхлопных газов достигается увеличением времени и площади контакта пылегазового потока с катализатором, создания направленного потока газа, что достигается постановкой коронирующих и осадительных электродов, электрическое поле которых направляет отрицательно заряженные частицы на осадительный электрод через катализатор, что способствует более полному контакту пылегазового потока с катализатором.
На фиг.1 показан каталитический нейтрализатор отработанных газов двигателя внутреннего сгорания, общий вид в разрезе, на фиг.2 изображен разрез А-А фиг.1.
Каталитический нейтрализатор отработанных газов двигателя внутреннего сгорания состоит из верхней части корпуса 1, средней части корпуса 2, нижней части корпуса 3, полой вставки 4, впускного патрубка 5, выпускного патрубка 6, катализатора 7, осадительных электродов 8, сетки 9 с коронирующими иглами 10, магнитной обмотки 11, завихрителя 12, днища выпускного патрубка 13, перегородок 14, выходных окон 15, верхней горизонтальной перегородки 16 и нижней горизонтальной перегородки 17, изоляторов 18, изоляционных пластин 19.
Каталитический нейтрализатор отработанных газов внутреннего сгорания работает следующим образом.
Выхлопные газы ДВС поступают в нижнюю часть корпуса 3 через впускной патрубок 5, откуда направляются в винтовой канал, образованный завихрителем газа 12, который установлен во впускном патрубке 5. Далее выхлопные газы разворачиваются в спираль и ударяются за счет центробежных сил о стенки полой вставки 4, которая установлена в нижней части корпуса 3.
Полая вставка 4 выполнена перфорированной в форме пустотелого усеченного конуса и жестко закреплена большим основанием к верху нижней части корпуса 3, а меньшим основанием к впускному патрубку 5. Стенки полой вставки и стенки нижней части корпуса образуют бункер.
Проходя через отверстия в стенках полой вставки 4, крупные частицы сажи ударяются о стенки бункера и задерживаются в нем. По мере заполнения бункера сажа удаляется при помощи выпускного устройства.
Верхняя 1, средняя 2 и нижняя 3 части корпуса нейтрализатора разделены между собой верхней 16 и нижней 17 горизонтальными перегородками, в которых, отступая от стенки корпуса нейтрализатора, выполнены соосные отверстия. Эти отверстия на верхней и нижней перегородках расположены на равном расстоянии друг от друга по окружности и не менее чем в два ряда. Горизонтальные перегородки жестко закреплены через изоляторы 18 к стенке средней части корпуса.
К каждому отверстию верхней перегородки через изоляционные пластины 19 и соответственно отверстию нижней перегородки жестко закреплена с натягом сетка 9 с радиальными коронирующими иглами 10. Сетка 9 образует соосно корпусу нейтрализатора ряды цилиндров с коронирующими иглами 10. В этих рядах цилиндров размещен пористый катализатор 7 с зазором к верхней и нижней перегородке, а по оси размещен осадительный электрод 8, который выполнен в форме металлического штыря. Все осадительные электроды жестко закреплены к верхней горизонтальной перегородке, которая является катодом.
Зазор между коронирующими и осадительными электродами выбирается достаточным для размещения в нем необходимого количества катализатора, способного нейтрализовать весь газ, поданный в каталитический нейтрализатор.
Очищенный от крупных дисперсных частиц отработанный газ проходит через отверстия в нижней перегородке и попадает в межэлектродное пространство средней части корпуса.
При прохождении газа со взвешенными дисперсными частицами в межэлектродном пространстве дисперсные частицы приобретают отрицательный заряд и под воздействием электрического поля перемещаются к положительно заряженным осадительным электродам. Дисперсные частицы приобретают отрицательный заряд при помощи коронирующих игл, с которых происходит сход электронов в сторону осадительного электрода.
Так как осадительные электроды находятся внутри катализатора, то отработанный газ, направляясь к осадительным электродам, нейтрализуется на перфорированном катализаторе, в котором задерживаются все дисперсные частицы.
Вокруг средней части корпуса по всей ее высоте намотана магнитная обмотка 11. При подачи напряжения на магнитную обмотку в средней части корпуса образуется магнитное поле, которое позволяет усилить и ускорить процесс схода электронов с коронирующих игл в сторону осадительного электрода.
Очистившись от всех токсичных примесей, отработанный газ выходит из средней в верхнюю часть корпуса через отверстия, выполненные в верхней горизонтальной перегородке.
После чего газ ударяется о днище 13 выпускного патрубка 6, выполняющего роль отбойника и обтекателя, а затем выходит через выходные окна 15 в выпускной патрубок 6.
При этом днище 13 крепится к выпускному патрубку 6 двумя перегородками 14.
Необходимая температура процесса обезвреживания выхлопных газов обеспечивается расположением каталитического нейтрализатора относительно ДВС, температурой выхлопного газа, за счет протекания химических реакций на поверхности катализатора.
Движение газа по спирали обеспечивает наличие центробежных сил, которые на первой ступени очистки отбрасывают дисперсные частицы, находящиеся в газе к стенкам полой вставки.
Давление, при котором прессуются таблетки катализатора, подобрано таким образом, что сохраняется большая пористость материала и соответственно способность к адсорбции веществ при одновременной прочности таблеток.
В качестве материала прессованных пористых таблеток можно использовать оксид алюминия, бентонитовую глину, отходы цветной металлургии и другие.