КАТАЛИТИЧЕСКИЙ НЕЙТРАЛИЗАТОР

Предложение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению, и может быть использовано для повышения эффективности очистки отработавших газов ДВС получения дополнительной мощности.
Известны каталитические нейтрализаторы для очистки отработавших газов ДВС.
Известен каталитический нейтрализатор. Каталитический нейтрализатор для дизеля (свидетельство на полезную модель RU 12840 U1 7 F01N 3/28. Опуб. 10.02.2000), содержащий корпус с конусными восстановительным (низкотемпературным) и окислительным (высокотемпературным) каталитическими элементами, расположенными последовательно друг за другом с образованием полостей, трубой подвода в центральной части корпуса, причем в зоне полости, образованной высокотемпературным каталитическим элементом и трубой установлен тепловой аккумулятор.
Недостатками этого каталитического нейтрализатора являются:
1. Территориальная удаленность теплового аккумулятора от каталитических элементов, что снижает эффективность их работы на режимах малых нагрузок и холостого хода ДВС.
2. Необходимость длительного прогрева каталитических элементов до начала их эффективной работы после пуска двигателя.
3. Относительно невысокая эффективность процессов каталитической нейтрализации вредных веществ, обусловленная ограниченным количеством окислителя в зоне протекания химических реакции
4. Высокая температура уходящих из нейтрализатора газов, и, соответственно, значительные потери энергии с ними.
Известен также каталитический нейтрализатор. Каталитический нейтрализатор (патент на полезную модель RU 56480 U1 7 F01N 3/28. Опуб. 10.09.2006), содержащий корпус с наружной теплоизоляцией, входным и выходным патрубками, входным и выходным клапанами с пружинами. Внутренняя полость корпуса разделена на три зоны - фильтрационную, окислительную и восстановительную. В фильтрационной зоне размещены два кольцевых сажевых пористых керамических элемента, расположенные между тремя кольцевыми элементами с теплоаккумулирующим веществом. В окислительной зоне размещены два кольцевых каталитических элемента окислительного типа, расположенные между тремя кольцевыми элементами с теплоаккумулирующим веществом. В восстановительной зоне размещены два кольцевых элемента восстановительного типа, расположенные между тремя кольцевыми элементами с теплоаккумулирующим веществом.
Недостатками этого каталитического нейтрализатора являются:
1. Относительно невысокая эффективность процессов каталитической нейтрализации вредных веществ, обусловленная ограниченным количеством окислителя в зоне протекания химических реакций
2. Высокая температура уходящих из нейтрализатора газов, и, соответственно, значительные потери энергии с ними.
Данная конструкции двигателя является наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности и принята за прототип.
Задачей предложения является повышение эффективности работы каталитического нейтрализатора за счет подачи дополнительного воздуха, интенсифицирующего каталитические процессы, а также получение дополнительной мощности с помощью утилизатора теплоты уходящих газов.
Решение поставленной задачи достигается тем, что на выходе уходящих газов из каталитического нейтрализатора устанавливается утилизационная стирлинг-электрическая установка, вырабатывающая электроэнергию за счет теплоты уходящих газов. Часть этой энергии расходуется на привод нагнетателя, подающего воздух во внутреннюю полость каталитического нейтрализатора, а другая - для питания потребителей электроэнергии на транспортном средстве.
Анализ предлагаемого решения и известных позволяет сделать вывод о его соответствии условиям патентоспособности полезной модели.
Предложение поясняется рисунком (фиг.1), где изображено принципиальное устройство каталитического нейтрализатора с утилизацией теплоты уходящих газов.
Предлагаемый каталитический нейтрализатор с утилизацией теплоты уходящих газов содержит корпус 1 с теплоизоляционным материалом 2, входным 3 и выходным 4 патрубками. Внутренняя полость корпуса разделена на три зоны: фильтрационную 5, окислительную 6 и восстановительную 7. В фильтрационной зоне размещены два кольцевых сажевых пористых керамических элемента 8, расположенные между тремя кольцевыми элементами 9, 10, 11 с теплоаккумулирующим веществом. В окислительной зоне размещены два кольцевых каталитических элемента окислительного типа 12, расположенные между тремя кольцевыми элементами 13, 14, 15 с теплоаккумулирующим веществом. В восстановительной зоне размещены два кольцевых элемента восстановительного типа 16, расположенные между тремя кольцевыми элементами 17, 18, 19 с теплоаккумулирующим веществом. На выходе из восстановительной зоны размещена нагревательная головка утилизационной стирлинг-электрической установки 20. Утилизационная стирлинг-электрическая установка 20 электрическим проводом 21 соединена с нагнетателем воздуха 22, сообщающимся воздухопроводом 23 с входным патрубком 3.
Предлагаемый каталитический нейтрализатор с утилизацией теплоты уходящих газов работает следующим образом. Отработавшие газы ДВС через впускной патрубок 3 попадают в фильтрационную зону 5 и проходят через пористые керамические элементы 8. При этом газы очищаются от твердых частиц и нагревают кольцевые элементы 9, 10, 11 с теплоаккумулирующим веществом. Далее отработавшие газы переходят в окислительную зону 6 и проходят через каталитические элемента окислительного типа 12. Здесь происходит доокисление оксида углерода и не сгоревших в цилиндре двигателя углеводородов. При этом температура газов повышается, и они нагревают кольцевые элементы 13, 14, 15 с теплоаккумулирующим веществом. Затем отработавшие газы попадают в восстановительную зону 7 и проходят через каталитические элементы восстановительного типа 16. Здесь происходит восстановление оксидов азота. При этом осуществляется нагрев кольцевых элементов 17, 18, 19 с теплоаккумулирующим веществом. В результате химических реакций, протекающих внутри каталитического нейтрализатора температура отработавших газов повышается и поддерживается высокой независимо от режима работы двигателя внутреннего сгорания благодаря теплоаккумулирующему веществу кольцевых элементов 9, 10, 11, 13, 14, 15, 17, 18 и 19. Уходящие и нейтрализатора горячие газы омывают нагревательную головку стирлинг-электрической установки 20, приводя ее в действие. Вырабатываемая в стирлинг-электрической установке 20 электроэнергия частично по электрическому проводу 21 поступает к нагнетателю воздуха 22 и приводит его в действие. Из нагнетателя 22 воздух по воздухопроводу поступает во впускной патрубок 3 и смешивается с отработавшими газами.
Не использованная в нагнетателе воздуха 22 электроэнергия поступает к потребителю.
По сравнению с прототипом в предлагаемом каталитическом нейтрализаторе с утилизацией теплоты уходящих газов повышается эффективность процессов каталитической нейтрализации вредных веществ в связи с наличием дополнительного количества окислителя в зоне протекания химических реакций (суммарный индекс концентрации вредных веществ по расчетам снижается на 4,2%), а также утилизируется теплота уходящих из нейтрализатора газов. Последнее позволяет обеспечивать поступление в каталитический нейтрализатор дополнительного воздуха за счет утилизируемой теплоты уходящих газов и приводить в действие необходимые потребителю устройства и приборы (что снижает удельный эффективный расход топлива двигателем внутреннего сгорания на 1,1%).