Каталитический нейтрализатор

Каталитический нейтрализатор относится к устройствам, предназначенным для снижения токсических выбросов от теплоэнергетических установок, и может быть использован в двигателестроении, энергомашиностроении, в проектировании двигателей внутреннего сгорания (ДВС) транспортных средств.
Известны устройства для снижения токсических выбросов с использованием катализаторов. Например устройство по патенту полезной модели №118689(бюл.№21 от 27.07.2012) для поддержания необходимой температуры газа в каталитическом нейтрализаторе содержит камеру термического дожигания перед нейтрализатором. В камере дожигания обеспечивается подвод воздуха эжектором, с регулятором расхода, причем, температура в камере дожигания не регулируется, и будет зависеть от качества сгорания и доли оставшихся недогоревших углеводородных компонентов топлива.
Известно устройство по патенту №2727122(опубл. Бюл№15, от 20.07.2020) «каталитический нейтрализатор отработанных газов», в котором перед входом в катализатор установлена вихревая трубка с улиткой и обратным клапаном. В этом устройстве в вихревой камере происходит разделение потока на энергетически два потока: горячий и холодный слои газа. Данное устройство принято нами за прототип. Недостатки прототипа следующие: 1. Предложенное использование вихревого эффекта Ранке-Хилша с закручиванием в улитке отработанного газа после ДВС, является малоэффективным для снижения токсичности выбросов ДВС, т.к. только часть отработанного газа, являющаяся «горячим» внешним слоем, попадает в катализатор 2(см. фиг.1). Внутренний жгут газа, который передает тепло к внешнему слою, движется в обратном направлении и не очищенный, вместе с токсичными компонентами выбрасывается в атмосферу.
Другой недостаток прототипа состоит в том, что вихревой эффект Ранке-Хилша трудно прогнозировать по температуре на выходе, т.к. она зависит от расхода газа, степени его закрутки. Чем больше степень закрутки, тем больше градиент температур, но при этом возрастают гидродинамические потери давления на трение и к.п.д. работы двигателя снижается.
Техническое решение заявленного устройства направлено на устранение отмеченных недостатков и повышения качества очистки. Предложен каталитический нейтрализатор, состоящий из корпуса с каталитическими элементами, входным и выходными патрубками, устройство предварительного нагрева воздушного потока, в котором камера предварительного нагрева выполнена в виде набора коаксиальных кольцевых пластин, установленных вдоль корпуса камеры нагрева с электропитанием от постороннего источника, перед камерой предварительного нагрева имеется фильтр, а перед фильтром находится диффузор. Перед диффузором расположен лопастной завихритель, а на выходе из камеры предварительного нагрева установлены датчики температур, связанные с прибором контроля и регулятором напряжения электропитания. Камера предварительного нагрева снаружи имеет теплоизоляционный слой, а обойма с фильтром выполнена быстросъемной конструкции.
Предложенный каталитический нейтрализатор представлен на фиг. 1,2,3,4.
Фиг.1-общий вид устройства.
Фиг.2-расположение нагревательных кольцевых пластин и датчиков температуры.
Фиг.3-схема быстросъемной конструкции фильтра.
Фиг.4-блок-схема управления температурой.
Здесь: 1-патрубок подвода;2-корпус завихрителя;3-лопастной завихритель,4-обтекатель,5- узлы вращения,6-диффузор,7-корпус фильтра,8-сменная обойма,9-теплоизолятор,10-корпус камеры предварительного нагрева,11-нагревательные пластины,12-решетки крепления,13-каталитический реактор,14-патрубок отвода,15-датчики температур,16-прибор контроля,17 регулятор температуры,18- источник питания.
Предлагаемое устройство представляет собой каталитический реактор 13, перед которым установлена камера предварительного нагрева, состоящая из корпуса камеры 10, покрытая снаружи теплоизолирующим слоем 9.Внутри корпуса камеры 10 расположены нагревательные пластины 11 в виде нагревательные коаксиальных пластин, закрепленных в решетках крепления 12. Перед камерой 10 установлен корпус фильтра 7 со сменной обоймой с фильтровальным материалом 8. К корпусу фильтра крепится диффузор 6. Перед диффузором 6 установлен корпус завихрителя 2, внутри которого лопастной завихритель 3 с обтекателем 4, который вращается в узлах вращения 5. На решетках крепления пластин 11 примыкающих к реактору 13, установлены датчики температур 15, связанные электрической связью с прибором контроля 16, регулятором температуры 17 и источником питания 18. Устройство содержит патрубок подвода исходного воздуха 1 и патрубок отвода очищенного воздуха 14.
Устройство работает следующим образом. Отработавшие газы после ДВС поступают в патрубок подвода 1 и попадая в корпус завихрителя 2 начинают вращать лопастной завихритель 3 в узлах вращения 5. Вращение потока воздуха способствует его равномерному распределению в диффузоре 6. Скорость потока в диффузоре 6 снижается и воздух равномерно профильтровывается через фильтровальную среду в обойме 8, где задерживаются взвешенные загрязняющие вещества. Далее очищенный от аэрозолей воздух поступает в корпус камеры предварительного нагрева 10, где проходит между кольцевыми нагревательными пластинами 11. Пластины 11 нагреваются от источника питания 18. Проходя между пластинами 11 воздух, содержащий оксиды углерода, оксиды азота, недогоревшие углеводороды, приобретает температуру необходимую для каталитического окисления(320°С-370°С), поступает в каталитический реактор 13 и выводится через патрубок 14 очищенные от токсичных компонентов. Наличие теплоизоляционного покрытия 9 обеспечивает поддержание необходимой температуры внутри корпуса камеры предварительного нагрева 10. Необходимая для каталитических реакций температура контролируется датчиками 15, закрепленными на решетках крепления 12. Замеренная датчиками 15 температура фиксируется прибором контроля 16 и полученные значения поступают в блок сравнения регулятора температуры 17. При значении показаний датчиков t°< Δt°, где Δt°-диапазон заданных температур, регулятор увеличивает напряжение источника питания и пластины начинают больше подогревать протекающий воздух. При значении показаний датчиков t°>Δt°, регулятор уменьшает напряжение источника питания 18 и пластины снижают температуру подогрева протекающего воздуха. Таким образом, обеспечивается необходимая температура воздуха, поступающая в каталитический реактор 13.В случае изменения вида топливо и типа двигателя (карбюраторный или дизельный двигатель) диапазон необходимых температур Δt° может измениться и в этом случае можно регулятор 16 перенастроить на другой диапазон. После определенного цикла работы двигателя фильтроэлемент в сменной обойме 8, может исчерпать свои фильтрующие характеристики. Возникает необходимость смены фильтроэлемента вместе с обоймой 8. Это осуществляется освобождением фильтра 7 от крепежных элементов, поворота его в сторону, заменой старой обоймы на новую и закреплении фильтра 7 в исходном положении.
Таким образом, использование предложенного устройства позволяет повысить качества очищаемого воздуха от токсичных выбросов.