НЕЙТРАЛИЗАТОР ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ

Полезная модель относится к средствам нейтрализации токсичных составляющих выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания, например, дизельных.
Известен нейтрализатор отработавших газов, который содержит корпус с впускным и выпускным патрубками, два катализатора на сотовой основе, дожигатель отработавших газов, рабочие полости обоих катализаторов сообщены между собой кольцевым каналом, выполненным с возможностью поворота потока на 180° в месте размещения дожигателя [А.С. СССР №1746000, МПК F01N 3/10, опубл. 07.07.1992., БИ №25, авторы Ивлиев А.В. и др. «Нейтрализатор отработавших газов»].
Недостатком нейтрализатора отработавших газов является низкое качество очистки выхлопных газов от продуктов неполного сгорания топлива.
Известен нейтрализатор отработавших газов, содержащий корпус, впускной и выпускной патрубки, завихритель, дожигатель и катализатор на сотовом носителе, размещенный в корпусе, причем нейтрализатор содержит носитель активного вещества, который выполнен в виде цилиндра с отверстиями малого диаметра в верхней части, с установленным внутри него нагревательным элементом и съемной пробкой, а дожигатель имеет две ступени, каждая из которых представляет собой электрический нагреватель, выполненный в виде сетки, но с разной величиной ячеек и закрепленный в корпусе нейтрализатора [Патент РФ №2175391, МПК F01N 3/02, опубл. 27.10.01., БИ №30, авторы Гордиевский В.Н. и др. «Нейтрализатор отработавших газов»].
Недостатком нейтрализатора отработавших газов является низкое качество очистки выхлопных газов от продуктов неполного сгорания топлива.
Данное техническое решение выбрано авторами в качестве прототипа.
Техническим результатом является повышение качества очистки выхлопных газов от продуктов неполного сгорания топлива.
Технический результат достигается тем, что в нейтрализаторе отработавших газов, состоящем из корпуса с крышкой и бункером с отбойником и выходным патрубком, входного и выходного патрубков, нагревательного элемента ко внутренней стенке цилиндрического корпуса закреплен цилиндрический изолятор, к которому закреплен нагревательный элемент в форме цилиндрической металлической сетки, по вертикальной оси корпуса размещена лампа ультрафиолетового излучения, которая выполнена в форме полого цилиндра в виде осевого выходного патрубка и закреплена в крышке корпуса, внутри лампы размещен нагревательный элемент из металлической сетки в форме конуса, который своей вершиной закреплен к вершине отбойника, а основанием через кольцевой изолятор закреплен к цоколю лампы. Нагревательный элемент из металлической сетки в форме конуса выполнен или покрыт чистым диоксидом титана с кристаллической структурой анатаза или диоксидом титана, содержащем один или несколько переходных металлов (платина, палладий), либо выполнен из проводящей ток керамики.
Выполнение нагревательного элемента в форме цилиндрической металлической сетки и его размещение вплотную к стенке корпуса через изолятор обеспечит эффективное дожигание продуктов неполного сгорания топлива за счет действия на газовый поток центробежных сил, которые отбрасывают дисперсные и аэрозольные составляющие выхлопных газов на нагревательный элемент.
Расположение нагревательных элементов вдоль корпуса по всей его длине обеспечивает дожигание продуктов неполного сгорания топлива по всей длине корпуса.
Размещение в корпусе нейтрализатора лампы ультрафиолетового излучения с длиной волны более 0,25 мкм позволит проводить процесс фотокаталитической нейтрализации выхлопных газов, а выполнение лампы в форме полого цилиндра, закрепление ее в крышке нейтрализатора и размещение в ее полой части нагреватьного элемента в форме конуса создает вторую ступень очистки выхлопных газов, в которой дожигаются продукты неполного сгорания топлива не доокисленные в первой ступни.
Выполнение нагревательного элемента из металлической или сетки в форме конуса изготовленного или покрытого с внутренней стороны чистым диоксидом титана с кристаллической структурой анатаза или диоксидом титана, содержащий один или несколько переходных металлов (платина, палладий) ускорит процесс фотокаталитической нейтрализации токсичных составляющих выхлопных газов.
Выполнение нагревательного элемента в форме конуса из токопроводящей керамики позволяет нагреть конусную сетку до температуры порядка 1200°С, что позволит нейтрализовать токсичные соединения устойчивые при температуре до 600°С.
Выполнение нагревательного элемента в форме конуса позволит перекрыть выход газового потока по всей высоте лампы, в результате чего газовый поток пройдет через нагревательный элемент, контактируя с ячейками сетки нагревательногоэлемента.
На фиг.1 представлен нейтрализатор отработавших газов, на фиг.2 - разрез А-А фиг.1.
Нейтрализатор отработавших газов состоит из корпуса 1, крышки 2 с тангенциальным входным патрубком 3 и улиточным завихрителем 4, лампы ультрафиолетового излучения 5 в форме полого цилиндра с длиной волны более 0,25 мкм, которая установлена по оси корпуса и закреплена в его крышке, конусообразной формы бункера 6 с отбойником 7 на ножках и патрубком выхода сажи 8, нагревательного элемента в форме цилиндрической металлической сетки 9, который закреплен через цилиндрический изолятор 10 к стенки корпуса нейтрализатора и нагревательного элемента в форме конусной сетки 11, который установлен внутри лампы по ее оси и закреплен своей вершиной к вершине отбойника и основанием через кольцевой изолятор 12 к цоколю лампы.
Нейтрализатор отработанных газов работает следующим образом.
Выхлопные газы поступают в нейтрализатор через входной тангенциально рассположенный патрубок 3, который установлен на входе в улиточный завихритель 4 крышки 2. Выйдя из улиточного завихрителя, газовый поток закручивается в спираль и движется далее по нисходящей винтовой линии вдоль нагревательного элемента 9.
Нагревательный элемент 9 выполнен цилиндрической формы из металлической сетки, установлен внутри корпуса 1 и закреплен к корпусу нейтрализатора через цилиндрический изолятор 10, который предотвращает нагрев стенки корпуса нейтрализатора. Нагревательные элементы 9 и 11 подключены к источнику постоянного напряжения 24 В. От источника питания металлическая сетка нагревается до температуры порядка 600°С.
При движении выхлопных газов по нисходящей винтовой линии вдоль нагревательного элемента 9 под действием центробежной силы происходит отброс продуктов неполного сгорания топлива, сажи и аэрозольных составляющих выхлопных газов на стенку корпуса нейтрализатора.
По мере продвижения выхлопных газов вдоль нагревательного элемента 9 продукты неполного сгорания топлива нагреваются до температуры самовоспламенения и выгорают до сажи.
Достигнув стенок корпуса 1, сажа и аэрозольные составляющие теряют свою кинетическую энергию и падают в бункер 6.
2
2
2
2
2
Выхлопные газы при выходе из улиточного завихрителя 4 попадают под воздействие мягкого ультрафиолетового излучения с длиной волны более 0,25 мкм, которое создает лампа ультрафиолетового излучения 5 установленная по оси корпуса нейтрализатора и закрепленная цоколем в крышке 2 корпуса. Воздействие ультрафиолетового излучения на выхлопные газы приводит к атомизации молекул выхлопных газов и последующей рекомбинация атомов экологически опасных составляющих выхлопных газов, в результате чего образуются наиболее устойчивые молекулы: N, CO, PbO, НО, NO, NO.
Лампа ультрафиолетового излучения 5 выполнена цилиндрической и полой внутри и выполняет функцию выходного патрубка. Очищенный от продуктов неполного сгорания выхлопной газ выводится из устройства через пространство внутри лампы ультрафиолетового излучения.
Для предотвращения вторичного сажеуноса на пути выхода сажи из бункера 6 установлен с зазором к бункеру на ножках отбойник 7, который выполнен конусообразным. Мелкодисперсные частицы сажи, не попавшие в бункер 6, ударившись о конусообразную поверхность отбойника 7, теряют свою кинетическую энергию на поверхности отбойника и скатываются по его поверхности вниз, откуда далее направляются к патрубку выхода сажи 8.
Зазор между лампой 5 и отбойником 7 выбирается из учета свободного прохождения газового потока в полость внутри лампы 5.
Внутри лампы 5 установлен нагревательный элемент 11, который выполнен в форме конуса и закреплен своим основанием к цоколю лампы через кольцевой изолятор 12, а своей вершиной закреплен к вершине отбойника 7, который выполнен из изоляционного материала.
Для ускорения процесса рекомбинации атомов экологически опасных соединений нагревательный элемент 11 в форме конуса выполняют или покрывают чистым диоксидом титана с кристаллической структурой анатаза или диоксидом титана, содержащий один или несколько переходных металлов (платина, палладий).
Нагревательный элемент 11 в форме конуса можно выполнить из токопроводящей керамики и нагреть до температуры порядка 1200°С. В этом случае процесс термического окисления и фотоокисления токсичных составляющих выхлопных газов будет более эффективен, так как при более высокой температуре более устойчивые соединения будут подвергаться процессу атомизации с последующей их рекомбинацией в устойчивые нетоксичные соединения.
Недоокисленные составляющие выхлопных газов, проходя внутри лампы 5 доокисляются на нагревательном элементе под воздействием ультрафиолетового излучения и выводятся в виде устойчивых безопасных соединений из нейтрализатора.
Предлагаемое устройство позволяет повысить качество очистки выхлопного газа от продуктов неполного сгорания топлива в 2-2,5 раза, в частности таких как, оксид углерода (не менее 85%), несгоревших углеводородов (не менее 90%), сажи (не менее 95%) и нейтрализовать токсичные составляющие выхлопных газов.