УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ
EXHAUST GAS PURIFICATION DEVICE

Изобретение относится к устройствам, снабженным средствами очистки и обезвреживания выхлопных газов преимущественно ДВС или других отработанных газов, образовавшихся в результате деятельности промышленных предприятий.
Известно, что наибольшая доля загрязнений воздушного бассейна вредными для здоровья примесями приходится на автотранспорт. Наиболее результативным решением этой проблемы является очистка выбрасываемых в атмосферу выхлопных газов. Сложность ее решения заключается в том, что выхлопные газы двигателей внутреннего сгорания (ДВС) имеют многофракционный состав, и поэтому их простая фильтрация решить проблему не может.
Известно множество различных устройств для очистки и/или обезвреживания выхлопных газов.
К числу наиболее эффективных можно отнести ряд изобретений автора Н.Л.Егина, см., например, авт. свид. СССР №№1188343, 1763685, 1814694, Кл. F01N 3/08; патент РФ №2059845, МПК F02B 43/10 и др. При сходных принципах работы указанных устройств различия между ними заключаются в наличии или отсутствии некоторых конструктивных элементов (различные жалюзи, термостаты, управляющие клапаны, стабилизаторы и т.д.), позволяющих получить какой-либо новый или дополнительный технический результат.
По совокупности сходных существенных признаков за прототип заявленного технического решения может быть выбран фильтр «Фактор» для очистки выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания, описанный в журнале «Изобретатель и рационализатор» №7, 2006.
Известный фильтр представляет собой жаропрочный корпус с патрубками соответственно для входящих и выходящих выхлопных газов ДВС. В корпусе против входного патрубка установлен полый конический рассекатель, внутрь которого подается вода из соответствующей емкости. Снаружи рассекатель покрыт хромоникелевой сеткой, предназначенной для каталитической очистки газа, электрически подключенной к внешнему источнику питания. Под действием выхлопных газов, обтекающих рассекатель, в нем образуется пар, который вместе с газами попадает в соосно смонтированную за рассекателем перфорированную трубу-парогазогенератор (название условное), имеющую закрепленные на наружном диаметре (поверх перфорации) неподвижные лопатки, завихряющие поток выхлопных газов, перемешивая их с паром, выходящим из перфорированной трубы. Далее парогазовая смесь попадает в адсорбционный фильтр, окружающий парогазогенератор, пройдя через который, выбрасывается через выходной патрубок в атмосферу.
Известный фильтр имеет ряд недостатков, касающихся, с одной стороны, качества очистки выхлопных газов и, с другой стороны, конструктивной сложности, вызывающей неудобства при ремонте и эксплуатационном обслуживании. Например, трудно признать удачным объединение в одну конструкцию (единый блок внутри общего корпуса) таких функционально различных элементов, как турбулизатор, парогазогенератор и адсорбционный фильтр, или рассекатель и электрически управляемый каталитический фильтр и т.д.
Перед заявленным устройством была поставлена задача устранить указанные недостатки.
Поставленная задача решается тем, что устройство для очистки выхлопных газов ДВС, содержащее смонтированные в общем корпусе турбулизатор, рассекатель газового потока и цилиндрический адсорбционный фильтр, дополнительно содержит дожигатель, установленный соосно перед рассекателем, выполненный в виде камеры прямоугольного сечения, беззазорно перекрытой набором закрепленных под углом друг к другу плоских отрезков хромоникелевой сетки с возможностью независимого подключения каждого из отрезков к источнику электропитания, а адсорбционный фильтр выполнен в виде группы установленных за парогазогенератором и отстоящих друг от друга коаксиальных цилиндров из углеволокнистого сорбента, промежутки между которыми заполнены сепарационным наполнителем.
Технический результат заявленного устройства по отношению к прототипу заключается в исключении перетечек фильтруемых газов между входным и выходным патрубками и в изменении характера турбулизации парогазовых потоков, что позволяет использовать при очистке центробежные силы, а также в возможности направленного изменения температурных режимов, что изменяет фракционный состав очищаемых газов, упрощая их очистку (опасный угарный газ преобразуется в нейтральный углекислый, а окислы азота восстанавливаются до атомарного азота).
На чертеже схематически представлено заявленное устройство, вид сбоку в разрезе.
Устройство содержит корпус 1, имеющий входной 2 и выходной 3 патрубки. В корпусе против патрубка 2 смонтирован турбулизатор 4, представляющий собой предпочтительно круглую камеру с внутренними неподвижными винтовыми лопатками 5. За турбулизатором установлен дожигатель 6, представляющий собой камеру прямоугольного проходного сечения, перекрытого набором плоских отрезков 7 хромоникелевой сетки, каждый из которых электрически посредством отдельного электрода (ввиду очевидности на чертеже не показан) или через смежный отрезок связан с источником электропитания, например бортовым автомобильным аккумулятором. Контакт между прямолинейными стенками дожигателя и примыкающими к ним прямолинейными ребрами сеток исключает претечку фильтруемых газов между входным и выходным полостями камеры дожигателя.
Следом за дожигателем встречно и соосно ему установлен пустотелый конус-рассекатель 8, связанный трубопроводом с емкостью для воды (ввиду очевидности их конструктивного выполнения, назначения, способа и места установки на чертеже не показаны).
Последовательно за рассекателем смонтирован парогазогенератор, представляющий собой перфорированную трубу 9, за которой соосно ей находится адсорбционный фильтр, выполненный в виде группы цилиндров 10 из углеволокнистого сорбента, собранных коаксиально относительно геометрической оси О и отстоящих на некотором расстоянии (в диаметральном направлении) друг от друга, при этом промежутки между цилиндрами заполнены теплостойким фильтрующим материалом, например стекловолокнистой сеткой с базальтовой нитью.
Устройство работает следующим образом.
После запуска ДВС выхлопные газы через входной патрубок 2 начинают поступать по направлению стрелки в турбулизатор 4, где газовому потоку лопатками 5 задается винтовое движение. Далее выхлопные газы непрогретого двигателя попадают в дожигатель 6, при этом низковольтное напряжение порядка 12 В-24 В от бортового автомобильного аккумулятора начинает подаваться на сетки 7 каталитической очистки, нагревая их. Поскольку предусмотрена возможность подключения к источнику электропитания каждой из сеток по отдельности, то, включив их параллельно или последовательно, можно установить любую требуемую температуру (т.е. режим) дожигания. После прогрева двигателя подаваемое на сетки 7 низковольтное напряжение (первый этап) преобразуется в высоковольтное порядка 20 кВ (второй этап), что реализуется с помощью общеизвестных средств автоматизации. При этом, если на первом этапе на устройстве каталитической очистки происходит простое дожигание углеводородов, то на втором этапе наложением высоковольтного электрического поля ускоряется процесс комплексной нейтрализации вредных компонентов при одновременном протекании процесса окислительно-восстановительной реакции между оксидами азота и оксидами углерода. Вышедшие из дожигателя 6 горячие газы нагревают рассекатель 8, и образовавшийся в нем пар попадает в перфорированную трубу парогазогенератора 9, выходя из перфорации которой перемешивается с газами.
Следует отметить, что в заявленном устройстве в отличие от прототипа турбулизатор конструктивно отделен от средств иного назначения (в прототипе он неразъемно связан с парогазогенератором и адсорбционным фильтром), поэтому появляется возможность нормализовать поток газов, придав ему упорядоченное винтовое движение и используя тем самым для очистки центробежные силы, под действием которых твердые включения в парогазовой смеси отбрасываются к периферии, оседая на адсорбционных цилиндрах 10 и фильтрующем материале между ними. Далее очищенные газы через выходной патрубок 3 выбрасываются в атмосферу.
Конструкция адсорбционного фильтра, содержащего группу коаксиальных цилиндров, способствует созданию дополнительного неочевидного эффекта, который заключается в том, что цилиндры изготовлены из материалов с различными свойствами и при сборке чередуются между собой: одни цилиндры поглощают анионы, другие - катионы.
Технология изготовления таких материалов является решением самостоятельной задачи и поэтому в настоящей заявке не приводится.
Очевидно, что конструкция заявленного устройства в совокупности перечисленных признаков и принципы его работы значительно превосходят возможности по очистке выхлопных газов ДВС, приведенных в виде примера, как частный случай применения устройства.
Практически заявленное устройство имеет модульную компоновку, что значительно упрощает его ремонт.