Сажевый фильтр

Сажевый фильтр предназначен преимущественно для очистки от сажи и других твердых частиц отработавших газов двигателей внутреннего сгорания и может быть использован в автомобильном и железнодорожном транспорте, а также в производствах, связанных с выбросом запыленных газов - металлургическом, цементном, на тепловых станциях и т.п.
Широко известны сажевые фильтры, в которых отделение частиц сажи из отработавших газов двигателей и их накопление осуществляется на фильтрующих элементах, выполненных в виде пористых керамических (металлокерамических) или волокнистых перегородок. При этом на поверхности фильтрующих элементов оседает сажа, и гидравлическое сопротивление фильтра возрастает. Процесс удаления сажи с фильтрующих элементов называют регенерацией. Регенерацию осуществляют с помощью горелок или электронагревателей (повышение температуры вызывает горение сажи), либо отдувкой сжатым воздухом или отходящими газами в специальные контейнеры - сажесборники.
Известен керамический сажевый фильтр, содержащий размещенные в корпусе трубчатые фильтрующие элементы. Каждый элемент состоит из основы перфорированной трубы, на наружной поверхности которой помещен пористый фильтрующий элемент. Поверх каждого фильтрующего элемента помещена проволочная сетка, являющаяся электронагревателем. При повышении гидравлического сопротивления в электронагреватель подается ток до тех пор, пока не наступит достаточное для выгорания сажи повышение температуры. 1 - Заявка 3800723 ФРГ, МКИ F 01 N 3/02, Н 05 В 3/46 / Heuer Jurgen, Frank Rudolf, Mohr Reinhold, Maischein Rudolf; Daimler-Benz AG - № 3800723.1; Заявл. 13.01.88; Опубл. 27.07.89. Системы подобного рода являются конструктивно сложными и дорогостоящими,
2001121062
САЖЕВЫЙ ФИЛЬТР поскольку требуют применения специальных датчиков давления. Кроме того,
существует опасность выхода из строя керамического фильтра от воздействия высоких температур. По мере накопления сажи на фильтре возрастает противодавление в системе выпуска отработавших газов, что снижает мощность двигателя и вызывает его перегрев.
Ближайшим по технической сущности к заявляемому решению является фильтрдожигатель сажевых частиц отработавших газов двигателя 2 - Заявка 3922019 ФРГ, МКИ F01 N 3/02, F01 N 3/36; Richter Gerhard, - № 3922019.2; Заяви. 05.07.89; Опубл. 05.04.90. Конструкция состоит из корпуса и полого цилиндрического барабана, имеющего возможность вращения. На оси барабана закреплен пластинчатый направляющий аппарат, приводящий барабан во вращение. В верхней части корпуса фильтра предусмотрена камера сгорания, в которую форсунками подается топливо и воздух. Продукты сгорания камеры сгорания нагревают всю поверхность вращающегося барабана до температур, достаточных для дожигания сажевых частиц. Для повышения эффективности барабан может быть выполнен перфорированным, в этом случае продукты сгорания из камеры сгорания проникают во внутреннюю полость фильтра. Поскольку регенерация фильтра происходит непрерывно, его гидравлическое сопротивление поддерживается минимальным. Недостатками данного устройства являются сложность конструкции, вызванная наличием камеры сгорания и систем подачи топлива и воздуха, дополнительный расход топлива, а также постоянная высокая температура фильтра, что снижает его долговечность.
Задачей заявляемого технического решения является расширение возможной области применения сажевого фильтра, уменьшение габаритов конструкции, снижение трудоемкости ее изготовления и обслуживания, повышение долговечности и надежности конструкции в целом.
2
Технический результат достигается (см. фиг. 1) за счет создания сажевого
фильтра, обладающего, по сравнению с прототипом, щетками, удаляющими с поверхности фильтрующего элемента оседающую сажу.
На фиг. 1 приведена схема заявляемого сажевого фильтра, состоящего из следующих основных деталей: сборного корпуса 1, перфорированного барабана 2, пластинчатого направляющего аппарата 3, фильтрующего элемента 4, щетки 5, сажесборника 6, впускного патрубка 7 и выпускного патрубка 8.
Сажевый фильтр работает следующим образом. Отработавшие газы поступают в корпус 1 через входной патрубок 7 и проходят через фильтрующий элемент 4, оставляя на ней частицы сажи. Через перфорированные отверстия барабана 2 поток очищенного газа попадает на пластинчатый направляющий аппарат 3, установленный в выпускном патрубке 8, приводя барабан во вращение, и выбрасывается в атмосферу. Щетка 5, прижатая к поверхности фильтрующего элемента, удаляет оседающие на его поверхности частицы сажи, которые ссыпаются в сажесборник 6.
Преимущества заявляемого технического решения достигаются за счет механического удаления слоя сажи с поверхности фильтрующего элемента, а, следовательно, за счет упрощения конструкции и отсутствия затрат топлива на регенерацию. Отсутствие приводных и управляющих механизмов, технологичность изготовления сажевого фильтра, а также минимум затрат на обслуживание (разгрузку сажесборника) позволит улучшить его потребительские характеристики. Кроме того, использование механической очистки позволяет использовать фильтр для очистки газов от негорючих частиц, например, от цементной пыли.
Вариант заявляемой конструкции изображен на фиг. 2. Он отличается тем, что фильтрующий элемент 4 расположен на внутренней поверхности неподвижного перфорированного барабана 1, а во вращение с помощью пластинчатого направляющего аппарата 3 приводятся щетки 5. Накапливающаяся в сажесборнике
сажа сжигается при включении электронагревателя 6.
Для увеличения фильтрующей поверхности возможно размещение фильтрующего элемента не только на цилиндрической поверхности барабана, но и на его торце. Соответственно, щетка в этом случае будет располагаться как на цилиндрической, так и на торцевой поверхности корпуса.
Сажа из сажесборника может удаляться периодически или сжигаться непосредственно в сажесборнике с помощью электрического нагревателя. Последний вариант, по сравнению с аналогом 1, имеет следующие преимущества:
фильтрующий элемент не подвергается нагреванию, что повышает его долговечность;
нагреваемый объем меньше и через него не проходят большие объемы отработавших газов, что позволяет снизить затраты электроэнергии на нагрев.
В случае необходимости дополнительной очистки отработавших газов от окислов азота и угарного газа на поверхность фильтрующего элемента может быть нанесен катализатор. Каталитический блок может быть также установлен в выпускном патрубке.
В случае необходимости вместо пластинчатого направляющего аппарата может использоваться электродвигатель. Кроме этого, фильтр может быть оснащен датчиками, контролирующими перепад давления на фильтре и работу электродвигателя.
4
1.Сажевый фильтр, содержащий корпус, перфорированный барабан с фильтрующим элементом, пластинчатый направляющий аппарат, впускной и выпускной патрубки, отличающийся тем, сажа с фильтрующего элемента удаляется щеткой.
2.Сажевый фильтр по п.1, отличающийся тем, что фильтрующий элемент размещен на цилиндрической и торцевой поверхностях перфорированного барабана.
3.Сажевый фильтр по п.1, отличающийся тем, что в сажесборнике установлен электрический нагреватель.
4.Сажевый фильтр по п.1, отличающийся тем, что на фильтрующий элемент нанесен катализатор.
5.Сажевый фильтр по п.1, отличающийся тем, что в выпускном патрубке установлен каталитический блок.
6.Сажевый фильтр по п.1, отличающийся тем, что вращение барабана осуществляется отдельным электродвигателем.
7.Сажевый фильтр по п.З, отличающийся тем, что оснащен системой контроля перепада давления на фильтре и за работой электродвигателя.
5 ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1.Заявка 3800723 ФРГ, МКИ F 01 N 3/02, Н 05 В 3/46 / Heuer JOrgen, Frank Rudolf, Mohr Reinhold, Maischein Rudolf; Daimier-Benz AG - № 3800723.1; Заявл. 13.01.88; Опубл. 27.07.89.
2.Заявка 3922019 ФРГ, МКИ F 01 N 3/02, F 01 N 3/36; Richter Gerhard; - № 3922019.2; Заявл. 05.07.89; Опубл. 05.04.90.