Устройство обработки выхлопных газов автомобилей в арктической зоне на основе порошкообразного адсорбента

Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к средствам очистки и обезвреживания выхлопных газов двигателей автомобилей и предназначена для повышения эффективности работы каталитического нейтрализатора отработавших газов двигателя автомобиля путем их адсорбционной очистки.
Уровень техники
Известен каталитический нейтрализатор отработанных газов двигателя внутреннего сгорания (патент RU 2253021 С2, заявка 2003112242/06 от 28.04.2003, опубл. 27.05.2005, бюл. №15, Воропанова Л.А., Алексеев Б.В.), содержащий корпус с впускным и выпускным патрубками, сетки с катализатором, стакан, полости которого заполнены металлической стружкой или проволокой из нержавеющей стали, молибдена или вольфрама, и регулирующим кольцом, которое регулирует доли потоков газа, проходящих через различные полости путем перекрытия в большей или меньшей степени отверстий для выхода газа, а катализатор выполнен в виде пористых таблеток, пористой керамики или перфорированной металлической ленты с нанесенными на ее поверхность каталитически активными материалами.
Недостатком данного нейтрализатора является сложность и высокие затраты на его изготовление.
Существует комплекс оборудования для очистки и охлаждения выхлопных газов (патент RU 89625 U1, заявка 2009127009/22 от 14.07.2009, опубл. 10.12.2009, бюл. №34, Дергачев А.В.) содержащий входной патрубок, завихритель, выходной патрубок, корпус, катализатор, отличающийся тем, что входной патрубок расположен на модуле каталитической очистки, который расположен под углом не менее 45° к горизонту и выполнен в виде металлического корпуса с расположенными внутри перегородками, причем между перегородками в несколько ярусов размещены каталитические блоки, выполненные в виде сот из металлической фольги, на которую нанесен слой катализатора, кроме того, дополнительно содержит промежуточный патрубок, прикрепленный к модулю каталитической очистки и модулю мокрой очистки, который выполнен в виде цилиндрического металлического корпуса с расположенным в нижней части баком с наклонным днищем и патрубками на стенках бака, а в верхней части расположена разгонная камера, выполненная в виде спирали Архимеда, и коаксиально расположенный лопаточный аппарат, состоящий из лопаток и разделяющий камеру на две кольцевые полости, причем лопатки образуют вертикальные, сужающиеся к центру каналы для разгона газового потока, а над лопаточным аппаратом у его кромки тангенциально по ходу вращения газового потока расположены четыре трубки, кроме того, модуль мокрой очистки содержит сепарационную камеру с центральной трубой, снабженную каплеотбойным кольцом, внутренними устройствами в форме усеченных конусов, образующих коаксиальные кольцевые камеры, отделяющие бак от остального объема модуля мокрой очистки, в крышке бака расположен датчик уровня.
Недостатком данного технического решения является необходимость поддержания рабочей температуры модуля мокрой очистки, что создает сложности для реализации решения в арктической зоне в условиях низких температур.
В качестве прототипа выбрана система обработки выхлопных газов, содержащая распылитель струи жидкости (патент RU 127405 U1, заявка 2012145416/06 от 25.10.2012, опубл. 27.04.2013, бюл. №12, Левин М., Шайх Ф.З.), содержащая каталитический нейтрализатор; форсунку, расположенную выше по потоку каталитического нейтрализатора; и распылитель струи жидкости, расположенный между каталитическим нейтрализатором и форсункой и содержащий совокупность горизонтальных пластинок различного размера, причем меньшие пластинки по крайней мере частично вставлены внутрь больших пластинок.
Недостатком системы является сложность ее реализации в климатических зонах, для которых характерна низкая температура окружающей среды, из-за необходимости постоянного подогрева распыляемой жидкости в то время, когда двигатель не работает, а также из-за вероятности замерзания впрыскиваемой жидкости в системе в начальный период времени работы двигателя.
Описание полезной модели
Предлагаемое устройство предназначено для повышения эффективности работы каталитического нейтрализатора отработавших газов двигателя автомобиля путем их адсорбционной очистки. Для очистки ОГ используют камеру, заполненную порошкообразным адсорбентом. Адсорбционная камера оборудована лопастными рабочими колесами, служащими для перевода адсорбента из состояния аэрогеля в состояние аэрозоля (взвихрения) и распределения его по всему объему камеры, при этом вращение рабочих колес происходит за счет энергии q скоростного напора поступающих ОГ, которая выражается зависимостью:
,
где ρ - плотность газа;
V - скорость газового потока.
В камере предусмотрен лючок для замены отработавшего адсорбента по достижению им состояния насыщения адсорбтивом. Для мелкопористых адсорбентов при малых значениях парциальных давлений адсорбтивов предельно возможное количество поглощенного адсорбтива можно найти из уравнения изотермы Ленгмюра:
,
а
*
где  - количество адсорбтива, поглощенного единицей адсорбента по достижении состояния равновесия;
- предельное количество адсорбтива, которое может быть поглощено адсорбентом при заполнении всех центров адсорбции на поверхности пор адсорбента;
b - коэффициент, в основном определяющий зависимость вида изотермы Ленгмюра от температуры;
р - парциальное давление адсорбтива в смеси.
В предлагаемом техническом решении для определения остаточного ресурса загруженного в камеру адсорбента предлагается использовать газоанализаторы, установленные на входе и на выходе камеры. По разнице содержания токсичных примесей в ОГ, регистрируемой через заданные временные промежутки, можно определить количество адсорбтива, поглощенного адсорбентом на текущий момент.
Краткое описание чертежа
На фиг. 1 представлена схема устройства. Цифрами обозначены: 1 - лопасти крыльчатки; 2 - лючок для замены адсорбента; 3 - порошкообразный адсорбент (в состоянии аэрозоля); 4 - фильтр для предотвращения уноса частиц адсорбента потоком очищенных ОГ; 5 - порошкообразный адсорбент (в состоянии аэрогеля).