ФИЛЬТР-НЕЙТРАЛИЗАТОР
NEUTRALISER FILTER

Изобретение относится к области фильтрования, а именно к газовым фильтрам, предназначенным в основном для очистки углеводородных газов от механических примесей, углеводородов, монооксида углерода и окислов азота, и может быть использовано в химической, нефтеперерабатывающей, автомобильной и других отраслях промышленности. Преимущественная область использования изобретения - автомобильная промышленность.
Известен нейтрализатор отработавших газов по патенту РФ на изобретение №2075606, опубл. 20.03.1997, предназначенный для очистки отработавших газов дизелей от вредных компонентов и сажи. Нейтрализатор отработавших газов по указанному патенту содержит корпус с входным и выходным патрубками, теплоизоляцию, размещенную между стенками корпуса, реакционную камеру, во внутренней полости которой размещены последовательно по ходу движения газов друг за другом пористый металлокерамический фильтр, на внешней поверхности которого установлен завихритель, тарельчатые компенсаторы и пористый металлокерамический блок. Блок состоит из отдельных металлокерамических пористых цилиндрических элементов с концентрическими наклонными кольцами, образующими сегментные щели между центрально-лучевыми перегородками, выполненными в виде лопаток с переменным шагом поворота, причем элементы блока сориентированы через один разными плоскостями относительно потока газов. Пористый металлокерамический фильтр с завихрителями и металлокерамические пористые цилиндрические элементы могут быть получены методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС-технологии). Пористые металлокерамические элементы одинаковы по конфигурации, но имеют в составе различные катализаторы и обеспечивают при последовательной установке многоступенчатую очистку отработавших газов. Однако применение в такой конструкции нейтрализатора завихрителей, тарельчатых компенсаторов и цилиндрических элементов с концентрическими наклонными кольцами, образующими сегментные щели между центрально-лучевыми перегородками, выполненными в виде лопаток с переменным шагом поворота, усложняет его изготовление и использование.
Известен нейтрализатор отработавших газов по патенту РФ №2075609, опубл. 20.03.1997, предназначенный для очистки отработавших газов двигателей внутреннего сгорания от вредных компонентов и сажи. Этот известный нейтрализатор наиболее близкий по технической сущности к заявляемому и принят за прототип. Нейтрализатор содержит корпус, который имеет в сечении овальную форму, торцевую крышку, входной и выходной патрубки, внутренние перегородки корпуса, каталитический реактор, внутренняя полость которого образована внутренними поверхностями торцевой стенки, торцевой крышки и стенками реактора. Между реактором и внутренней стенкой корпуса выполнена теплоизоляция. В полости реактора размещены удерживающие направляющие, выполненные в виде завихрителей, и фильтры (каталитические восстанавливающий и окислительный из фильтрующих элементов), один из которых выполнен из металлокерамического материала для задержания твердых частиц и дожигания их на поверхности в присутствии катализатора, а другой размещен коаксиально внутри металлокерамического первого и выполнен в форме ребристого радиатора. Во входном патрубке установлен кислородный датчик, а металлокерамический фильтр установлен в сетчатой каталитической оболочке (восстанавливающем каталитическом фильтре). При работе нейтрализатора отработавшие газы от двигателя внутреннего сгорания поступают во входной патрубок, распределяются в полость реактора между распорками и направляются в кольцевую полость прогрева, которая образована внешней поверхностью сетчатой оболочки и внутренней поверхностью реактора, завихряются завихрителем, проходят через сетчатую каталитическую оболочку, где происходит частичное восстановление окислов азота. Далее отработавшие газы проходят через фильтр, где очищаются от углеводородов, и через внутреннюю полость к выходу из нейтрализатора через патрубок. Форма внутреннего фильтрующего элемента каталитического фильтра в виде ребристого радиатора позволяет обеспечивать механическую прочность, жесткость конструкции и развивать поверхность катализатора. Однако такая конструкция нейтрализатора усложняется установкой и расположением завихрителей и распорок, формой металлокерамических фильтров, применением датчика кислорода, который требует поддержания температуры отработавших газов на входе в нейтрализатор не менее 300°С, и не позволяет использовать нейтрализатор вместо штатного глушителя шума отработавших газов.
Задачей предлагаемого изобретения является создание такой конструкции фильтра-нейтрализатора, которую можно вмонтировать непосредственно в корпус штатного глушителя шума отработавших газов в автомобиле и в других отраслях промышленности, и упрощение конструкции нейтрализатора, снижение его стоимости без снижения эффективности нейтрализации отработавших газов.
Технический результат, позволяющий решить задачу, заключается в эффективной нейтрализации отработавших газов и в совмещении функций глушителя их шума.
Технический результат, направленный на решение поставленной задачи, достигается следующим образом.
Заявляемый в качестве изобретения фильтр-нейтрализатор имеет общее с прототипом то, что содержит корпус с внутренней теплоизоляцией стенок, входным и выходным патрубками, перегородки, выполненные внутри корпуса, полость подогрева отработавших газов, полый каталитический восстанавливающий фильтр округлой формы, и каталитический окислительный фильтр из установленных вдоль корпуса пористых металлокерамических фильтрующих элементов, внешнего округлой формы и внутреннего, расположенного коаксиально внешнему.
В отличие от прототипа корпус заявляемого фильтра-нейтрализатора разделен перегородками на три последовательные зоны, первая из которых является полостью подогрева отработавших газов и снабжена термоэлементом с экраном, закрепленным на соответствующей перегородке, во второй зоне одним концом на этой же перегородке и вторым концом на дополнительной ступице закреплен каталитический восстанавливающий фильтр, а в третьей зоне установлены фильтрующие элементы каталитического окислительного фильтра, концы которых герметично закреплены соответственно в перегородке и торцевой стенке, причем внутренние фильтрующие элементы каталитического окислительного фильтра выполнены подобно внешним, а перегородки имеют окна для прохода отработавших газов.
В частном случае все фильтрующие элементы фильтра-нейтрализатора выполнены в виде полых цилиндров в соответствии с геометрией поперечного сечения корпуса глушителя шума отработавших газов автомобиля. Допустимо выполнение фильтрующих элементов овальной формы, как у прототипа, что не противоречит заявляемому изобретению. Каталитический окислительный фильтр может быть выполнен из отдельных секций. В этом случае корпус фильтра-нейтрализатора дополнительно содержит ступицы, которые выполнены с прорезями для прохода отработавших газов, плотно установлены в корпусе и в которых плотно закреплены концы фильтрующих элементов секций. Перегородка между первой и второй зонами может быть закреплена в корпусе с возможностью ее съема, что позволяет осуществлять замену фильтрующих элементов. Фильтрующие элементы фильтров целесообразно выполнять из материала, полученного методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС). СВС-технология позволяет получать термостойкие пористые материалы с заданными каталитическими свойствами.
Предложенная конструкция позволяет довести концентрацию вредных веществ в отработавших газах до стандартных норм токсичности и решить поставленную задачу. В предложенной конструкции последовательные зоны очистки обеспечивают нейтрализацию отработавших газов до стандартных норм, а установленные последовательно перегородки, о которые наталкиваются отработавшие газы, и последовательный, боле длительный, чем в прототипе, путь движения от входного патрубка до выходного обеспечивают уровень шума отработавших газов ниже стандартного значения. Именно эти факторы и позволяют совместить фильтр-нейтрализатор и глушитель шума в единой конструкции.
Таким образом, предлагаемое изобретение отличается от прототипа тем, что его можно применить вместо штатного глушителя шума отработавших газов автомобиля и иного глушителя шума, используемого в иных отраслях промышленности, простотой конструкции, благодаря которой снижается его стоимость без снижения эффективности нейтрализации отработавших газов и ресурса работы фильтра-нейтрализатора.
Совокупность существенных признаков, которая характеризует заявляемое изобретение, в известных источниках информации не обнаружена. Это подтверждает новизну изобретения.
В уровне техники не выявлены фильтры-нейтрализаторы, имеющие признаки, совпадающие с совокупностью отличительных признаков заявляемого устройства, и которые одновременно с нейтрализацией отработавших газов решали проблему снижения уровня их шума. Несмотря на простоту технического решения, изобретение явным образом не следует из уровня техники, а значит соответствует критерию «изобретательский уровень».
Далее изобретение поясняется чертежом, на котором изображен заявляемый фильтр-нейтрализатор с каталитическим окислительным фильтром, выполненным из отдельных секций.
Фильтр-нейтрализатор состоит из корпуса 1, разделенного на три зоны перегородками 2 и 3. Корпус заявляемого фильтра-нейтрализатора является одновременно корпусом глушителя шума отработавших газов автомобиля или иного глушителя шума, используемого в иных отраслях промышленности. Перегородка 2 соединена болтами крепления 4 для замены фильтроэлементов 5, 6-9, 10. В первой зоне установлен экран 11 с термоэлементом 12 для подогрева отработавших газов, закрепленный винтами крепления 13 на перегородке 2. Во второй рабочей зоне (механической, восстанавливающей ступени очистки отработавших газов) установлен каталитический восстанавливающий фильтр, содержащий фильтрующий элемент механической очистки 10, выполненный в виде полого цилиндра, установленного на ступице 14. В третьей рабочей зоне (окислительной ступени очистки отработавших газов) расположены фильтроэлементы окислительной очистки 5, 6-9. Они закреплены в перегородке 3, ступицах 15-18 и торцевой стенке корпуса 1. Для исключения прорыва газов между ступицами и фильтроэлементами установлены уплотнительные кольца 19, 20. На корпусе 1 размещены входной 21 и выходной 22 патрубки с фланцами. Для теплоизоляции корпуса нейтрализатора применены утеплители 23-25. Позицией 26 на чертеже обозначена полость подогрева отработавших газов.
Пример работы фильтра-нейтрализатора.
Очищаемые отработавшие газы через входной патрубок 21 попадают в полость подогрева отработавших газов 26, где натекают на разогретый термоэлементом 12 экран 11 и через окна перегородки 2 проникают в полость зоны механической (первой) ступени очистки 27 (каталитический восстанавливающий фильтр). Затем через окна 28 перегородки 3 газы попадают в зону окислительной (второй) ступени очистки, разделенную ступицами 15-18 на пять параллельных секций, каждая из которых имеет два последовательно установленных фильтроэлемента 5, 6-9. Пройдя сквозь прорези 29-32 ступиц и фильтроэлементы окислительной ступени (каталитического окислительного фильтра), очищенные отработавшие газы через выходной патрубок 22 и присоединенную к нему хвостовую выхлопную трубу выбрасываются в атмосферу. Диаметры фильтроэлементов выбраны исходя из установленных зависимостей расходных характеристик от толщины используемого пористого материала, их взаимного расположения в корпусе глушителя с сохранением площадей поперечных сечений на всех этапах течения отработавших газов. При этом высота отдельного фильтроэлемента не превышает двух диаметров, что соответствует общепринятым условиям при проектировании фильтров во избежание противодавлении. Последовательное расположение восстановительного и окислительного каталитических фильтров обеспечивает постепенную и эффективную очистку отработавших газов. Перегородки между зонами и последовательное движение отработавших газов снижают шум отработавших газов и позволяют удерживать уровень шума отработавших газов в пределах допустимого.