УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Полезная модель относится к средствам очистки, обезвреживания и обработки выхлопных газов в выхлопных устройствах или глушителях транспортных средств с двигателями внутреннего сгорания.
На сегодняшний день основным средством передвижения является автомобиль. Но одновременно он загрязняет окружающую среду выхлопными (отработавшими) газами. Выхлопные газы - это неоднородная смесь различных газообразных веществ с разнообразными химическими и физическими свойствами, состоящая из продуктов полного и неполного сгорания топлива, избыточного воздуха, аэрозолей и различных микропримесей. Основными токсичными компонентами выхлопных газов двигателей являются оксиды углерода, азота и углеводорода.
Наиболее вредные и токсичные для человека газы - оксиды азота, а так же смог. Оксиды азота раздражающе воздействуют на слизистые оболочки глаз, носа, разрушают легкие человека, так как при движении по дыхательному тракту они взаимодействуют с влагой верхних дыхательных путей, образуя азотную и азотистую кислоты. Смог - ядовитый туман, загрязненный вредными веществами от промышленных предприятий и теплопроизводящих установок, а также выхлопными газами от автотранспорта. Смог вызывает раздражение слизистых оболочек, особенно глаз, может вызывать головную боль, отеки, кровоизлияния, осложнения заболеваний дыхательных путей.
Известно достаточно много способов и устройств для очистки отработавших газов двигателей внутреннего сгорания автомобилей. Например, устройство для очистки воздуха над дорожным покрытием от выхлопных газов ((патент RU № 2074922 С1, МПК Е01Н 15/00, 20.05.1991). Для очистки воздуха от выхлопных газов, выделяемых автотранспортом, выработки электроэнергии, а также подогрева дорожного полотна под полотном дороги выполняется прямоугольное углубление, а посередине дороги над перекрытием выполняется канал с окнами для затягивания воздуха. Этот канал соединен с высокими трубами, где смонтированы генераторы для выработки электроэнергии и устройство для очистки воздуха. Способ слишком сложный и затратный в реализации.
Известен циклон для очистки воздуха (патент RU № 2175577 С2, МПК В04С 5/12, 10.11.2001). Циклон содержит корпус, входной и выходной патрубки, выхлопную трубу. Выхлопная труба выполнена в виде диффузора, образующего с конусной частью корпуса кольцевой канал. Диффузор выполнен с центральным углом расширения 5-8° и степенью расширения 1,5-2,0, а отношение ширины кольцевого канала к ширине входного патрубка составляет 1,0-1,2. Установочная длина выхлопной трубы внутри корпуса циклона относится к диаметру циклона как 1,15-1,25. Корпус циклона выполнен в цилиндроконической-цилиндрической форме. Входной патрубок установлен на верхней цилиндрической части корпуса циклона под углом 58-62° к оси корпуса, отношение площади поперечного сечения входного патрубка к площади входного отверстия выхлопной трубы составляет 1,0-1,2. Ширина входного патрубка в 2,4-2,6 раза меньше его высоты и в 4,0-4,5 раза меньше диаметра корпуса циклона. Вход во входной патрубок выполнен в виде косого сечения с углом 15-18° к оси корпуса, а длина входного патрубка посередине наружной стенки его к диаметру корпуса находится в соотношении 0,7-0,9 [10]. Очень громоздкое устройство, которое очень сложно реализовать, кроме того, его не везде можно установить.
Известен фильтр для очистки выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания (патент RU№ 2059841 C1, МПК F01N 3/02, 24.08.1993). Фильтр содержит фильтрующий пакет, выполненный из зигзагообразно сложенной сетки, между складками которой размещены гофрированные пластины, образующие на торцах фильтра соответственно входные и выходные промежутки. При течении газ попадает во входные промежутки, и сажевые частицы осаждаются на нижней и верхней поверхностях гофрированных пластин. Газ перетекает через открытые ячейки сетчатых слоев в соседние выходные промежутки, где оставшаяся часть сажевых частиц также осаждается на нижней и верхней поверхностях гофрированных пластин. На холодных режимах работы фильтр работает как сажесборник с большой внутренней поверхностью фильтрующего пакета. На горячих режимах накопившаяся сажа каталитически окисляется за счет каталитически активного слоя, нанесенного на обе поверхности гофрированных входных и выходных пластин, а каталитическая обработка токсичных газообразных компонентов осуществляется на каталитически активном слое, нанесенным на поверхностях сетчатых слоев пакета. Для разогрева катализатора в складках сетчатых слоев зигзагообразно размещается электронагреватель, периодически включающийся от аккумулятора или генератора тока на холодных режимах. Для выравнивания расхода газа через фильтрующий пакет и для минимизации перепада давления через фильтр гофрированные пластины могут размещаться взаимно поперечно, иметь различную высоту и шаг между гофрами, выполняться из металлически плотных, сетчатых и волоконных спеченных материалов. Это изобретение несъемное и неудобное в использовании.
Известно устройство для очистки выхлопных газов (патент RU№ 123463 U1, МПК F01N 3/02, 27.12.2012), содержащее электронную схему, выхлопной трубопровод для сбора и выброса газа, а также установленный и закрепленный на выхлопном трубопроводе корпус, отличающееся тем, что электронная схема выполнена в виде единого блока преобразователя энергии, включающего электродвигатель, реле-распределитель, коммутатор и индукционную катушку, при этом блок преобразователя энергии посредством проводов соединен с реактором, включающим разрядники с искровыми промежутками, установленные и закрепленные на поверхности корпуса реактора по спирали относительно центральной оси корпуса реактора и по винтовой линии относительно поверхности корпуса реактора с шагом D/2, где D - диаметр корпуса, при этом угол наклона разрядников к центральной оси реактора α равен 22-90°, причем напротив каждого искрового промежутка первого со стороны направляющего аппарата ряда разрядников находится одно из отверстий направляющего аппарата, выполненного в виде круглой пластины с отверстиями и установленного внутри корпуса реактора перед разрядниками, при этом после разрядников внутри корпуса реактора по винтовой линии размещены ребра ловушки, а с внешней стороны корпуса установлен бункер для сбора угольной пыли. Устройство имеет достаточно сложную конструкцию и нетехнологично.
Известно выбранное в качестве прототипа устройство для очистки отработавших газов (патент RU № 2306440 С1, МПК F01N 3/00, B01D 53/94, 20.09.2007). Устройство содержит (в базовом варианте) основной корпус с входным патрубком и с выходным отверстием. Основной корпус имеет усеченную конусообразную часть, меньшее основание которого ориентировано в сторону входного патрубка. В основном корпусе расположен каталитический элемент, образуя зону нейтрализации вредных примесей, при этом основной корпус соединен с патрубком системы принудительной подачи воздуха. Основной корпус снабжен, по меньшей мере, одним дополнительным корпусом, который размещен в зоне нейтрализации отработанных газов основного корпуса. Наличие дополнительного корпуса и его выполнение с торцевыми стенками и перегородками, которые расположены перпендикулярно оси основного корпуса и последовательно на расстоянии друг от друга, позволяют образовать, по меньшей мере, два блока. Наличие двух блоков обеспечивает возможность размещения в устройстве двух различных катализаторов и осуществления двух стадий нейтрализации вредных примесей отработавших газов (ОГ). При этом, по меньшей мере, в одном блоке установлен, по меньшей мере, один каталитический элемент, который выполнен в виде ионно-обменного катализатора, в качестве которого использован цеолит. В другом блоке в качестве каталитического элемента использованы медь и ферромагнетик. В качестве данного каталитического элемента выступает медная сетка, из которой выполнен дополнительный корпус, его торцевые стороны и перегородки. Наличие дополнительного корпуса и его размещение в зоне нейтрализации ОГ основного корпуса позволяют проводить нейтрализацию вредных примесей ОГ практически непрерывно по мере прохождения потока ОГ через зону нейтрализации основного корпуса. Процесс нейтрализации осуществляют с момента подачи смешанных потоков ОГ и воздуха на торцевую сторону дополнительного корпуса, далее - по ходу прохождения смешанных потоков через дополнительный корпус в зоне принудительного смешения и до момента прохождения названных потоков через второй катализатор. В этом же блоке установлены, по меньшей мере, два магнита, при этом каждый магнит выполнен в виде кольца. Один магнит установлен параллельно другому магниту, но перпендикулярно оси дополнительного корпуса, причем поверхности магнитов, обращенные друг к другу, имеют одноименные полюса. По меньшей мере, один дополнительный корпус с торцевыми стенками и расположенными в нем перегородками выполнены из металлической сетки. Конструкция устройства позволяет несколько повысить эффективность очистки ОГ от вредных примесей за счет усложнения его конструкции, что не всегда оправдано с технологической и экономической точек зрения.
Технический результат, достигаемый заявленной полезной моделью, заключается в повышении эффективности очистки отработавших газов двигателя внутреннего сгорания.
Технический результат достигается тем, что устройство содержит корпус, внутри которого установлены фильтрующие блоки, в одном из которых в качестве каталитического элемента использована медь. Корпус выполнен с входным отверстием, с выходным отверстием и с расположенным со стороны входного отверстия патрубком для принудительной подачи воздуха, Устройство отличается тем, что в корпусе последовательно друг за другом и с промежутком между собой установлены три фильтрующих блока, первый из которых представляет собой кассету, выполненную из медных сеток и установленную вблизи патрубка для принудительной подачи воздуха, второй фильтрующий блок представляет собой кассету, выполненную из сеток, покрытых оксидом ванадия, а третий фильтрующий блок выполнен из синтетического термостойкого материала, заполнен гранулированным гидроксидом кальция и разделен внутри себя на секции.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 представлено устройство, где 1 - входное отверстие; 2 - выходное отверстие; 3 - патрубок для принудительной подачи воздуха; 4 - первый фильтрующий блок, выполненный из медных сеток; 5 - второй фильтрующий блок, выполненный из сеток, покрытых ванадием; 6 - третий фильтрующий блок, выполненный из секций с гранулированным гидроксидом кальция.
На фиг. 2 стрелкой показано предполагаемое место установки устройства в выхлопной системе автомобиля.
В каждом фильтрующем блоке устройства происходит очищение отработавших газов от определенных вредных веществ. Конструктивно первый фильтрующий блок 4 представляет собой кассету, состоящую из нескольких медных сеток. Второй фильтрующий блок 5 представляет собой кассету из сеток, покрытых оксидом ванадия. Третий фильтрующий блок 6 выполнен из синтетического термостойкого материала, заполнен гранулированным гидроксидом кальция и разделен внутри себя на секции.
Устройство работает следующим образом.
В первом фильтрующем блоке осуществляются реакции:
2
1) 2Cu+2NO=2CuO+N - восстановление азота из оксида азота (II).
2
2) CO+CuO=Cu+CO- окисление угарного газа до углекислого газа.
2
2
3) 2NO+O=2NO - частичное окисление оксида азота (II) до оксида азота (IV).
2
2
Во втором фильтрующем блоке происходит доокисление СО и NO, а также окисление углеводородов, в том числе и бензопирена до CO и HO. Степень преобразования углеводородов и оксидов увеличивается с увеличение притока воздуха при температуре 400-800°С.
В третьем фильтрующем блоке происходит поглощение гидроксидом кальция солеобразующих оксидов:
2
2
3
2
1) CO+Са(ОН)=СаСО+HO
2
2
3
2
2) SO+Ca(OH)=CaSO+HO
2
2
3
2
2
3) 2NO+Ca(OH)=Ca(NO)+2HO.
Таким образом, в результате описанных химических реакций в процессе прохождения отработавших газов через три последовательно установленных в корпусе устройства фильтрующих блока, из них с большей эффективностью удаляются основные вредные вещества, чем и обеспечивается достижение технического результата.
Устройство может быть выполнено в виде сменного картриджа, который устанавливается в выхлопную систему автомобиля. Место установки устройства определяется в зависимости от конструкции выхлопной системы автомобиля.
Подача воздуха в устройство осуществляется либо с помощью дополнительной помпы со шкивом, либо электрической помпы, либо от существующих на автомобилях компрессоров или любым другим способом. Устройство имеет простую конструкцию, легко осуществимо технологически и просто в эксплуатации.