НЕЙТРАЛИЗАТОР ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ
WASTE GASES NEUTRALISER

Изобретение относится к средствам нейтрализации токсических составляющих отработавших газов двигателей внутреннего сгорания, например дизельных.
Известен нейтрализатор отработавших газов, содержащий корпус, снабженный впускным и выпускным патрубками, два катализатора на сотовой основе, дожигатель отработавших газов, рабочие полости обоих катализаторов сообщены между собой кольцевым каналом, выполненным с возможностью поворота потока на 180° в месте размещения дожигателя [а.с. СССР №1746000, МПК F01N 3/10, опубл. 07.07.92, БИ №25 авторы Ивлиев А.В. и др. «Нейтрализатор отработавших газов»].
Недостатком нейтрализатора отработавших газов является низкое качество очистки выхлопных газов от продуктов неполного сгорания топлива.
Известен нейтрализатор отработавших газов, содержащий корпус, впускной и выпускной патрубки, завихритель, дожигатель и катализатор на сотовом носителе, размещенный в корпусе, отличающийся тем, что он дополнительно содержит носитель активного вещества, при этом носитель активного вещества выполнен в виде цилиндра с отверстиями малого диаметра в верхней части с установленным внутри него нагревательным элементом и съемной пробкой, а дожигатель имеет две ступени, каждая из которых представляет собой электрический нагреватель, выполненный в виде сетки, но с разной величиной ячеек и закрепленный в корпусе нейтрализатора [Патент РФ №2175391, МПК F01N 3/02, опубл. 27.10.2001, БИ №30 авторы Гордивский В.Н. и др. «Нейтрализатор отработавших газов»].
Недостатком нейтрализатора отработавших газов является низкое качество очистки выхлопных газов от продуктов неполного сгорания топлива.
Данное техническое решение выбрано авторами в качестве прототипа.
Техническим результатом является повышение качества очистки выхлопных газов от продуктов неполного сгорания топлива.
Технический результат достигается тем, что в нейтрализаторе отработавших газов, содержащем корпус по концам с крышками с впускным и выпускным патрубками, завихритель и дожигатель, завихритель установлен во входном патрубке крышки корпуса, в корпусе коаксиально его стенке жестко закреплен цилиндрический кольцевой контейнер, который заполнен гидридом металла, внутренняя стенка контейнера выполнена перфорированной, дожигатель выполнен из металлической сетки в форме цилиндра, который закреплен к крышкам нейтрализатора через изоляторы, внутри нейтрализатора по его оси установлен цилиндрический контейнер, который выполнен из двух отсеков, один отсек выполнен перфорированным и заполнен активным веществом, а в другом отсеке выполнены выпускные окна на уровне разъема крышки и закреплен контейнер внутри выходного патрубка крышки. В качестве активного вещества используют перманганаты щелочных и щелочноземельных металлов, в качестве гидридов металлов используют гидриды, которые выделяют водород при их нагреве, как например, гидрид магния или гидрид алюминия, а корпус нейтрализатора выполнен из кислостойких и корозионностойких материалов.
Наличие в устройстве перфорированного цилиндрического контейнера с гидридом металла позволяет доставлять водород в зону нейтрализации выхлопных газов при нагреве гидрида металла температурой выхлопных газов, тем самым осуществлять дожигание токсичных составляющих выхлопных газов водородом в присутствие кислорода.
Расположение нагревательных элементов вдоль корпуса по всей его длине и между перфорированным цилиндрическим контейнером с гидридом металла и цилиндрическим контейнером с активным веществом активирует процесс нейтрализации и дожигания продуктов неполного сгорания топлива по всей длине корпуса, а также обеспечивает нагрев гидрида металла и активного вещества перед пуском двигателя.
На фиг.1 - нейтрализатор отработавших газов, на фиг.2 - разрез А-А фиг.1.
Нейтрализатор отработавших газов содержит корпус 1 с двумя крышками 2, входной 3 и выходной 4 патрубки, завихритель 5, дожигатель 6 из металлической сетки в форме цилиндра, который закреплен изоляторами 7 к крышкам корпуса, перфорированный цилиндрический контейнер 8 в форме кольца с гидридом металла, жестко установленный в выходном патрубке цилиндрический контейнер 9 с активным веществом и выходными окнами 10.
Нейтрализатор отработавших газов работает следующим образом.
Выхлопные газы поступают в корпус нейтрализатора через входной патрубок, который расположен в крышке корпуса. Во входном патрубке размещен завихритель. Пройдя через завихритель, выхлопные газы закручиваются в спираль и далее направляются в корпус нейтрализатора, в кольцевой зазор, образованный перфорированным цилиндрическим кольцевым контейнером 8, который заполнен гидридом металла и перфорированным цилиндрическим контейнером 9, который заполнен активным веществом. Перфорированный цилиндрический контейнер 9 выполнен из двух отсеков: один отсек выполнен перфорированным и заполнен активным веществом, а в другом отсеке выполнены выпускные окна 10 на уровне разъема крышки 2. Для удобства смены активного вещества перфорированный цилиндрический контейнер 9 закреплен в выпускном патрубке 4 крышки 2 нейтрализатора.
Между перфорированным цилиндрическим кольцевым контейнером 8, который установлен коаксиально корпусу нейтрализатора, и перфорированным цилиндрическим контейнером 9 установлен дожигатель, выполненный из металлической сетки в форме цилиндра, который закреплен изоляторами 7 к крышкам 2. Дожигатель выхлопных газов подключен к источнику постоянного напряжения 24 B. От источника питания металлическая сетка дожигателя нагревается до температуры порядка 600°C и перед пуском двигателя дожигатель обеспечивает нагрев гидрида металла и активного вещества до необходимой температуры, а далее в ходе работы нейтрализатора дожигатель частично нагревается теплом, выделяющимся в ходе доокисления продуктов неполного сгорания топлива.
При прохождении выхлопных газов через корпус нейтрализатора происходит теплообмен между выхлопными газами, имеющими температуру порядка 400°C, с гидридом металла и активным веществом. Нагреваясь, гидрид металла выделяет водород, а активное вещество выделяет кислород. Водород выходит через перфорацию из перфорированного кольцевого контейнера 8, а кислород выходит из перфорированного цилиндрического контейнера 9, и попадают в кольцевой зазор, который образован этими контейнерами. Попав на дожигатель, водород и кислород доокисляют продукты неполного сгорания топлива и нейтрализуют их токсичные свойства.
4
В качестве активного вещества могут применятся перманганаты щелочных и щелочноземельных металлов, которые являются сильными окислителями и способны высвобождать кислород при их нагреве от выхлопных газов. Например, перманганат калия KМnO при нагреве до температуры в 300°C бурно выделяет кислород:
4
4
2
2
2KMnO=KMnO+MnO+O
2
В качестве гидридов металлов могут применятся, например, гидрид алюминия, который выделяет водород при нагреве до температуры в 105°C, или гидрид магния, который выделяет водород при нагреве до температуры в 300°C, и другие гидриды металлов, способные выделять водород при их нагреве выхлопными газами. Например, гидрид магния MgH при нагреве до 300°C выделяет водород:
2
2
MgH=Mg+Н
Из всего ряда гидридов металлов наиболее предпочтительным является использование гидрида магния, так как содержание водорода в нем наибольшее и достигает 7% от массы гидрида магния, следовательно, ресурс его работы будет максимальным.
Оксид углерода доокисляется кислородом на сетке дожигателя по уравнению:
2
2
2CO+O=2CO
Сажа доокисляется кислородом на сетке дожигателя по уравнению:
2
2
С+O=2CO
Несгоревшие углеводороды, например метан, доокисляется кислородом на сетке дожигателя по уравнению:
4
2
2
2СН+O=CO+4Н
Пройдя через корпус нейтрализатора, обезвреженные выхлопные газы выходят через выпускные окна 10, которые выполнены во втором отсеке цилиндрического контейнера 9.
Предлагаемый нейтрализатор отработавших газов позволяет повысить качество очистки выхлопного газа от продуктов неполного сгорания топлива в 2-2,5 раза, в частности таких, как оксид углерода (не менее 85%), несгоревших углеводородов (не менее 91%), сажи (не менее 95%), и нейтрализовать токсичные составляющие выхлопных газов.