УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ

Полезная модель относится к области машиностроения и может быть использована, например, в автомобилях для очистки выхлопных газов от токсичных соединений с целью снижения загрязнения атмосферы.
Из уровня техники известно устройство электроогневой очистки выхлопных газов ДВС (Заявка на изобретение RU №97104841, опубл. 27.03.1999 г., MПK: F01N 3/00). Устройство содержит камеру электроогневого дожига токсичных газов, электроды, присоединенные к выходам высоковольтного преобразователя напряжения, топливную горелку, воздуховод в зоне электродов, устройство электроискрового зажигания смеси, а также устройство электроогневого дожигания топливной смеси и горящих выхлопных газов непосредственно в камерах сгорания двигателя и выпускных коллекторах двигателя, содержащее дополнительные электроизолированные от корпуса двигателя электроды, размещенные встречно друг другу выше изоляционной прокладки в головке блока цилиндров и в выпускных коллекторах, регулируемый высоковольтный преобразователь бортового напряжения, присоединенный по цепи электропитания к бортовой электросети, а своими выходами к этим электродам внутри камер сгорания, а также к дополнительным одноэлектродным свечам, ввернутым, например, попарно навстречу друг другу в выпускные коллекторы двигателя. Также устройство снабжено дополнительными высоковольтными преобразователями напряжения с регулируемым выходным напряжением порядка 20-40 кВ и камерой электроогневого дожига газов, размещенной в расширительной части (глушителе) выхлопной трубы, выполненной без резонансных труб, в которой последовательно размещены дополнительные воздуховод, топливопровод с топливной форсункой, и электроизолятором, топливный фильтр, вспомогательная электросвеча зажигания, содержащая электроизолятор, центральный электрод и боковой электрод, термостойкий кольцевой электрод с иглами по внутреннему периметру, размещенный в электроизолирующем кольце внутри корпуса камеры электроогневого дожига газов (глушителя) на расстоянии, превышающем длину пламени внутри выхлопной трубы на 1-3 сантиметра, причем далее по длине выхлопной трубы размещена цилиндрическая капсула с металлическими, например, алюминиевыми стружками и шариками, съемный поддон для сбора отходов, в частности их жидких фракций. В месте установки данной капсулы установлен смеситель жидкостей с вводными патрубками для подачи воды и щелочи через выходные форсунки, введенные сверху или сбоку в эту капсулу, а непосредственно за ней размещена цилиндрическая капсула с активированным гранулированным углем, и с запрессованными по ее краям запорными кольцами, обтянутыми термостойкими сетками. На выходе и входе выхлопной трубы размещены датчики токсичности выхлопных газов, и их температуры, датчик положения акселератора и датчики расхода воздуха и жидкостей. Причем датчик(и) температуры размещен(ы), например, в зоне пламени перед кольцевым электродом и между двумя капсулами. Причем выход датчика(ов) токсичности, наряду с выходами датчиков температуры газов, через системы управления высоковольтными преобразователями подключен к соответствующим высоковольтным преобразователям напряжения, выполненным с трансформаторной развязкой. Причем датчик первичного тока присоединен на вход системы управления, дополнительно на входы систем управления присоединен релейный выход датчика положения акселератора топлива, например, топливной заслонки карбюратора или положения педали газа. Устройство содержит также датчики расхода воздуха, топлива и вспомогательных жидкостей, выход которых через соответствующие регуляторы присоединен к дозатору воздуха и жидкостей, а по первичной цепи электропитания все бортовые преобразователи напряжения подключены к бортовой электросети, например, к бортовой аккумуляторной батарее (АБ). При этом все высоковольтные преобразователи напряжения идентичны и выполнены в виде повышающих индуктивно-полупроводниковых автогенераторов, например, в виде регулируемых блокинг - генераторов, с выходными высоковольтными выпрямителями.
К недостаткам данного устройства можно отнести сложность конструкции, большие затраты энергии.
Известно устройство очистки выхлопных газов дизельных автомобилей (Заявка на изобретение RU №2005109523, опубликована 10.09.2006 г., МПК: F01N 3/00). Устройство содержит разрядную камеру с входным и выходным по отношению к потоку газа концами, систему фильтров-ловушек сажевых частиц и катализаторов, узел ввода СВЧ энергии и импульсный источник СВЧ энергии. При этом разрядная камера выполнена в виде металлической трубы, заполненной диэлектриком со сквозным отверстием для прохода газа. В этом отверстии на концах камеры размещены: фильтр сажевых частиц и катализатор. Узел ввода СВЧ энергии размещен на металлической трубе камеры и содержит кожух, выполненный в виде сегмента цилиндрической поверхности, соединенной с трубой камеры боковыми и торцевыми стенками и коаксиальной с трубой камеры. В стенке последней под кожухом выполнены два окна, смещенных относительно друг друга по азимуту на 90°. В кожухе выполнено окно, к которому подсоединен прямоугольный волновод. Причем боковые стенки кожуха совмещены с продольными краями окон трубы камеры, а поперечные сечения, проходящие через торцевые стенки, совмещены с поперечными краями всех окон, широкая стенка прямоугольного волновода ориентирована вдоль оси устройства.
К недостаткам данного устройства можно отнести сложность конструкции и недостаточную степень очистки газов от вредных примесей.
Известно устройство для очистки выхлопных автомобильных газов от частиц (Заявка на изобретение RU №2007144923, опубликована 10.06.2009 г., МПК: F01N 3/02). Устройство для очистки выхлопных автомобильных газов от частиц, встраиваемое на автомобильную выхлопную трубу, содержащее корпус и акустический четвертьволновой резонатор, выполненный в виде кольцевого четвертьволнового резонатора. При этом устройство с одной стороны закрыто отражательной крышкой, а внутри корпуса устройство имеет одностороннее упорное кольцо. Причем между односторонним упорным кольцом и отражательной крышкой размещена цилиндрическая втулка, имеющая отверстия для сообщения внутренней кольцевой полости четвертьволнового резонатора с внутренней полостью цилиндрической втулки, а между торцом корпуса и односторонним упорным кольцом по окружности корпуса расположен ряд отверстий для выхода выхлопного газа, очищенного от частиц.
К недостаткам данного устройства можно отнести недостаточную степень очистки газов от вредных примесей.
Наиболее близким к заявляемому является устройство для очистки выхлопного газа двигателя внутреннего сгорания (Заявка на изобретение RU №98108597, опубл. 27.02.2000 г., МПК: F01N 3/08), которое выбрано в качестве прототипа. Устройство содержит генератор напряжения и выхлопной трубопровод для сбора и выброса наружу газа. Выхлопной трубопровод соединен с корпусом, в котором помещают ионизационную ячейку для производства разряда электронов и формирования ионизирующей части вдоль пути газа, электронную схему, которая питается от источника. Разряд производят таким образом, что электроны приобретают скорость, достаточную для разрывания периферийных электронных связей молекул газа и освобождения ионных молекул незагрязняющего вещества. Причем в ячейке помещают круговые симметричные электродные устройства. При этом электродные устройства включают, по крайней мере, одну пару коаксиальных катодов с круговой симметрией, каждый из которых имеет ряд металлических проволок, которые расположены на наружной кромке каждого из катодов, для образования круговой щетки. При этом проволоки направляют электроны по существу радиально к аноду, который размещен коаксиально вокруг катода. Причем катоды попарно соединены друг с другом стержнем определенной длины, а стержень, в свою очередь, соединен с помощью изолирующего устройства с электрическим выводом, который установлен на корпусе.
К недостаткам данного устройства можно отнести сложность конструкции и невысокую эффективность очистки выхлопных газов.
2
Известные устройства и фильтры для очистки выхлопных газов от вредных выбросов применяют принцип фильтрации оксидов драгоценными элементами (серебро, платина, палладий, радий и др.) или гидроокись двухвалентного железа и др. (катализатор) или применяют дожигание топлива дополнительной подачей воздуха или кислорода, доводя оксид СО до СО. Они имеют ограниченный ресурс (не более 100 зажиганий), так как ячейки фильтров забиваются и не подлежат очистке, их активный слой не восстанавливается и ни одно из известных устройств не возвращает в атмосферу кислород.
Предлагаемое устройство для очистки выхлопных газов отличается тем, что с целью разрушения молекул оксидов и получения кислорода от разрушенной молекулы, применяют дробный электрический разряд, который разрушает связи атомов между собой, что позволяет экономить электроэнергию и повысить степень очистки выхлопных газов.
2
Цель полезной модели состоит в том, чтобы вредные выбросы СО, NO, образующиеся при работе двигателя внутреннего сгорания, распадались на элементы: углерод и кислород, азот и кислород, благодаря ударному действию электрических разрядов, воздействующих на молекулы оксидов.
Технический результат предлагаемого технического решения заключается в упрощении конструкции устройства, снижении энергозатрат, повышении эффективности очистки выхлопных газов от токсичных соединений с целью снижения загрязнения атмосферы.
Технический результат достигается тем, что устройство для очистки выхлопных газов содержит электронную схему, выхлопной трубопровод для сбора и выброса газа, а также установленный и закрепленный на выхлопном трубопроводе корпус. При этом электронная схема выполнена в виде единого блока преобразователя энергии, включающего электродвигатель, реле-распределитель, индукционную катушку и коммутатор. Блок преобразователя энергии посредством проводов соединен с реактором, включающим установленные и закрепленные в корпусе разрядники, искровые промежутки которых находятся внутри корпуса и расположены 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°. Напротив искровых промежутков 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.
Сущность полезной модели поясняется рисунками Фиг.1-Фиг.3, где
Фиг.1 - структурная схема блока преобразования энергии;
Фиг.2 - конструкция реактора для очистки выхлопных газов;
Фиг.3 - сечение А-А Фиг.2 (направляющий аппарат);
Фиг.4 - сечение Б-Б Фиг.2;
Устройство для очистки выхлопных газов содержит электронную схему в виде преобразователя энергии 1, а также реактор 2, корпус 3 которого установлен на выхлопном трубопроводе 4, например, автомобиля.
Преобразователь энергии 1 (Фиг.1), питающийся от аккумулятора 5 автомобиля, предназначен для преобразования постоянного тока 12 В в пульсирующий ток 16-18 кВ. Конструктивно преобразователь энергии 1 представляет собой электронную схему, включающую размещенные в едином корпусе электродвигатель (12В) 6, реле-распределитель 7, коммутатор 8 и индукционную катушку 9. Преобразователь энергии 1 может быть установлен в любом удобном месте автомобиля ближе к выхлопному трубопроводу 4 (например, в багажнике легкового автомобиля). При этом он соединен посредством высоковольтных проводов 10 (например, через отверстие в днище автомобиля) с разрядниками 11 реактора 2.
Реактор 2 (Фиг.2), установленный и закрепленный посредством корпуса 3 цилиндрической формы на выхлопной трубопровод 4 автомобиля, включает разрядники 11 с искровыми промежутками 12, направляющий аппарат 13, ребра-ловушки 14, а также бункер 15 с окном 16 и крышкой 17 с поджимной пружиной 18.
При этом разрядников 11 с искровыми промежутками 12 расположены внутри корпуса 3 реактора 2 по спирали относительно центральной оси корпуса реактора (например, по спирали Архимеда) и по винтовой линии относительно поверхности корпуса реактора с шагом D/2, где D - диаметр корпуса. Причем угол наклона разрядников к центральной оси реактора α может находиться в диапазоне 22°-90°, в зависимости от типа автомобиля. Причем каждый искровой промежуток находится на определенном расстоянии от центральной оси корпуса реактора. Эти расстояния отличны друг от друга из-за расположения разрядников на корпусе реактора по спирали. Количество разрядников 11 в реакторе 2 различно для разного типа машин. Например, для легковых машин требуется меньшее число разрядников, чем для грузовых, в связи с тем, что у них разные мощности и диаметры выхлопных трубопроводов.
Направляющий аппарат 13 (Фиг.3), установленный внутри корпуса реактора перед разрядниками, выполнен в виде круглой пластины с отверстиями, количество которых соответствует количеству искровых промежутков 12 первого со стороны направляющего аппарата 13 ряда разрядников 11. При этом каждое отверстие направляющего аппарата 13 расположено напротив определенного искрового промежутка 12.
После разрядников внутри корпуса размещены и закреплены ребра-ловушки 14, на которых оседает угольная пыль, выполненные также по винтовой линии. Последний виток ребра-ловушки 14 заканчивается бункером 15 с окном 16 для сбора твердых частиц, установленным с внешней стороны корпуса 3 реактора 2. При этом бункер 15 является съемным и имеет в нижней части откидывающуюся крышку 17 с поджимной пружиной 18.
2
2
2
2
2
2
Работа устройства для очистки выхлопных газов осуществляется следующим образом. При включении энергии от аккумулятора 5 автомобиля ток поступает на привод преобразователя энергии 1. Электродвигатель 6 (12В) приводит во вращение реле-распределитель 7, который генерирует импульсы тока, трансформирующиеся индукционной катушкой 8 и коммутатором 9 в высоковольтные импульсы, которые подаются посредством высоковольтных проводов 10 на разрядники 11 реактора 2. В искровых промежутках 12 разрядников 11, куда подаются струи выхлопного газа из выхлопного трубопровода 3 автомобиля через отверстия направляющего аппарата 13, происходит процесс расщепления вредных примесей СО и NO на элементы С и О, N и O. Благодаря ударному воздействию электрического разряда на молекулы СО и NO, атомы оксидов распадаются, поскольку потенциальная энергия, удерживающая атомы в молекуле, оказывается меньше, чем энергия, сообщаемая дробным электрическим разрядом. Причем процесс разрушения молекул СО и NO производится по всей площади сечения выхлопного трубопровода 4, так как во многих точках происходят разряды, что обусловлено конструкцией реактора 2, а именно: расположением разрядников по винтовой линии и на разных расстояниях от оси реактора по спирали, чтобы перекрыть максимально площадь сечения корпуса 3 реактора 2, а также благодаря определенному углу наклона разрядников 11, что позволяет обеспечить максимальную обдуваемость искрового промежутка. Дальше газ, расщепленный на углерод (угольную пыль), кислород и азот, устремляется по винтовой линии ребер-ловушек 14, закрепленных внутри корпуса 3 реактора 2, приобретает вращательное движение. Частицы угольной пыли, как более тяжелая масса газа, при вращении, благодаря центробежной силе, прижимаются к стенке и выносятся в бункер 15, так как последний виток ребра-ловушки 14 подводит эту пыль к окну 16 бункера 15. Остальные компоненты выхлопа - кислород и азот выносятся в атмосферу и не засоряют легкие людей ядовитыми примесями, которые отсутствуют в выхлопе. В целях защиты от пыли, грязи, влаги, а также устранения радиопомех устройство для очистки выхлопных газов может быть защищено кожухом 19.
В результате работы устройства для очистки выхлопных газов, как показали лабораторные исследования (протокол прилагается), степень очистки выхлопа составила около 87%, потребляемая энергия - 120-200 Вт, выход кислорода - 1,24%. Засорению устройство не подлежит, так как разрядники очищаются от углерода кислородом, образующимся при распаде оксидов. Таким образом, ресурс работы устройства не ограничен.