УСТРОЙСТВО ДЛЯ УЛАВЛИВАНИЯ И ПОГЛОЩЕНИЯ ТВЕРДОЙ, ЖИДКОЙ И ГАЗОВОЙ ФАЗ ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ ТОПЛИВА
DEVICE FOR COLLECTION AND ABSORPTION OF SOLID, LIQUID AND GASEOUS PHASES OF FUEL COMBUSTION PRODUCTS

Изобретение относится к области струйной техники. Оно позволяет уменьшать поступление вредных примесей продуктов сгорания топлива в атмосферу. В предложенном устройстве улавливается и поглощается твердая, жидкая и газовая фазы продуктов сгорания топлива при работе различных технических устройств, в том числе автомобилей. Для этого на выходе из камеры сгорания помещают жидкоструйный насос, в приемную камеру которого одновременно с продуктами сгорания топлива по специальному патрубку из атмосферы засасывается воздух, который перемешивается там с продуктами сгорания топлива и рабочей жидкостью в турбулентном режиме. Аэрированная рабочая жидкость циркулирует под давлением, создаваемым компрессором, по замкнутому трубопроводу между двумя бачками-отстойниками, с двумя кранами для залива и слива рабочей жидкости, с двумя клапанами для выпуска отработанных газов и дымов, а также с клапанами, соединяющими компрессор и насос с бачками-отстойниками.
Технический результат изобретения - создание устройства для улавливания и поглощения твердой, жидкой и газовой фаз продуктов сгорания топлива, в том числе канцерогенных.
Известно устройство жидкостного нейтрализатора, в рабочей жидкости которого происходят поглощение и химические превращения продуктов сгорания топлива [А.Г.Витошкин. Процессы и аппараты газоочистки. Учебное пособие. Пенза: Издательство ПГУ. 2006, http//...........].
К его недостаткам относятся относительно небольшое содержание кислорода в жидкости, малая эффективность удаления из продуктов сгорания топлива окиси, двуокиси азота, недостаточное улавливание рабочей жидкостью бензпирена, альдегидов и частиц сажи, отсутствие турбулентного перемешивания отработанного вещества с жидкостью в нейтрализаторе, значительное сопротивление жидкости при проникновении в нее продуктов сгорания топлива.
Известно устройство жидкоструйного насоса [Б.Н.Швилкин, В.Б.Шемель. Устройство для получения потоков распыляемых жидкостей. Патент РФ №2095636. 1995], откачивающее газы, пары, парогазовые смеси, мелкие частички, увлекаемые струей рабочей жидкости, выбрасываемой из насоса.
Недостатком такого устройства является невозможность улавливания и сохранения жидкостью жидкоструйного насоса в замкнутом объеме твердой, жидкой и газовой фаз продуктов сгорания топлива, отсутствие аэрированной жидкости.
Техническая задача, решаемая в предлагаемом изобретении, заключается в эффективном улавливании и поглощении твердой, жидкой и газовой фаз продуктов сгорания топлива и сохранении их в замкнутом объеме.
Поставленная задача достигается с помощью помещенного на выходе из камеры сгорания жидкоструйного насоса, в приемную камеру которого одновременно с продуктами сгорания топлива по специальному патрубку из атмосферы засасывается воздух, который перемешивается там с продуктами сгорания и рабочей жидкостью в турбулентном режиме, причем аэрированная рабочая жидкость циркулирует под давлением, создаваемым компрессором, по замкнутому трубопроводу между двумя бачками-отстойниками, с двумя кранами для залива и слива рабочей жидкости, двумя клапанами для выпуска отработанных газов и дымов, а также с клапанами, соединяющими компрессор и насос с бачками-отстойниками.
В предлагаемом изобретении впервые предложено новое устройство с использованием установленного на выходе из камеры сгорания жидкоструйного насоса, в приемную камеру которого одновременно с продуктами сгорания топлива по специальному патрубку из атмосферы засасывается воздух, причем аэрированная рабочая жидкость, интенсивно перемешанная в турбулентном режиме с продуктами сгорания топлива, циркулирует под давлением, создаваемым компрессором, по замкнутому трубопроводу между двумя бачками-отстойниками с двумя кранами для залива и слива рабочей жидкости, с двумя клапанами для выпуска отработанных газов и дымов, а также с клапанами, соединяющими компрессор и насос с бачками-отстойниками.
Изобретение поясняется чертежом. Устройство состоит из жидкоструйного насоса 1, расположенного на выходе из камеры сгорания топлива 2. Через отверстие 3 в приемную камеру насоса 4 одновременно с отработанным веществом выхлопа по патрубку 5 из атмосферы засасывается воздух через игольчатый натекатель 6, плавно регулирующий его поток. В приемной камере 4 происходит интенсивное турбулентное перемешивание продуктов сгорания топлива, воздуха и рабочей жидкости. Аэрированная жидкость насоса циркулирует под давлением, создаваемым компрессором 7, между двумя бачками-отстойниками 8 и 9, с двумя кранами для залива и слива рабочей жидкости 10 и 11, с двумя клапанами для выпуска выхлопных газов 12 и 13, с двумя клапанами 14 и 15, соединяющими компрессор попеременно с бачками-отстойниками, с двумя клапанами 16 и 17 между насосом и бачками-отстойниками, а также с клапанами 18 и 19 для передачи рабочей жидкости из бочков-отстойников в насос.
При первом цикле работы устройства открывается клапан 14 и компрессор 7 выталкивает рабочую жидкость из первоначально заполненного бачка-отстойника 8 через открытый клапан 18 в насос 1 и из него через открытый клапан 17 в первоначально пустой бачок-отстойник 9. При этом клапаны 12, 15, 16 и 19 закрыты, а клапан 13 открыт.
После опорожнения бачка 8 и наполнения бачка 9 открывается клапан 15 и компрессор 7 выталкивает теперь рабочую жидкость из бочка-отстойника 9 через открытый клапан 19, насос 1 и открытый клапан 16 в бачок 8. При этом клапаны 13, 14, 17 и 18 закрыты, а клапан сброса выхлопных газов 12 открыт.
Указанный процесс непрерывно повторяется. В автомобиле он начинается с момента включения двигателя.
22
3
3
4
3
3
19
20
22
Принцип действия предлагаемого устройства испытывался при работе легковых автомобилей Иж-412 и Жигули девятой модели. Струя от водоструйного насоса пропускалась через заглушенную выхлопную трубу. Наличие заглушки не препятствовало работе двигателя, поскольку струя воды увлекала и выводила выхлопные газы, твердую и жидкую фазы продуктов неполного сгорания топлива автомобиля. Расчет показывает, что автомобиль, проезжая 50 км за 1 час, расходует 3,5 литра бензина или около 0,7 г/с. Если даже считать, что в процессе сгорания бензин превращается в газ с молекулярным весом 30, то такое количество бензина создает примерно 1,5·10 частиц в секунду. Поскольку в выхлопе содержится значительное количество более тяжелых частиц, то число частиц в 1 см будет меньше. С другой стороны, производительность водоструйного насоса ВВН-1 при давлении струи воды 3 атм и входном давлении 4 кПа составляет 3,5 Па·м/c=2,7·10 мм рт.ст.см/с [Е.С.Фролов и др. Вакуумная техника. М.: Машиностроение. 1992]. Так как при нормальных условиях в 1 см содержится около 3·10 молекул, то насос при этих условиях удаляет 8·10 молекул в секунду, а при атмосферном давлении газа в 30 раз больше, т.е. примерно 2,4·10 молекул. Следовательно, водоструйный насос ВВН-1 позволяет удалять из выхлопной трубы практически все частицы продукта горения топлива.
Одновременный засос в приемную камеру водоструйного насоса отработанного топлива и атмосферного воздуха при использовании специального патрубка при наличие в ней воды (см. рисунок) сопровождается протеканием ряда химических реакций (см., например, [Б.В.Некрасов. Курс общей химии. М.: Госнаучтехиздат химической литературы, 1954]).
2
2
3
Соединение ядовитого окисла азота NO из выхлопа с кислородом воздуха, поступающим по патрубку 5 в камеру перемешивания 4, приводит к образованию в ней двуокиси азота. Дальнейшее растворение NO в воде в турбулентном режиме внутри приемной камеры насоса сопровождается возникновением азотистой HNO и азотной HNO кислот. Растворение двуокиси азота ведется в присутствии избытка кислорода воздуха в аэрированной жидкости. Очевидно, что при этих условиях достигается большая эффективность перевода двуокиси азота в азотную кислоту. Эта кислота растворяется в рабочей жидкости насоса.
2
2
Таким образом, подсос воздуха из атмосферы позволяет эффективно преобразовывать окись и двуокись азота, появляющиеся при сгорании топлива, в азотную кислоту, растворяющуюся в рабочей жидкости устройства, циркулирующей по замкнутому трубопроводу, что ведет к снижению токсичности выхлопных газов. Происходит это из-за того, что избыточный кислород аэрированной воды в предлагаемом устройстве способствует протеканию окислительных реакций. Протеканию реакции благоприятствует также турбулентное перемешивание продуктов сгорания топлива, атмосферного воздуха и воды внутри жидкоструйного насоса. Турбулентное перемешивание отработанных веществ и рабочей жидкости ведет также лучшему захвату ею бензпирена, альдегидов и частиц сажи. Газовая составляющая продуктов горения (N, CO и другие газы), поглощаемая струей воды, улетучивается из рабочей жидкости насоса через клапаны 12 и 13 (см. рисунок). Твердая и жидкая фазы продуктов сгорания топлива собираются в бачках-отстойниках устройства и периодически утилизируются.
В предложенном изобретении впервые дается новое решение улавливания и поглощения твердой, жидкой и газовой фаз продуктов сгорания топлива рабочей жидкостью жидкоструйного насоса, циркулирующей по замкнутому трубопроводу. Уловленные продукты отработанного топлива периодически сливаются из бачков отстойников по мере их наполнения вместе с рабочей жидкостью насоса для последующей утилизации. В систему же заливается новая жидкость.
Предлагаемое устройство можно использовать, например, в автомобилях, работающих на бензине и дизельном топливе, устанавливать на трубах, выпускающих продукты сгорания топлива в целях оздоровления экологического климата в атмосфере. В быту устройство может найти применение, например, в каминах, топка которых запрещена в ряде стран законом, к примеру в Великобритании, по экологическим соображениям. При этом тепло от продуктов сгорания топлива можно использовать для отопления помещений.
Устройство позволит улавливать и поглощать твердую, жидкую и газовую фазы продуктов сгорания топлива, содержащего огромное количество химических соединений. Оно уменьшает поступление вредных веществ, в том числе канцерогенных, в атмосферу из выхлопных труб и дымоходов.