Устройство нейтрализации токсичных выхлопных газов тепловых двигателей

 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к устройствам нейтрализации выхлопных газов тепловых двигателей, преимущественно ДВС. Устройство содержит выходящий из двигателя выпускной трубопровод, соединенный с реактором, в который введен дополнительный трубопровод подачи озонированного воздуха. В последний встроена камера, сопряженная на входе с нагнетателем воздуха (электровентилятором или микрокомпрессором), а на выходе - с указанным дополнительным трубопроводом. В камере коаксиально расположена ртутно-кварцевая газоразрядная лампа (озонатор). Камера имеет цилиндрическую форму с отражающими УФ-излучение стенками. Устройство обладает повышенной эффективностью преобразования кислорода в озон и универсальностью применения для различных типов тепловых двигателей. 3 з.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к устройствам, нейтрализующим токсичность выхлопных газов тепловых двигателей, преимущественно двигателей внутреннего сгорания.

Устройство предназначено для нейтрализации (дожигания) продуктов неполного сгорания топлива, главным образом токсичных оксидов углерода (CO), оксидов азота (NO₂ и NO_x), диоксида серы (SO₂), канцерогенного углеводорода - бензопирена и др. в выхлопных газах автомобилей, тракторов, самоходных средств, судов и других установок.

Устройство может быть использовано также для дожигания недоокисленных газов и твердых частиц в выхлопе дизельных двигателей.

Известно устройство (патент СССР N 1808096, F 01 N 3/00, 1983) для уменьшения выноса вредных частиц с выхлопными и топочными газами, содержащее выпускной трубопровод, источник обогащенного кислородом газа и двух изолированных друг от друга электродов, один из которых размещен коаксиально в трубопроводе. Электроды подключены к высоковольтному генератору, создающему искровой или тлеющий разряд в трубе.

Недостатки устройства обусловлены сложностью конструкции из-за необходимости монтажа высоковольтных электродов непосредственно в зоне выпускного трубопровода. Кроме того, указанные электроды в процессе эксплуатации будут существенно загрязняться продуктами неполного сгорания топлива в двигателе.

Известен двигатель внутреннего сгорания (авторское свидетельство СССР N 1802183, F 01 N 3/08, 1993), содержащий подключенный к двигателю выпускной трубопровод и соединенный с им дополнительный трубопровод подачи вторичного воздуха с установленным в нем обратным клапаном. Дополнительный трубопровод на входе сопряжен с источником озонирования, в качестве которого использован распределитель зажигания, генерирующий коронный разряд в воздухе между используемым в качестве электрода бегунком и неподвижными контактами распределителя. Коронный разряд частично ионизирует и преобразует в озон поступающий в распределитель атмосферный воздух.

Недостатки устройства связаны с низкой эффективностью преобразования кислорода в озон в предложенной электродной системе, имеющего к тому же ограниченную область применения - только для двигателей с распределителем зажигания.

Известно устройство нейтрализации токсичных выхлопных газов тепловых двигателей, содержащее выходящий из двигателя выпускной трубопровод, соединенный противоположным концом с реактором, и введенный в реактор дополнительный трубопровод подачи воздуха со встроенным в него агрегатом озонирования (авторское свидетельство SU N 1560741 A1, кл. F 01 N 3/08, 1990) - прототип.

Однако известное устройство недостаточно эффективно, сложно по конструкции и ненадежно.

Задачей изобретения является создание устройства нейтрализации токсичных выхлопных газов тепловых двигателей любой конструкции, имеющего повышенную эффективность преобразования кислорода в озон, и, как следствие, более эффективную нейтрализацию токсичных выхлопных газов, обладающего универсальностью применения для различных типов тепловых двигателей, независимо от принципа действия, природы используемого топлива и предъявляемых требований по устойчивости к изменению внешних и внутренних условий работы двигателя.

Поставленная задача достигается тем, что в устройстве нейтрализации токсичных выхлопных газов тепловых двигателей, содержащем выходящий из двигателя выпускной трубопровод, соединенный противоположным концом с реактором, и введенный в реактор дополнительный трубопровод подачи воздуха со встроенным в него агрегатом озонирования, последний выполнен в виде камеры, сопряженной на входе с нагнетателем атмосферного воздуха, а на выходе - с дополнительным трубопроводом, внутри камеры коаксиально установлена ртутно-кварцевая газоразрядная лампа, подключенная к пускорегулирующей и питающей аппаратуре.

Достижению поставленной цели способствует и то, что стенки камеры покрыты отражающим УФ-излучение слоем материала, например, диффузно рассеивающим оптическое излучение слоем моноокиси кремния или слоем высокочистого алюминия.

Поставленная цель достигается и тем, что нагнетатель атмосферного воздуха выполнен в виде электровентилятора, например, центробежного электровентилятора.

И, наконец, еще одним средством достижения цели изобретения является то, что нагнетатель атмосферного воздуха выполнен в виде микрокомпрессора.

Один из наиболее предпочтительных вариантов исполнения устройства согласно изобретению изображен на чертежах.

На фиг. 1 - устройство нейтрализации токсичных выхлопных газов тепловых двигателей, вид сбоку, частично в размере; на фиг. 2 - блок-схема подключения устройства к пускорегулирующей и питающей аппаратуре.

Показанное на фиг. 1 устройство нейтрализации токсичных выхлопных газов теплового двигателя, в частности двигатель внутреннего сгорания, содержит выходящий из двигателя 1 выпускной трубопровод 2 выхлопных газов, соединенный противоположным концом с реактором 3, в который введен также дополнительный трубопровод 4 для подачи озонированного воздуха и смешания его с выхлопными газами двигателя 1 (показано стрелками). Реактор 3 может быть совмещен с глушителем двигателя.

В дополнительный трубопровод 4 подачи воздуха встроен агрегат озонирования воздуха, выполненный в виде цилиндрической камеры 5 оптического озонирования воздуха ультрафиолетовым излучением, сопряженной на входе с нагнетателем 6 атмосферного воздуха, а на выходе - с упомянутым трубопроводом 4. Камера 5 выполнена в виде полого цилиндра из кварцевого стекла 6, покрытого изнутри или снаружи отражающим УФ-излучение слоем 7, например диффузно рассеивающим оптическое излучение слоем моноокиси кремния или слоем высокочистого алюминия соответственно, и установлена внутри разъемного металлического кожуха 8. Камера герметично соединена с нагнетателем 6 и трубопроводом 4. Кожух 8 выполнен с откидывающейся крышкой 9 с замками 10.

Внутри цилиндрической камеры 5 коаксиально установлена съемная ртутно-кварцевая газоразрядная лампа (озонатор) 11, омываемая потоком атмосферного воздуха, подаваемого в камеру 5 нагнетателем 6.

В качестве нагнетателя 6 атмосферного воздуха используется центробежный электровентилятор (фиг. 1). В одном из вариантов исполнения устройства в качестве нагнетателя 6 атмосферного воздуха может быть использован микрокомпрессор (на фиг. 1 не показан).

Входной канал камеры 5 перекрыт воздушным фильтром 12, предотвращающим попадание пыли в камеру 5 оптического озонирования воздуха.

Ртутно-кварцевая газоразрядная лампа (озонатор) 11 подключена к пускорегулирующей и питающей аппаратуре 13 (фиг. 2), выполненной на базе электрического преобразователя и зажигающего устройства с импульсным трансформатором (не показано). Пускорегулирующая и питающая аппаратура 13, а также электровентилятор 6 (или микропроцессор) подключены к первичному электрическому источнику питания 14, например к автомобильному аккумулятору через коммутатор 15, который может быть электрически связан с пусковым устройством 16 двигателя 1.

Агрегат оптического озонирования воздуха может также включаться и выключаться через коммутатор 15 автономно, нажатием кнопки в салоне транспортного средства или другого агрегата, например, при эксплуатации в черте населенных пунктов и городов.

Устройство нейтрализации токсичных выхлопных газов тепловых двигателей работает следующим образом.

При включении двигателя 1 выхлопные газы поступают по выпускному трубопроводу 2 в реактор 3, где встречаются с потоком озонированного воздуха (показано стрелками), выходящими из дополнительного трубопровода 4. Одновременно с запуском двигателя 1 включается нагнетатель 6 атмосферного воздуха (электровентилятор или микропроцессор), подающий воздух в камеру 5 оптического озонирования его УФ-излученнием. Одновременно с включением нагнетателя (или нажатием кнопки коммутатора 15) пускорегулирующая и питающая аппаратура 13 включает ртутно-кварцевую газоразрядную лампу 11 (озонатор), генерирующую газоразрядную лампу с оптическим излучением преимущественно в ультрафиолетовой области спектра с длинами волн 180-400 нм, проходящим через кварцевые стенки колбы лампы 11. Это излучение способствует фотоионизации кислорода продуваемого воздуха и преобразованию его части в озон по формуле: Эффективность озонирования продуваемого атмосферного воздуха из камеры 5 в трубопровод 4 повышается также за счет выполнения ее стенок из кварцевого стекла, покрытого слоем, отражающим УФ-излучение.

Нейтрализация (доокисление) токсичной окиси углерода и других вредных компонентов выхлопных газов осуществляется в реакторе 3, откуда доокисленные нейтрализованные газы выбрасываются в атмосферу. Реакция взаимодействия, например, окиси углерода с озоном в реакторе 3 происходит по схеме: Преимущества предложенного устройства вытекают из возможности высокой эффективности озонирования газа, поступающего в реактор, что способствует более эффективному доокислению и нейтрализации токсичных примесей выхлопных газов двигателя.

Замена лампы 11 в устройстве выполняется путем открывания замков, открывания крышки 9 и извлечения из разъемного металлического кожуха 8 камеры 5 оптического озонирования. После замены лампы 11 камера снова устанавливается в гнездо кожуха 8.

Преимуществом устройства является также универсальность применения его для различных типов тепловых двигателей, независимо от принципа действия, природы сжигаемого топлива. Эффективность нейтрализации токсичных выхлопных газов путем их доокисления озоном в реакторе (в камере глушителя) мало зависит от изменения внешних (погодных) и внутренних (режим работы) условий работы двигателя.

Формула изобретения

1. Устройство нейтрализации токсичных выхлопных газов тепловых двигателей, содержащее выходящий из двигателя выпускной трубопровод, соединенный противоположным концом с реактором, и введенный в реактор дополнительный трубопровод подачи воздуха со встроенным в него агрегатом озонирования, отличающееся тем, что агрегат озонирования выполнен в виде камеры, сопряженной на входе с нагнетателем атмосферного воздуха, а на выходе - с дополнительным трубопроводом, внутри камеры установлена ртутно-кварцевая газоразрядная лампа, подключенная к пускорегулирующей и питающей аппаратуре.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что стенки камеры покрыты отражающим ультрафиолетовое излучение слоем материала.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что нагнетатель атмосферного воздуха выполнен в виде электровентилятора.

4. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что нагнетатель атмосферного воздуха выполнен в виде микрокомпрессора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2