Каталитический нейтрализатор для двигателя внутреннего сгорания

 

Использование: нейтрализаторы отработавших газов автомоби-лей. Сущность изобретения: отработавший газ поступает на переднюю торцовую поверхность нейтрализатора в направлении, обозначенном стрелками, протекает через каналы, образованные ячейками 6 решеток, омывает при этом наружные поверхности трубок 4 и 5 в поперечном направлении и выходит с противоположного торца нейтрализатора.В результате контакта отработавшего газа со слоем катализатора, нанесенным на поверхность трубок 4 и 5, происходит реакция нейтрализации. Одновременно с течением отработавшего газа осуществляется течение рабочей среды, например, газообразной , через патрубки подвода 11 и 12. Далее рабочая среда поступает соответственно в раздающие коллекторы 7 и 9. проходит внутри трубок 4 и 5, поступает в собирающие коллекторы 8 и 10 и выходит через патрубки отвода 13 и 14 из нейтрализатора. При соединении патрубка 13 с патрубком 12 с помощью трубы 15 рабочая среда протекает сначала через трубки 4, а затем через-трубки 5 и далее выходит из нейтрализатора через патрубок 14. Регулирование расхода и начальной температуры рабочей среды, протекающей через трубки 4 и 5, осуществляется с помощью устройств, размещенных вне нейтрализатора (не показан). Для обеспечения равномерного расхода рабочей среды через трубки патрубки подвода 11 и 12 могут содержать сетки 17. 1 з.п. ф-лы, 4 ил. СО С vi 00 о Ј ч СА

СОЮЗ СОВЕТСКИX

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 F 01 N 3/28

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР . (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

КПАТЕ 0 ТУ

1 (21) 4873115/06 (22) 11.10,90 (46) 07.12.92. Бюл. N- 45 (75) В.С.Сапелкин, В,И,Савин, M.Å.Êîðêà÷ и

А.И.Хлыстов (73) Малое предприятие "Технология" (56) Жегалин О.И. и др. Снижение токсичности автомобильных двигателей. М.: Транспорт, 1985, с. 65 — 66.

Жегалин О,И, и др, Каталитические нейтрализаторы транспортных Двигателей. M.:

Машиностроение, 1979, с. 29,49, Заявка Фракции ¹ 2402064, кл. F 01 N

3/00, 1979. (54) КАТАЛ ИТИЧ ЕСКИЙ Н ЕЙТРАЛ ИЗАТОР

ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ (57) Использование: нейтрализаторы отработавших газов автомобилей. Сущность изобретения: отработавший Газ поступает на переднюю торцовую поверхность нейтрализатора в направлении, обозначенном стрелками, протекает через каналы, образованные ячейками 6 решеток, омывает при этом наружные поверхности трубок 4 и 5 в

„„5U ÄÄ 1780549 А3 поперечном направлении и выходит с противоположного торца нейтрализатора, В результате контакта отработавшего газа со слоем катализатора, нанесеннйм íà поверхность трубок 4 и 5, происходит реакция нейтрализации, Одновременно с течением отработавшего газа осуществляется течение рабочей среды, например, газообразной, через пэтрубки подвода 11 и 12. Далее рабочая среда поступает соответственно в раздающие коллекторы 7 и 9, проходит внутри трубок 4 и 5, поступает в собирающие коллекторы 8 и 10 и выходит через патрубки отвода 13 и 14 из нейтрализатора. При соединении патрубка 13 с патрубком 12 с помощью трубы 15 рабочая среда протекает сначала через трубки 4, а затем через-трубки

5 и далее выходит из нейтрализатора через патрубок 14, Регулирование расхода и начальной температуры рабочей среды, протекающей через трубки 4 и 5, осуществляется с помощью устройств, размещенных вне нейтрализатора (не показан). Для обеспечения равномерного расхода рабочей среды через трубки патрубки подвода 11 и 12 могут содержать сетки 17. 1 з.п, ф-лы, 4 ил, 1780549

Изобретение относится к катализаторам для очистки газовых выбросов от вредных примесей и может быть использовано для нейтрализации отработавших газов asтомобилей..

Известен каталитический нейтрализатор, выполненный в виде блока-носителя, в котором образованы сквозные каналы. слу.жащие для прохода отработавшего газа, а катализатор нанесен на стенки каналов. В качестве материала носителя используются тугоплавкие окислы и их смеси, карбиды и нитриды кремния, карбиды бора и другие керамики .

Недостатком этого нейтрализатора является низкая теплопроводность материалов носителя. В результате снижается термопрочность нейтрализатора, возможно

его:ðaññòðåcêèsàíèå и разрушение. Кроме того, увеличивается время.его разогрева при включении двигателя, Также известен каталитический нейтрализатор с металлическим носителем, выполненным . в виде сеток, профилированных пластин, проволочных набивок, спиралей, . пористых шариков и т.д„размещенных в корпусе, имеющем входное и выходное устройство для пропускайия отработавшего газа.

Недостатком данного каталитического нейтрализатора является невысокая. жаростойкость металлического носи1 еля в отработавших газах при повышении их температуры до. 900-1000 С и выше на форсированных режймах работы двигателя.

При снижении температуры отработавших газов до 20Q C и ниже на холостом ходу, когда каталитические реакции резко замедляются, нейтралиэатор также становится не эффективным, Наиболее близким к изобретению является каталитический нейтрализатор для двигателя внутреннего"сгорания, имеющего источник рабочей среды, содержащий кор" пус с размещенным в нем носителем, выполненным в виде пакета решеток, образованных продольными трубами и поперечными перемычками, образующих каналы для отработавшего газа. а также впускной и выпускной патрубки для отработавшего.газа .

Поставленная цель достигается тем, что в известном каталитическом нейтрализаторе для двигателя внутреннего сгоранйя, имеющего источник рабочей среды; содержащем корпус с размещейным в нем носи-. телем, выполненным в виде пакета решеток, образованных продольными трубами и поперечными перемычками, образующих каналы для отработавшего газа, впускной и

10 выпускной патрубки, он дополнительно содержит поперечные и продольные фиксирующие. перемычки с отверстиями, образующие боковые стенки носителя, пат= рубки подвода и отвода, установленные попарно один относительно другого, поперечные перемычки выполнены в виде труб, концы продольных труб установлены в : отверстиях фиксирующих перемычек и пат- .. рубки подвода сообщены с одной. стороны с

20 источником рабочей среды, а с другой - с трубами, Кроме того, смежные патрубки подвода и отвода сообщены между собой.

Выполнение каталитического. нейтрали-:

25 затора с дополнительными поперечными и продольными фиксирующими перемычками, имеющими отверстия и образующими боковые стенки носителя, позволяет сформйровать пакет решеток из взаимно пере-. крещивающихся . слоев труб соответственно, обеспечить взаимно пере-: крестное течение рабочей среды в обьеме нейтрализатора и тем самым интенсифицировать теплообмен между слоями. В результате, например, существенно может быть снижена температура решеток при одновременном повышении температуры нейтрализуемых газов.

Установление патрубков:подвода и от-.

40 вода попарно один относительно другого позволяет полностью использовать боковую поверхность нейтрализатора для подачи в него необходймого расхода рабочей среды.

45 Выполнение поперечных перемычек в виде труб создает в объеме нейтрализаторадополнительные каналы для прохода. рабочей среды и позволяет получить равномерно охлаждаемые или нагреваемые ячейки во

50 всем объеме нейтрализатора.

Установление концов продольных труб в отверстиях фиксирующих перемычек поНедостатком известного каталитического нейтрализатора является узкий температурный диапазон эксплуатации, обусловленный металлическими материалами решеток.

Цель изобретения — расширение темпе. ратурного диапазона эксплуатации каталитического нейтрализато(,а. зволяет точно дистанционировать слои реветки друг относительно друга и получить

55 ячейки каналов для. пропускания нейтрализуемого газа с расчетным теплогидравличес кими характеристиками.

Сообщение патрубков подвода с одной стороны с источником рабочей среды, а с другой с трубами дает возможность напра1780549 вить два потока рабочей среды в соответст- тивоположного торца нейтрализатора. В ревующие трубы так, что каждая ячейка кана- зультате контакта о б отра отавшего газа со ла, служащего для пропускания слоем катализатора, нанесенным на повери, происходит реакция нейтрализуемого газа, омывается по пери- хность трубок 4 и 5 метру рабочей средой, протекающей в труб- 5 нейтрализации, Одновременно с течением ках и обеспечивающей оптимальный отработавшего газа осуществляется течетепловой режим (охлаждение или нагрев) в ние рабочей среды, например газообразу и и подвода. Далее каждом отдельном канале и в пакете в це- ной, через патр бки 11 и 12 .Д рабочая среда поступает. соответственно в

Сообщение смежных патрубков подво- 10 раздающие коллекторы 7 9, да и отвода междусобой, позволяет органи- ри трубок 4 и 5, поступает в собирающие слоями т эовать эффективный теплообмен между коллекторы8и10ивыходитчер з б рубчатых решеток за счет тепло- 13 и 14 отвода из нейтрализатора. При соемассопередачи, а не только за счет тепло- динении патрубка 13 с патрубком 12 с попроводности материалов труб. При этом 15 мощью трубы 15 рабочая среда протекает у ки, а затем через трубки регенеративный подогрев слоев обеспечи- сначала через трубки 4 вает повышение равномерности темпе рату- 5 и далее выходит из и из неитрализатора через ры в объеме нейтрализатора и снижение в патрубок 14. Регулирование расхода и нанем термонапряжений. чальной температуры рабочей среды. протеНа фиг.1 приведена конструкция нейт- 20 кающей через трубки 4 и 5, осуществляется рализатора, вид с переднего торца; на фиг,2 с помощью устро устроиств, размещенных вне укрупненно показано место Iн,а фиг.1; на нейтрализатора(не пока ). (не показаны). фиг, — вид на фиг.2; на фиг.4 показана Для обеспечения равномерного расхосхема нейтрализатора с последовательно да рабочей среды через трубки патрубки 11 соединенными смежными патрубками под- 25 и 12 подвода могут содержать сетки 17, вода и отвода, В качестве рабочей среды могут испольНейтрализатор содержит корпус 1 ко- зоваться жидкости и газы, в том числе вода робчатой формы с размещенным в нем но- и воздух. сителем, боковые стенки которого Трубки 4 и 5 могут изготавливаться иэ . выполнены в виде перемычек 2 и 3„в отвер- 30 цветных металлов и сплавов конс р о орых закреплены концами соот- ных и нержавеющих сталей, титановых, ниветственно т бы 4 и 5 об ру ы и, образующие келевых, керамических, стеклянных и др. решетчатую структуру носителя, Ячейки 6 материалов (диаметр 1-2 мм, толщина стенрешеток формируют сквозные каналы для ки 0,05-0,1 мм). прохода нейтрализуемого газа, На боковых 35 Каталитически активные вещества мостенках корпуса 1 образованы коллекторы гут быть диспергированы в виде добавок в но о ин е щ ус а овленные попар- материал трубок, поверхность котор ых выпо во а 11 12 д относительно другого патрубки полняется с развитой порис истостью, или на12 по во а подвода, и отвода 13,14. Патрубки 11 и, несены на промежуточн подвода сообщены с одной стороны (на- 40 подложку-подслой, специально образованружной) с источником рабочей среды (не ный на поверхности каждой тр бки. П и показан), а с другой стороны (внутренней) — этом могут быть использованы такие технос трубами 4 и 5, логические приемы получения развитой поПоследовательное соединение смеж- ристости на носителях катали катализаторов, как, у ков и друг с другом при 45 например. отжиг на воздухе, травление в помощи трубы 15 приведено на фиг.4. газовой или жидкой среде, напыление и др.

Движение рабочей среды через патруб- . Пример 1, Каталитический нейтралики, коллекторы итру ы на чертежах обозна- затор для обработки выхлопных газов бенчено сплошными стрелками, а движение" зиновых двигателей содержит трубки 4 и 5 нейтрализуемого газа в каналах между тру- 50 из алюминиевого сплава (типа АЛ,АД,AMr) бами — пунктирными стрелками. аталитический нейтралиэатор работа- Концы трубок с помощью пайки закреплены ет следующим образом.

Отработавший газ поступает на пере- с толщиной стенки 1 мм. Размер ячеек межднюю торцовую поверхность нейтралиэато- 55 ду трубками равен 2 х 2 мм, Габариты нейтра в направлении, обозначенном стрелками рализатора: 200 х 150 х 150 .(фиг. и ), протекает через каналы. обра- подвода и отвода для пропускания рабочей эованные ячейками 6 решеток, омывает при среды — воздуха выполнены также из алюплава, а для подачи выхлопных этом наружные поверхности трубок 4 и 5 в миниевого сплава, а ля поперечном направлении и выходит с прЬ- газов — иэ йержавею — ржавеющеи стали типа

1780549

12Х18Н10Т и с помощью винтов прикрепле ны к соответствующим торцовым коллекторам 7.8,9 и 10 нейтрализатора. На поверхностный слой трубок, образованный пористой окисью алюминия, нанесен химическим путем слой катализатора (платина, палладий, рутений и др.).

При работе двигателя поток выхлопных газов протекает в каналах между трубками

4 и 5, обдувая их в поперечном направлении. Одновременно через патрубки 11 и 12 подается воздух, которых охлаждает изнутри трубки 4 и 5, нагревается и может подмешиваться к потоку выхлопных газов на входе в нейтрализатор или выбрасывается наружу, или пропускается через систему охлаждения в замкнутом цикле с постоянной циркуляцией через названные трубки. Система гюдачи воздуха конструктивно может выполняться по компрессорной или бескомпрессорной схемам. Подача холодного воздуха в трубки на формированных режимах работы двигателя, когда температура выхлопных газов достигает 700-800 С, позволяет поддерживать температуру внутренней поверхности стенок на уровне

300 С при температуре поверхности катализатора 550-600 С, Тем самым предотвращается перегрев алюминиевой конструкции нейтрализатора. Предварительный подогрев высокотеплопроводных алюминиевых трубок до 250-300 С горячим воздухом от системы охлаждения двигателя или специального нагревателя обеспечивает возможность эффективной работы катализатора на холостом ходу, когда температура выхлопных газов составляет 120 С и недостаточна для активного протекания каталитических реакций, Пример 2. Каталитический нейтрализатор для дизельных двигателей выполнен аналогично описанному в примере 1. но патрубки 13 и 12 соединены друг с другом теплоизолированной трубой 15, Так как температура выхлопных газов дизелей существенно (на 200-250 С) ниже, чем у бензиновых двигателей, то подогрев трубок 4 и

5 позволяет повысить эффективность катализатора. Для этого воздух пропускают сначала через патрубок 11 в трубки 4, проходя которые он нагревается до температуры поступающих газов (150 — 200 С), затем горячий воздух через трубу 15 поступает в патрубок 13, коллектор 9 и далее в трубки 5, где он дополнительно нагревается за счет возрастания температуры газов при каталитической реакции. развивающейся в объеме трубчатого пакета. Затем горячий воздух снова может быть направлен в патрубок 11. . В результате на установившемся режиме средний уровень температуры на наружном каталитическом слое трубок составляет

500 С, что обеспечивает эффективную работу нейтрализатора. Регенеративный по5 догрев пакета и высокая теплопроводность материала трубок способствуют выравниванию температуры в объеме пакета и, следовательно, более равномерному протеканию каталитических реакций, а также снижению

10 термонапряжений в пакете, Регулирование температуры и расхода воздуха, подаваемого в трубки, позволяет выполнять предлагаемый нейтралиэатор из легких высокотеплопроводных алюминие15 вых сплавов.

Установка друг за другом нескольких нейтрализаторов — секций с индивидуальными трактами подачи воздуха через трубки каждой секции позволяет за счет поддержа20 ния заданного уровня температуры катализаторов в каждой секции осуществлять избирательно не только основные реакции (окисление окиси углерода и углеводородов, - восстановление окиси азота). но также улав25 ливать, например, серу, свинец, фосфор и другие компоненты отработавших газов двигателей.

Предлагаемая конструкция нейтрализатора может использоваться также в про30 мышленных установках каталитической очистки газов, при воздушно-кислородной

° конверсии метана. проведении газофазных каталитических реакций и др.

Использование изобретения обеспечи35 вает следующие преимущества.

Нейтрализатор позволяет работать при температуре отработавших газов на несколько сот градусов выше, чем допустимая . температура материала носителя. В случае

40 понижения температуры газов до уровня

100 †200" дополнительный подогрев трубчатого пакета обеспечивает поддержание эффективных режимов каталитических реакций.

45 Нейтрализатор может выполнять также роль теплообменника-нагревателя или охладителя рабочих сред, пропускаемых через трубки. Это позволяет использовать его, например, в системе обогрева пассажирского

50 салона, Конструкция нейтрализатора позволяет использовать широкий ассортимент трубок из различных материалов, а также с различной геометрической формой сечения и ореб55 рением для интенсификации теплообмена.

Производство перфорированных пластин иэ цветных металлов, сталей, стекла, пластмасс и др. материалов, освоенное в различных отраслях, позволяет широко использовать их в качестве торцовых пере1780549

10 мычек нейтрализаторов. Закрепление тру- пус с размещенным в нем носителем, вь, юк в отверстйях перемычек с помощью . полненным в виде пакета-решеток, образосварки, пайки, склеивания, гальваническим ванных продольными тр б тру ами и. и газофазным осэждением, пастами и т.д., поперечными перемычками, образующих . позволяет осуществлять массовое произ- 5 каналыдля отработавшего газа, впускнойм водство, нейтрализаторов для разных усло- выпускной патрубки, о т л и ч э ю шийся вий эксплуатации на транспорте, тем; что, с целью расширения температур, химической и. энергетической промышлен- ного диапазона эксплуатации, он дополниности, особенно при больших габаритах тельно содержит поперечные и продольные . нейтрализаторов, которые черезвычайно. 10 фиксирующие перемычки с отверстиями, сложно изготавливать в виде спеченнЫх ке- образующие боковые стенки носителя, патрамичеСкйх блоков и где возникаЮт техно- рубки подвода и отвода, установлвнные пологическйетрудностисоединения керамики парно. один отнбсительно другог металлоконструкциями;, поперечные перемычки выполнены в виде

К -достоинствам нейтрализатора также 15 труб, концы продольных труб установлены в относитея возможность регенерации.его отверстия фиксирующих перемычек и патматериалов. после выработки ресурса ката-: . рубки подвода сообщены с одной стороны с лизатора;. ..., источником рабочей среды:, а с другой — с

- ©ор мула и зоб рете ни я :трубами, 1. Каталитический нейтрализатор для 20 2. Нейтрализатор по п.1, о т л и ч а ю"двигателя внутреннего сгорания, ймеющего . щ и A с я тем, что смежные патрубки подвойсточнмк рабочей среды, содержащий кор- .да и отвода сообщены между собой, 1780549

Составитель В.Сапелкин

Техред М.Моргентал Корректор Н.Тупица

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород. ул.Гагарина, 101

Заказ 4445 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5