Устройство и способ снижения токсичности отработавших газов, содержащих твердые частицы

Авторы патента:


Устройство и способ снижения токсичности отработавших газов, содержащих твердые частицы
Устройство и способ снижения токсичности отработавших газов, содержащих твердые частицы
Устройство и способ снижения токсичности отработавших газов, содержащих твердые частицы
Устройство и способ снижения токсичности отработавших газов, содержащих твердые частицы
Устройство и способ снижения токсичности отработавших газов, содержащих твердые частицы
Устройство и способ снижения токсичности отработавших газов, содержащих твердые частицы
Устройство и способ снижения токсичности отработавших газов, содержащих твердые частицы
Устройство и способ снижения токсичности отработавших газов, содержащих твердые частицы
Устройство и способ снижения токсичности отработавших газов, содержащих твердые частицы

 


Владельцы патента RU 2543918:

ЭМИТЕК ГЕЗЕЛЬШАФТ ФЮР ЭМИССИОНСТЕХНОЛОГИ МБХ (DE)

Изобретение относится к снижению токсичности отработавших газов. Устройство (1) для снижения токсичности содержащих твердые частицы (2) отработавших газов (ОГ), по меньшей мере имеющее агломератор (3) твердых частиц и улавливатель (4) твердых частиц. Агломератор (3) твердых частиц имеет по меньшей мере одну аппаратуру (5) для создания электрического поля (6), а также проточный для ОГ промежуточный накопитель (7) твердых частиц и расположен в направлении (8) потока ОГ перед улавливателем (4) твердых частиц, который представляет собой фильтр (13) с проницаемыми стенками каналов или многопоточный фильтр (14). Промежуточный накопитель (7) твердых частиц соединен с электрическим полюсом (9) и имеет по меньшей мере одну открытую структуру (10) со множеством проходов (11). В результате чего твердые частицы (2) целенаправленно осаждаются с помощью электрического поля на их промежуточном накопителе (7) и при этом входят в контакт друг с другом, и благодаря своей склонности прилипать друг к другу укрепляются. По достижении твердыми частицами (2) требуемого размера на их промежуточном накопителе (7) укрупнившиеся частицы вновь захватываются потоком ОГ и перемещаются им в расположенный далее по ходу потока улавливатель (4) твердых частиц. Техническим результатом изобретения является обеспечение эффективного улавливания твердых частиц в системе впуска отработавших газов даже при малом падении давления. 3 н. и 6 з.п. ф-лы, 9 ил.

 

Настоящее изобретение относится к устройству, а также к способу снижения токсичности отработавших газов (ОГ), содержащих твердые частицы, с помощью агломератора твердых частиц и улавливателя твердых частиц. Изобретение используется прежде всего в области снижения токсичности ОГ, образующихся при работе нестационарных двигателей внутреннего сгорания (ДВС), таких, например, как дизельные двигатели.

При сгорании бензина или дизельного топлива наряду, например, с монооксидом углерода, углеводородами и оксидами азота образуются также сажевые частицы. С учетом той опасности, которую такие твердые частиц представляют для здоровья, а также с учетом целого ряда существующих законодательных предписаний предпринимаются усилия по дальнейшему сокращению выброса твердых частиц с ОГ, образующимися при работе автомобильных двигателей.

В этих целях в прошлом широко использовали фильтр с проницаемыми стенками каналов (фильтр закрытого фильтра), который обычно был выполнен в виде керамической экструдированной структуры со множеством каналов, входы и выходы которых попеременно закрыты, т.е. выполнены глухими, с противоположных сторон такой структуры. Благодаря этому ОГ могли входить в часть каналов, а затем однократно принудительно проходили полностью сквозь пористую стенку канала из-за его выполнения глухим с другого его конца. Благодаря выполнению стенки канала с соответствующей пористостью удавалось достигать исключительно высоких показателей эффективности отделения твердых частиц от ОГ. Однако проблема, с которой приходится сталкиваться при использовании подобных фильтров с проницаемыми стенками каналов, состоит в том, что такие фильтры иногда забиваются, когда в них скопилось слишком много твердых частиц и когда вовремя не была проведена их регенерация. Помимо этого подобные фильтры с проницаемыми стенками каналов создают в системе выпуска ОГ значительный скоростной напор (противодавление), что, например, приводит к потере мощности ДВС.

Для решения проблемы, связанной с созданием скоростного напора, и для обеспечения тем не менее возможности улавливания твердых частиц в объеме, удовлетворяющем законодательным предписаниям, были разработаны также так называемые многопоточные или неполнопоточные фильтры (фильтры открытого типа). В таких фильтрах их каналы выполнены не полностью закрытыми, соответственно глухими, и поэтому ОГ всегда могут сквозным потоком, проходящим без фильтрации напрямую через фильтр, двигаться дальше по каналу. В каналах предусмотрены, например, потокоотклоняющие элементы, потоконаправляющие лопатки, отверстия и аналогичные влияющие на поток элементы, назначение которых состоит в том, чтобы благодаря созданию перепадов давления обеспечивать (частичное) прохождение потока, движущегося по одному каналу, в соседние с ним каналы сквозь фильтрующий материал. При этом по длине канала обычно предусмотрено множество таких потокоотклоняющих элементов для отклонения твердых частиц, соответственно ОГ в сторону окружающего канал фильтрующего материала, когда он находится в рабочем состоянии, и для обеспечения возможности прохождения ОГ напрямую через фильтр сквозным потоком, когда, например, фильтрующий материал уже забит твердыми частицами.

Для регенерации подобных фильтров с проницаемыми стенками каналов или неполнопоточных фильтров известна возможность их регенерации в периодическом и/или непрерывном режиме. При периодической регенерации предусмотрено выжигание сажи путем целенаправленного подвода тепла в улавливатель твердых частиц. Для этого можно, например, подавать несгоревшее топливо на каталитически активное покрытие в системе выпуска ОГ, на котором протекает экзотермическая реакция, выделяющееся при которой тепло нагревает ОГ, соответственно улавливатель твердых частиц до температур, достаточных для окисления сажи. Метод непрерывной регенерации, называемый также принципом непрерывно регенерируемого улавливателя (НРУ), предусматривает использование диоксида азота (NO2) для превращения сажи. С этой целью присутствующий в ОГ монооксид азота окисляют с применением катализатора окисления и воздуха, соответственно кислорода до диоксида азота и затем подводят его к саже. При этом превращение сажи происходит уже при очень низких температурах, например, уже при температурах, начиная с 250°C.

Помимо этого уже предлагалось электрически заряжать присутствующие в потоке ОГ твердые частицы под действием создаваемого парой электродов электрического поля с перемещением электрически заряженных (наэлектризованных) твердых частиц к осадительному электроду.

Однако известные системы оказались отчасти не слишком эффективными касательно своего действия по улавливанию твердых частиц, регенерации и/или своего влияния на работу ДВС. Помимо этого подобные системы отчасти являются исключительно сложными и поэтому дорогими.

Исходя из вышеизложенного, в основу настоящего изобретения была положена задача по меньшей мере частично решить проблемы, рассмотренные выше в описании уровня техники. Задача изобретения состояла прежде всего в разработке таких устройства и способа обработки твердых частиц, которые позволяли бы добиться высокой эффективности улавливания твердых частиц в системе выпуска ОГ даже при малом падении давления.

Указанные задачи решаются с помощью устройства, заявленного в п.1 формулы изобретения, а также с помощью способа, заявленного в п.7 формулы изобретения. Различные предпочтительные варианты осуществления изобретения и области его применения представлены в зависимых пунктах формулы изобретения. Необходимо отметить, что представленные по отдельности в пунктах формулы изобретения его отличительные особенности могут использоваться в любом технически целесообразном сочетании друг с другом и могут образовывать другие варианты осуществления изобретения. Помимо этого изобретение более подробно рассмотрено в последующем описании, прежде всего во взаимосвязи с прилагаемыми к нему чертежами, в котором представлены также другие варианты осуществления изобретения.

Предлагаемое в изобретении устройство для снижения токсичности содержащих твердые частицы отработавших газов (ОГ) по меньшей мере имеет агломератор твердых частиц и улавливатель твердых частиц, при этом агломератор твердых частиц имеет по меньшей мере одну аппаратуру для создания электрического поля, а также проточный для ОГ промежуточный накопитель твердых частиц и расположен в направлении потока ОГ перед улавливателем твердых частиц.

Предлагаемое в изобретении устройство предназначено прежде всего для снижения токсичности, соответственно для обработки ОГ, образующихся при работе нестационарных ДВС, таких, например, как дизельные двигатели. Под твердыми частицами при этом подразумеваются прежде всего сажевые частицы, однако ими могут быть и иные твердые частицы.

В направлении потока ОГ (предпочтительно непосредственно) друг за другом расположены агломератор твердых частиц и улавливатель твердых частиц. При этом, например, при наличии разных выпускных трактов в каждом из них можно также предусмотреть по соответствующему устройству. Помимо этого в соответствующем устройстве можно также подвергать нейтрализации, соответственно обработке только часть ОГ.

Агломератор твердых частиц предназначен для увеличения размеров (укрупнения) содержащихся в ОГ твердых частиц, образующихся при сгорании топлива в ДВС. Для этого твердые частицы целенаправленно осаждают с помощью электрического поля на промежуточном накопителе твердых частиц, которые при этом входят в контакт друг с другом и благодаря своей склонности прилипать друг к другу укрупняются. По достижении твердыми частицами требуемого размера на их промежуточном накопителе укрупнившиеся частицы вновь захватываются потоком ОГ и перемещаются им в расположенный далее по ходу потока улавливатель твердых частиц. Вследствие целенаправленной агломерации нескольких твердых частиц улавливатель твердых частиц можно выполнить с обеспечением им соответствующей степени улавливания образованных твердыми частицами агломератов, размеры которых больше размеров отдельных твердых частиц. В результате прежде всего появляется также возможность выполнения последующего улавливателя твердых частиц "более открытым", что позволяет существенно снизить остроту проблем, связанных с возрастанием потери давления по мере забивания фильтра.

В отношении аппаратуры для создания электрического поля следует также отметить, что агломерирующиеся твердые частицы в данном случае электризуются в электростатическом поле и благодаря их электризации интенсивнее движутся к их промежуточному накопителю и/или друг к другу.

В особенно предпочтительном варианте при этом промежуточный накопитель твердых частиц соединен с электрическим полюсом. Благодаря этому на ионизированные твердые частицы прежде всего действует сила, интенсифицирующая целенаправленное отложение твердых частиц на их промежуточном накопителе. Поверхности таких, т.е. ионизированных, твердых частиц обладают исключительно высокими свойствами прилипания по сравнению с другими твердыми частицами, и поэтому твердые частицы даже после деионизации остаются в образуемых ими агломератах прочно прилипшими друг к другу. Для этого промежуточный накопитель твердых частиц соединен с электрическим полюсом, полярность которого противоположна знаку заряда твердых частиц. В качестве еще одного эффекта следует отметить, что благодаря этому уменьшаются также силы, удерживающие агломераты из твердых частиц на их промежуточном накопителе, и поэтому обеспечивается быстрый повторный отрыв от него агломератов из твердых частиц потоком ОГ. После этого сравнительно крупные, ставшие электрически нейтральными агломераты из твердых частиц поступают в улавливатель твердых частиц, в котором при этом электростатические эффекты практически более не проявляются, благодаря чему обеспечивается равномерное использование улавливателя твердых частиц.

В одном из вариантов выполнения предлагаемого в изобретении устройства промежуточный накопитель твердых частиц имеет по меньшей мере одну открытую структуру со множеством проходов. Как уже указывалось выше, промежуточный накопитель твердых частиц является проточным для ОГ. Под таким промежуточным накопителем не подразумевается никакой упрощенный отрезок трубы, а подразумевается обращенное навстречу потоку ОГ устройство, сквозь стенку которого проходят сами ОГ. В этом отношении прежде всего предлагается использовать открытую структуру со множеством проходов. Сказанное должно прежде всего отражать тот факт, что поток ОГ разделяется промежуточным накопителем твердых частиц, соответственно открытой структурой на множество небольших частичных потоков ОГ, которые затем проходят через множество проходов открытой структуры. Для этого промежуточный накопитель твердых частиц расположен главным образом поперечно, соответственно перпендикулярно направлению потока ОГ, который поэтому набегает на промежуточный накопитель прежде всего по большой площади. В этом отношении проходы имеют преимущественно лишь очень малую протяженность в направлении потока ОГ. Тем самым открытая структура прежде всего имеет дисковидную, пластинчатую форму. Количество проходов составляет прежде всего более 20, главным образом более 100. Под "открытой" структурой прежде всего подразумевается отсутствие в ней не проходимых для потока ОГ тупиков и подразумевается наличие в ней (прямолинейных и/или (многократно) изогнутых) сквозных проходов, через которые может (беспрепятственно) проходить поток ОГ. При этом "открытой" структура является прежде всего в том случае, когда в одном, соответственно в каждом ее поперечном сечении перпендикулярно направлению потока ОГ свободно проходимые потоком ОГ части занимают большую площадь, чем сама структура. При сравнении при этом площадей между собой "открытой" структуру можно назвать в первую очередь в том случае, когда в одном, соответственно в каждом ее поперечном сечении на долю площади, занимаемой свободно проходимыми потоком ОГ частями структуры, приходится более 50%, прежде всего более 80%, от всей площади ее поперечного сечения.

В соответствии со сказанным выше в особенно предпочтительном варианте по меньшей мере одна открытая структура выполнена дисковидной и имеет по меньшей мере один из следующих элементов: решетку, ткань, нетканый материал, пену, сотовую структуру. Под "дисковидным" выполнением открытой структуры прежде всего подразумевается выполнение открытой структуры с протяженностью в направлении потока ОГ, которая (гораздо, прежде всего многократно) меньше, чем перпендикулярно ему. Так, например, открытая структура может быть выполнена в виде решетки. Для этого можно соединить между собой несколько стержней. При этом решетка может быть выполнена, например, по типу сетки из соединенных между собой сваркой проволок. Еще одна возможность заключается в образовании ткани из подобных проволок, которые при этом не только наложены одна на другую, но и частично обвивают друг друга. Очевидно, что проволоки, соответственно тончайшие проволоки могут также располагаться более или менее хаотично, как, например, в образованном ими нетканом материале. Помимо нетканого материала, в котором отдельные проволоки, например, сваркой соединены между собой, соответствующая открытая структура может быть также образована пеной, которая также образует хаотичную систему каналов. Упорядоченная же система каналов может быть также образована сотовой структурой, выполненной, например, из по меньшей мере одного гладкого и по меньшей мере одного гофрированного листов фольги. Равным образом предпочтителен вариант с образованием дисковидной открытой структуры из электропроводного материала, прежде всего металла. В общем случае можно также комбинировать между собой несколько (одно- или разнотипных) структур.

В еще одном варианте выполнения предлагаемого в изобретении устройства аппаратура для создания электрического поля имеет коронирующий электрод. Очевидно, что можно также предусматривать несколько коронирующих электродов. Коронирующий электрод может быть образован отдельными электродами соответствующей формы, однако в данном случае можно также использовать коронирующий электрод, например, кольцевой, дисковидной или аналогичной формы.

Помимо этого в еще одном предпочтительном варианте улавливатель твердых частиц является электрически нейтральным и представляет собой фильтр с проницаемыми стенками каналов или неполнопоточный фильтр. Касательно возможных вариантов конструктивного исполнения фильтра с проницаемыми стенками каналов и/или неполнопоточного фильтра можно сослаться на приведенные выше пояснения, а также на последующее описание чертежей. Благодаря тому факту, что улавливатель твердых частиц является электрически нейтральным, не происходит никакого повышенного скапливания агломератов из твердых частиц во входной части улавливателя твердых частиц. Тем самым твердые частицы равномернее распределяются по их улавливателю, соответственно по предусмотренному в нем фильтрующему материалу. Выполнение улавливателя твердых частиц в виде фильтра с проницаемыми стенками каналов и/или в виде неполнопоточного фильтра позволяет разместить фильтрующую поверхность исключительно большой площади в небольшом монтажном пространстве, благодаря чему в этом случае прежде всего достигаются значительные преимущества перед центробежным сепаратором.

Еще одним объектом настоящего изобретения является способ снижения токсичности, соответственно обработки содержащих твердые частицы отработавших газов (ОГ), заключающийся в выполнении по меньшей мере следующих стадий:

а) твердые частицы электризуют в электрическом поле,

б) наэлектризованные твердые частицы подают с применением сил электрического притяжения к проточному для ОГ промежуточному накопителю твердых частиц,

в) твердые частицы осаждают друг на друга на их промежуточном накопителе с образованием из них агломератов,

г) агломераты твердых частиц удаляют с их промежуточного накопителя,

д) агломераты твердых частиц подают в улавливатель твердых частиц и

е) агломераты твердых частиц подвергают в улавливателе твердых частиц превращению.

Для осуществления предлагаемого в изобретении способа прежде всего может использоваться предлагаемое в изобретении устройство. Поэтому все пояснения, относящиеся к предлагаемому в изобретении устройству, относятся и к предлагаемому в изобретении способу.

На стадии а), таким образом, твердые частицы, прежде всего сажевые частицы, ионизируют. В принципе твердым частицам можно сообщать либо положительный заряд, либо отрицательный заряд, при этом в каждом случае необходимо создавать соответствующее электрическое поле. При необходимости можно также предусмотреть возможность попеременного сообщения твердым частицам разноименных зарядов, изменяя для этого электрическое поле, например, через заданные интервалы времени.

Ионизированные таким путем твердые частицы подают затем на стадии б) к их промежуточному накопителю, при этом из-за разных электрических зарядов твердых частиц и их промежуточного накопителя происходит преимущественное притягивание к нему твердых частиц из содержащих их ОГ (под действием электростатических сил).

В результате этого твердые частицы осаждаются друг на друга на их промежуточном накопителе и прилипают друг к другу. В данном случае наряду с силами адгезии могут действовать также ван-дер-ваальсовы силы.

В соответствии со сказанным выше промежуточный накопитель твердых частиц выполнен таким образом, что твердые частицы, соответственно образованные ими агломераты остаются в налипшем на него состоянии лишь очень кратковременно, т.е. в этом месте прежде всего не происходит никакое (полное) превращение твердых частиц. Более того, поток ОГ вследствие своего фронтального набегания на промежуточный накопитель твердых частиц вновь захватывает с него образованные твердыми частицами агломераты и переносит их к последующему улавливателю твердых частиц, где эти агломераты накапливаются до регенерации улавливателя твердых частиц и в конечном итоге претерпевают превращение. Такое превращение твердых частиц может при этом происходить в непрерывном и/или периодическом режиме.

При осуществлении предлагаемого в изобретении способа агломераты твердых частиц наиболее предпочтительно подавать в улавливатель твердых частиц электрически нейтрализованными. Иными словами, промежуточный накопитель твердых частиц соединен, например, с электрическим полюсом (потенциалом), вследствие чего твердые частицы при своем контакте с таким их промежуточным накопителем нейтрализуются, утрачивая свой электрический заряд. Поступающие затем в улавливатель твердых частиц образованные ими агломераты следуют тем самым "обычными" путями прохождения потока ОГ, и поэтому прежде всего электростатические эффекты при скапливании агломератов из твердых частиц в улавливателе твердых частиц уже не играют никакой (существенной) роли. Тем самым при разработке, соответственно при конструктивном оформлении улавливателей твердых частиц можно использовать традиционные решения и концепции.

При осуществлении предлагаемого в изобретении способа может, кроме того, оказаться предпочтительным, чтобы выполнение стадии г) происходило только под действием потока ОГ. Сказанное означает, что для возврата образованных твердыми частицами агломератов в поток ОГ не требуется активное задействование промежуточного накопителя твердых частиц или иных внешних средств. Сказанное означает далее, что образованные твердыми частицами агломераты в данном случае вновь удаляются с промежуточного накопителя твердых частиц исключительно потоком ОГ. В принципе с учетом требуемого размера агломератов из твердых частиц промежуточный накопитель твердых частиц можно выполнять соответствующим образом, например, предусматривая большие по своей площади поверхности набегания потока ОГ, приемлемые (гладкие) поверхности и иные меры.

В одном из особенно предпочтительных вариантов осуществления предлагаемого в изобретении способа усредненная масса твердых частиц в потоке ОГ одинакова перед и за их промежуточным накопителем, за которым, однако, среднее количество твердых частиц меньше, чем перед ним. Сказанное означает, в частности, что фактически промежуточный накопитель твердых частиц практически предназначен только для образования агломератов из твердых частиц, т.е. к промежуточному накопителю твердых частиц поступает (в среднем во времени) примерно такая же масса твердых частиц, которая в конечном итоге и выходит из него. Однако в результате целенаправленного осаждения твердых частиц друг на друга с образованием из них крупных агломератов количество твердых частиц уменьшается, а их размеры увеличиваются. Поэтому предпочтительно, чтобы агломератор твердых частиц фактически лишь агломерировал твердые частицы, ионизируя их и объединяя их затем в агломераты.

Изобретение находит применение прежде всего в автомобиле, имеющем двигатель внутреннего сгорания с системой выпуска отработавших газов, в которой предусмотрено предлагаемое в изобретении устройство, которое выполнено с возможностью осуществления предлагаемого в изобретении способа. Под автомобилем при этом подразумевается в первую очередь легковой или грузовой автомобиль, прежде всего с дизельным двигателем.

Ниже изобретение, а также необходимые для его реализации технические средства более подробно рассмотрены со ссылкой на прилагаемые к описанию чертежи. Необходимо отметить, что на этих чертежах представлены особенно предпочтительные варианты осуществления изобретения, которые, однако, не ограничивают его объем. На прилагаемых к описанию чертежах, которые носят схематичный характер, в частности, показано:

на фиг.1 - предлагаемое в изобретении устройство, выполненное по одному из вариантов,

на фиг.2 - диаграмма, иллюстрирующая распределение твердых частиц по размерам перед входом в их агломератор,

на фиг.3 - диаграмма, иллюстрирующая распределение твердых частиц по размерам после выхода из их агломератора,

на фиг.4 - автомобиль с системой выпуска ОГ,

на фиг.5 - предлагаемое в изобретении устройство, выполненное по другому варианту,

на фиг.6 - фрагмент промежуточного накопителя твердых частиц, выполненного по одному из вариантов,

на фиг.7 - фрагмент промежуточного накопителя твердых частиц, выполненного по другому варианту,

на фиг.8 - промежуточный накопитель твердых частиц, выполненный еще по одному варианту, и

на фиг.9 - фрагмент улавливателя твердых частиц, выполненного по типу неполнопоточного фильтра.

На фиг.1 показано выполненное по предпочтительному варианту предлагаемое в изобретении устройство, соответственно проиллюстрирован реализуемый по предпочтительному варианту предлагаемый в изобретении способ. При этом ОГ в направлении 8 своего потока входят в предлагаемое в изобретении устройство 1. В нем ОГ сначала попадают в агломератор 3 твердых частиц. Такой агломератор 3 твердых частиц имеет в данном случае аппаратуру 5 для создания электрического поля 6, которая в показанном на чертеже варианте выполнена по типу коронирующего электрода 12, который соединен с электрическим (отрицательным) полюсом 9. В этом электрическом поле 6 твердые частицы 2 ионизируются, т.е. электризуются, и движутся далее в направлении 8 потока ОГ к проточному для ОГ промежуточному накопителю 7 твердых частиц. Такой промежуточный накопитель 7 твердых частиц также соединен с электрическим (положительным) полюсом 9, полярность которого при этом обратна полярности электрического полюса 9, с которым соединен коронирующий электрод 12. Ионизированные твердые частицы 2 оседают на поверхности их промежуточного накопителя 7, при этом несколько твердых частиц 2, сталкиваясь между собой, слипаются друг с другом. Промежуточный накопитель 7 твердых частиц выполнен в данном случае в виде открытой структуры 10 со множеством проходов 11, и поэтому поток ОГ при своем прохождении через такую открытую структуру 10 захватывает укрупнившиеся агломераты 15 частиц. Таким путем поток ОГ переносит частицы в виде их агломератов 15 явно увеличенных размеров в улавливатель твердых частиц, который в направлении 8 потока ОГ расположен за промежуточным накопителем 7 твердых частиц. В улавливателе 4 твердых частиц образованные ими агломераты 15 оседают и подвергаются химическому превращению, например, непрерывно взаимодействием с диоксидом азота (NO2).

На фиг.2 и 3 показаны диаграммы, схематично иллюстрирующие распределение твердых частиц и агломератов по размерам в потоке ОГ перед агломератором твердых частиц и за ним. При этом по оси абсцисс отложен средний размер 20 твердых частиц, а по оси ординат отложено количество 19 твердых частиц. Из приведенной на фиг.2 диаграммы следует, что усредненное распределение твердых частиц по размерам смещено левее по оси абсцисс, т.е. в данном случае потоком ОГ переносится много мелких твердых частиц 2. После же выхода из агломератора твердых частиц можно констатировать, что распределение твердых частиц по размерам смещено далеко вправо по оси абсцисс, т.е. в данном случае твердые частицы имеют большие размеры 20. При этом и количество твердых частиц явно уменьшилось, поскольку в результате объединения или слияния нескольких твердых частиц 2 они образовали агломераты 15. При этом в принципе общая масса твердых частиц до входа в агломератор твердых частиц и после выхода из него обычно остается в основном неизменной.

На фиг.4 схематично показан автомобиль 16 с ДВС 17, например, дизельным двигателем и с соответствующей системой 18 выпуска ОГ, предназначенной для устранения содержащихся в них вредных веществ и твердых частиц. В системе 18 выпуска ОГ последовательно в направлении 8 потока ОГ расположены каталитический нейтрализатор 21, агломератор 3 твердых частиц и улавливатель 4 твердых частиц. Очевидно, что в системе выпуска ОГ могут быть предусмотрены и другие устройства для снижения токсичности ОГ, соответственно система выпуска ОГ может быть дополнена ими. На чертеже схематично показано, что агломератор 3 твердых частиц также выполнен с возможностью создания в нем электрического поля бис расположенным далее по ходу потока ОГ промежуточным накопителем 7 твердых частиц. При этом прежде всего может быть предусмотрена непрерывная регенерация улавливателя 4 твердых частиц при условии, что каталитический нейтрализатор 21 способен превращать содержащийся в ОГ оксид азота в диоксид азота и что таким путем можно реализовать соответствующее превращение сажи в улавливателе 4 твердых частиц.

На фиг.5 частично в аксонометрии показан промежуточный накопитель 7 твердых частиц в варианте его выполнения в сочетании с улавливателем 4 твердых частиц, который выполнен по типу фильтра 13 с проницаемыми стенками каналов. При этом ОГ с присутствующими в них ионизированными твердыми частицами набегают в направлении 8 своего потока на промежуточный накопитель 7 твердых частиц. Промежуточный накопитель 7 твердых частиц в данном случае выполнен по типу решетки 32, образованной множеством проволок 25, соединенных между собой таким образом, что они образуют множество проходов 11. Эти проходы 11 выполнены при этом таких размеров, что невозможно отфильтровывание или задерживание ими частиц сажи, т.е. выполнены в несколько раз больших размеров по сравнению с размерами твердых частиц 2, соответственно их агломератов 15. На этом промежуточном накопителе 7 твердых частиц несколько твердых частиц 2 слипаются между собой, после чего они в конечном итоге захватываются потоком ОГ и переносятся им в улавливатель 4 твердых частиц, выполненный по типу фильтра 13 с проницаемыми стенками каналов. Такой фильтр 13, как следует из его названия, имеет множество каналов 22, которые при этом попеременно с одного и другого торца фильтра закрыты заглушками 23. В результате входящие в фильтр с одной его стороны ОГ принудительно проходят в соседний канал через пористую стенку 24, сквозь которую при этом вытесняется весь поток ОГ, поступивший в данный открытый с входной стороны фильтра канал. Поскольку в данном случае требуется отфильтровывать только сравнительно крупные агломераты из твердых частиц, стенка 24 канала фильтра 13 может иметь относительно крупные поры без снижения при этом фильтрующей эффективности предлагаемого в изобретении устройства. Однако вследствие этого возможно также явное уменьшение потери давления на таком улавливателе 4 твердых частиц.

На фиг.6-8 показаны другие варианты выполнения промежуточного накопителя 7 твердых частиц. В показанном на фиг.6 варианте промежуточный накопитель 7 твердых частиц выполнен по типу ткани 30, в показанном на фиг.7 варианте - по типу (металлической) пены 31, а в показанном на фиг.8 варианте - по типу дисковидной сотовой структуры 23, изготовленной из по меньшей мере частично гофрированных листов фольги. Во всех этих вариантах образуется открытая структура 10.

На фиг.9 показан еще один фрагмент, поясняющий принцип работы неполнопоточного фильтра 14. Такой неполнопоточный фильтр 14 в данном случае образован гофрированными листами фольги 26 и гладкими слоями металлического нетканого материала 27, расположенными с попеременным чередованием таким образом, что они в каждом случае совместно ограничивают каналы. В фольге 26 предусмотрены потокоотклоняющие элементы 28, которыми по меньшей мере часть потока ОГ отклоняется в сторону нетканого материала 27. При этом, однако, такие потокоотклоняющие элементы 28 выполнены не столь больших размеров, чтобы они перекрывали все поперечное сечение канала, в котором поэтому часть ОГ может проходить мимо потокоотклоняющего элемента 28 в виде так называемого сквозного потока 29. По длине канала в предпочтительном варианте предусмотрено несколько подобных потокоотклоняющих элементов 28, что обеспечивает многократное изменение направления потока ОГ и тем самым повышает вероятность его прохождения сквозь нетканый материал 27.

Перечень ссылочных обозначений

1 устройство
2 твердые частицы
3 агломератор твердых частиц
4 улавливатель твердых частиц
5 аппаратура
6 электрическое поле
7 промежуточный накопитель твердых частиц
8 направление потока
9 электрический полюс
10 открытая структура
11 проход
12 коронирующий электрод
13 фильтр с проницаемыми стенками каналов
14 неполнопоточный фильтр
15 агломерат твердых частиц
16 автомобиль
17 двигатель внутреннего сгорания
18 система выпуска отработавших газов
19 количество твердых частиц
20 размер твердых частиц
21 каталитический нейтрализатор
22 канал
23 заглушка
24 стенка
25 проволока
26 фольга
27 нетканый материал
28 потокоотклоняющий элемент
29 параллельный поток
30 ткань
31 пена
32 решетка
33 сотовая структура.

1. Устройство (1) для снижения токсичности содержащих твердые частицы (2) отработавших газов (ОГ), по меньшей мере имеющее агломератор (3) твердых частиц и улавливатель (4) твердых частиц, при этом агломератор (3) твердых частиц имеет по меньшей мере одну аппаратуру (5) для создания электрического поля (6), а также проточный для ОГ промежуточный накопитель (7) твердых частиц и расположен в направлении (8) потока ОГ перед улавливателем (4) твердых частиц, который представляет собой фильтр (13) с проницаемыми стенками каналов или многопоточный фильтр (14), а промежуточный накопитель (7) твердых частиц соединен с электрическим полюсом (9) и имеет по меньшей мере одну открытую структуру (10) со множеством проходов (11), в результате чего твердые частицы (2) целенаправленно осаждаются с помощью электрического поля на их промежуточном накопителе (7) и при этом входят в контакт друг с другом, и благодаря своей склонности прилипать друг к другу, укрупняются, а по достижении твердыми частицами (2) требуемого размера на их промежуточном накопителе (7) укрупнившиеся частицы вновь захватываются потоком ОГ и перемещаются им в расположенный далее по ходу потока улавливатель (4) твердых частиц.

2. Устройство (1) по п.1, в котором по меньшей мере одна открытая структура (10) выполнена дисковидной и имеет по меньшей мере один из следующих элементов: решетку (32), ткань (30), нетканый материал (27), пену (31), сотовую структуру (33).

3. Устройство (1) по п.1 или 2, в котором аппаратура (5) для создания электрического поля (6) имеет коронирующий электрод (12).

4. Устройство (1) по п.1 или 2, в котором улавливатель (4) твердых частиц является электрически нейтральным.

5. Способ снижения токсичности содержащих твердые частицы (2) отработавших газов (ОГ), заключающийся в выполнении по меньшей мере следующих стадий:
а) твердые частицы (2) электризуют в электрическом поле (6),
б) наэлектризованные твердые частицы (2) подают с применением сил электрического притяжения к проточному для ОГ промежуточному накопителю (7) твердых частиц, имеющему по меньшей мере одну открытую структуру (10) со множеством проходов (11),
в) твердые частицы (2) осаждают друг на друга на их промежуточном накопителе (7) с образованием из них агломератов (15),
г) агломераты (15) твердых частиц удаляют с их промежуточного накопителя (7),
д) агломераты (15) твердых частиц подают в улавливатель (4) твердых частиц, который представляет собой фильтр (13) с проницаемыми стенками каналов или многопоточный фильтр (14),
е) агломераты (15) твердых частиц подвергают в улавливателе (4) твердых частиц превращению.

6. Способ по п.5, при осуществлении которого агломераты (15) твердых частиц подают в улавливатель (4) твердых частиц электрически нейтрализованными.

7. Способ по п.5 или 6, при осуществлении которого выполнение стадии г) происходит только под действием потока ОГ.

8. Способ по п.5 или 6, при осуществлении которого усредненная масса твердых частиц в потоке ОГ одинакова перед и за их промежуточным накопителем (7), за которым, однако, среднее количество твердых частиц меньше, чем перед ним.

9. Автомобиль (16), имеющий двигатель (17) внутреннего сгорания с системой (18) выпуска отработавших газов, в которой предусмотрено устройство (1) по одному из пп.1-4, которое выполнено с возможностью осуществления способа по одному из пп.5-8.



 

Похожие патенты:

Изобретение может быть использовано в системах выпуска отработавших газов (ОГ) двигателей внутреннего сгорания. Полое тело (1) для улавливания частиц ОГ выполнено с по меньшей мере с одной, по меньшей мере частично, проницаемой стенкой (6), которая простирается между двумя, по меньшей мере частично, противолежащими отверстиями (7) и вокруг первого продольного направления (3).

Группа изобретений относится к фильтру для улавливания твердых частиц с гидролизующим покрытием, который может быть использован, главным образом, в системах выпуска отработавших газов, образующихся при работе нестационарных двигателей внутреннего сгорания, например на автомобилях.

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Устройство (6) для улавливания твердых частиц расположено между трубопроводом (1) рециркуляции отработавших газов (ОГ) и выпускным трубопроводом (2).

Изобретение относится к выхлопной системе для двигателей внутреннего сгорания. Выхлопная система (10) для двигателя (12) внутреннего сгорания, работающего на бедных смесях, содержит первый монолитный носитель, содержащий катализатор для окисления оксида азота (NO), включающий компонент для каталитического окисления, после которого расположен второй монолитный носитель (18), который представляет собой фильтр с проходящим через стенки потоком, имеющим впускные каналы и выпускные каналы, причем впускные каналы содержат катализатор-поглотитель NOx (20), а выпускные каналы содержат катализатор (22) для селективного каталитического восстановления оксидов азота азотсодержащим восстановителем.

Изобретение относится к сотовому элементу для системы снижения токсичности отработавших газов. Сущность изобретения: сотовый элемент (1) с по меньшей мере одним корпусом (2) и с по меньшей мере одной сотовой структурой (3) для системы (4) снижения токсичности отработавших газов (ОГ), которая имеет один металлический лист (5).

Изобретение относится к глушителю шума, предназначенному для снижения шумов при выходе сжатого воздуха из аппаратов пневматической системы, в частности аппаратов пневматической системы автомобилей.

Изобретение относится к фильтру для очистки выхлопного газа. .

Изобретение относится к устройствам для очистки отработавших газов. .

Изобретение относится к цементирующему заполнителю швов, предназначенному для скрепления нескольких фильтрующих элементов фильтрующего узла. .

Изобретение относится к устройству для обработки содержащего частицы сажи отработавшего газа. Устройство (1) для обработки содержащего частицы (2) сажи отработавшего газа (ОГ) содержит: один ионизирующий элемент (3) для ионизации частиц (2) сажи, один фильтрующий элемент (4), причем к одному участку фильтрующего элементу (4) прилагает электрический потенциал, одно устройство (8) направления потока, которое может влиять на поток ОГ таким образом, что осаждение частиц (2) сажи на ионизирующем элементе (3) или одной электрической изоляции (9.2) фильтрующего элемента (4) может быть предотвращено или устранено.

Изобретение относится к устройству для очистки потока отработавших газов, образующихся при работе двигателя внутреннего сгорания. Сущность изобретения: устройство (1) для очистки потока (2) отработавших газов (ОГ) двигателя внутреннего сгорания, по меньшей мере имеющее ионизатор (4), агломератор (6) и (каталитически активный) радиально-проточный сотовый элемент (14), который охватывает канал (8) выпускного трубопровода и в который из этого канала отклоняется поток ОГ, тогда как агломерированные твердые частицы задерживаются в их улавливателе (18), предусмотренном в данном канале (8), а также способ очистки отработавших газов и автомобиль, имеющий устройство для очистки отработавших газов.

Изобретение относится к устройству для очистки содержащего частицы сажи отработавшего газа. Сущность изобретение: способ преобразования частиц (2) сажи отработавшего газа (ОГ), включающий в себя следующие шаги: а) обеспечение диоксида азота или кислорода в ОГ; б) ионизация частиц (2) сажи посредством электрического поля (16); в) осаждение электрически заряженных частиц (2) сажи на внутренних стенках (17) каналов поверхностного сепаратора (6); г) приведение в контакт диоксида азота или кислорода с осажденными частицами (2) сажи на внутренних стенках (17) каналов поверхностного сепаратора (6).

Изобретение относится к устройству для очистки содержащего частицы сажи отработавшего газа. Сущность изобретения: устройство (1) для очистки содержащего частицы (2) сажи отработавшего газа (ОГ) содержит по меньшей мере один ионизирующий элемент (4) для ионизации частиц (2) сажи, по меньшей мере одно сепарационное устройство (26) с поверхностным сепаратором (6) для осаждения ионизированных частиц (2) сажи.

Изобретение относится к очистке газов, преимущественно от автомобилей. .

Изобретение относится к способу и устройству для сокращения количества твердых частиц в отработавших газах (ОГ), образующихся при работе двигателя внутреннего сгорания (ДВС).

Изобретение относится к держателю для крепления нескольких электродов. Держатель (1) для крепления нескольких электродов (2), а именно коронирующих электродов, пригодных для формирования коронного разряда, в выпускном трубопроводе (3), содержит проходимое для потока отработавших газов (ОГ) тело (4), имеющее каналы и удерживающее электроды (2), и по меньшей мере один интегрированный в тело (4) электрический контакт (7) для электродов (2). Проходимое для потока тело (4) и по меньшей мере один электрический контакт (7) электрически сегментированы. Соответствующие сегменты электрически изолированы друг от друга с обеспечением возможности отдельного и независимого подвода тока на несколько электродов (2). Техническим результатом изобретения является обеспечение варьирования электрического поля. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к устройствам обработки газа в системе выпуска отработавшего газа, преимущественно для мобильных двигателей внутреннего сгорания в автомобилях. Устройство для создания электрического поля в системе выпуска отработавшего газа включает выпускной трубопровод, в котором расположен по меньшей мере один электрод, который находится в контакте с блоком питания. Электрод выполнен с помощью по меньшей мере одного металлического листа и простирается в направлении потока отработавшего газа. Все электроды в направлении потока имеют несколько выступов, образованных за счет удаления материала по меньшей мере одного металлического листа около торцевой кромки. По меньшей мере, один электрод интегрирован в сотовое тело. Упрощается конструкция, повышается эффективность очистки. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к держателю с одним или несколькими электродами для создания электрических полей в трубопроводе отработавшего газа. Держатель (1) имеет диск (4) из электрически изолирующего материала со стороной (5) набегающего потока и стороной (6) стекающего потока и выполненные с возможностью прохождения для отработавшего газа (ОГ) от стороны (5) набегающего потока к стороне (6) стекающего потока отверстия (7), а также по меньшей мере один закрепленный на диске (4) и/или в нем электрический проводник (8). Электрический проводник (8), по меньшей мере, на стороне (5) набегающего потока диска (4) покрыт электрически изолирующим материалом и находится в электрическом контакте с одним или несколькими простирающимися к стороне (6) стекающего потока электродами (2). Техническим результатом изобретения является отсутствие возникновения токов утечки. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 4 ил.

Настоящее изобретение относится к автомобилю и способу регулирования ионизационного устройства в устройстве доочистки отработавшего газа (ОГ) двигателя внутреннего сгорания (ДВС). Устройство с одним катодом и анодом, причем один катод в устройстве доочистки ОГ расположен на определенном расстоянии от анода, включает в себя следующие стадии: приложение высокого напряжения между одним катодом и анодом; задание первой величины для высокого напряжения; регистрация произведенного высоким напряжением тока между одним катодом и анодом; задание второй величины для высокого напряжения, если зарегистрированный ток задаваемое число раз превысил задаваемую первую силу тока, причем вторая величина меньше, чем первая величина. Технический результат, достигаемый при осуществлении изобретения, заключается в эффективном предотвращении возникновения электрической дуги или гашении уже возникшей электрической дуги. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 5 ил.
Наверх