CS227652B2 - Způsob ochrany ovzduší před znečištěním škodlivými plyny a zařízení k provádění tohoto způsobu - Google Patents

Description

Vynález se týká způsobu ochrany ovzduší před škodlivými plyny, zejména plyny, odcházejícími ze spalovacích motorů. Vynález se také týká zařízení k provádění tohoto způsobu. Jakožto příklady uvedených škodlivých plynů mohou být uvedeny kysličníky dusíku, kysličník uhelnatý, kysličník siřičitý a nespálené uhlovodíky.

Tento problém nabývá v současné době obzvláštní důležitosti a bylo již vykonáno mnoho pokusů pro snížení nebo odstranění obsahu uvedených škodlivých plynů ve spalinách nebo v kouři, vypouštěných do ovzduší továrními komíny nebo výfukovým potrubím-spalovacích motorů automobilů.

Nevýhodou dosud známých zařízení, určených k eliminaci škodlivých plynů a zejména k čištění plynů odcházejících ze spalovacích motorů je to, že tato zařízení neposkytují zcela uspokojivé výsledky, jednak jsou složitá, nákladná a málo účinná a jednak neumožňují odstranit kysličníky dusíku, kysličník uhelnatý a další škodlivé plyny, přítomné v plynných spalinách. Kromě toho jsou známé způsoby a zařízení většinou určeny k odstranění nebo rozložení již vzniklých škodlivých plynů a nikoliv k zabránění vzniku těchto škodlivých plynů. Známé způsoby jsou rovněž jen obtížně aplikovatelné pro čištění plynů nebo spalin, vypouštěných do ovzduší továrními komíny.

Cílem vynálezu je odstranit uvedené nevýhody dosud známých způsobů a vyvinout jednoduché a málo nákladné zařízení, jehož použitím se dosáhne účinné eliminace uvedených škodlivých plynů.

Nevýhody známých způsobů nemá způsob ochrany ovzduší před znečištěním škodlivými plyny, zejména plyny odcházejícími ze spalovacích motorů, podle vynálezu, spočívající v přivádění vodní páry do vzduchového secího potrubí a v přivádění vznikající plynné směsi spolu s palivem do spalovací komory, jehož podstata spočívá v tom, že se vodní páre bezprostředně před nebo po svém přivedení do vzduchového sacího potrubí vede přes kontaktní prvek tvořený cerem a popřípadě inertním nosičem.

Kontaktní prvek může navíc s výhodou obsahovat germanium.

Při způsobu podle vynálezu se jako kontaktního prvku s výhodou použije kontaktního prvku, který obsahuje 0,5 až 100 % ceru, s výhodou 36 až 40 % ceru, přičemž zbylý obsah kontaktního prvku je tvořen inertním nosičem.

Vynález se také týká zařízení k provádění výše uvedeného způsobu, obsahující generátor vodní páry a potrubí k přivádění vodní páry do vzduchového sacího potrubí, jehož podstata spočívá v tom, že obsahuje alespoň jeden kontaktní prvek obsahující cer a popřípadě inertní nosič, a umístěný buá ve vzduchovém potrubí nebo v potrubí k přivádění vodní páry.

Kontaktní prvek může navíc s výhodou obsahovat také germanium.

Zařízení podle vynálezu obsahuje kontaktní prvek s výhodou ve formě mřížky, umístěné v ve vzduchovém sacím potrubí nebo v potrubí k přivádění vodní páry, ve formě povlaku, pokrývajícího část vnitřní stěny vzduchového sacího potrubí nebo potrubí k přivádění vodní páry nebo ve formě stočeného vlákna, umístěného uvnitř potrubí k přivádění vodní páry.

Výhodou způsobu podle vynálezu je to, že se jím dosáhne účinného odstranění škodlivých plynů ze spalin, vypouštěných Co ovzduší, zejména z výfukových plynů spalovacích motorů.

Další výhodou je, že dochází k účinnějšímu spalování palivové směsi, v důsledku čehož se sníží spotřeba paliva a zvýší výkon spalovacího motoru. Také se dosáhne sníženi zanášení spalovacího motoru pevnými produkty spalování, tj. uhlíkem a sazemi.

Výhoda zařízení podle vynálezu spočívá v jeho jednoduchosti a vysoké účinnosti.

V následujícím textu bude vynález blíže popsán s odkazy na připojené výkresy, η» kterých obrázek 1 znázorňuje schematicky řez potrubím pro přívod vzduchu, paliva a páry do spalovacího motoru, opatřeného zařízením podle vynálezu, obrázek 2 znázorňuje generátor vodní péry, obrázek 3 znázorňuje schematický řez továrním komínem, opatřeným zařízením podle vynálezu a obrázky 4, 5 a 6 znázorňují grafy, zachycující účinek způsobu podle vynálezu na výkonnost spalovacího motoru, na jeho spotřebu paliva a na obsah škodlivých plynů, obsažených ve výfukových plynech.

Na obrázku 1 je tedy znázorněno použiti zařízení podle vynálezu v přívodní soustavě vzduchu a paliva spalovacího motoru automobilu.

Tato přívodní soustava vzduchu a paliva zahrnuje vzduchové sací potrubí j_, jehož vnitřní Sténá vytváří Venturiho trubici 2, a které navazuje ns vstupní potrubí j motoru s vnitřním spalováním. Na vzduchovém sacím potrubí _1_ je nasazen' vzduchový filtr 4 a vzduch nasávaný do motoru prochází tímto vzduchovým filtrem A do Venturiho trubice 2. a dále postupuje směrem proudění vzduchu.

V bezprostřední blízkosti vzduchového sacího potrubí J. je umístěn karburátor _5, do kterého se běžným způsobem přivádí kapalné palivo, jakým je například benzín. Toto palivo se z karburátoru _6 přivádí do Venturiho trubice 2_ tryskou (není znázorněna), za kterou se přemění v jemné kapičky, které proudí směrem 1 postupu rozprášeného paliva.

Přívodní soustava vzduchu a paliva také zahrnuje škrticí klapku 8, upravenou pod Venturiho trubicí 2,. Toto škrticí klapka 8 umožňuje řídit množství směsí nasávaného vzduchu s rozprášeného paliva, proudící do válců spalovacího motoru. ₍

Přívodní soustava vzduchu · paliva také zahrnuje generátor 2 vodní páry, ze kterého se přivádí vodní pára do Vanturiho trubice 2 směrem 10 postupu vodní páry nebo vratným potrubím 22 přes vzduchový filtr .£· Pod Venturiho trubicí 2, například prává na rozhraní mezi vzduchovým eacím potrubím £ a vstupním potrubím J, je umístána mřížka 11 z ceru nebo germania, ze alouáeniny ceru nebo germania nebo ze slitiny ceru nebo germania, popřípadě ve směsi s inertním nosičem. Směs vzduchu, rozprášeného paliva a vodní páry, nasávaná do vstupního potrubí J, prochází tedy touto mřížkou 11.

Generátor 2 vodní páry umožňuje provádět přivádění vodní páry do Venturiho trubice. 2 nebo do vzduchového filtru 2 v závislosti na výkonu spalovacího motoru, například stejným způsobem, jakým se z karburátoru 6 reguluje přívod paliva do Venturiho trubice 2 v závislosti na požadovaném výkonu motoru.

Na obrázku 2 je znázorněna jedna možná forma provedení generátoru 2 vodní páry, ze kterého se vodní pára přivádí do Venturiho trubice 2. Tento generátor 2 vodní páry zahrnuje zásobník 1 3 vody, který je hermeticky uzavřen a spojen ponornou trubkou 14. opatřenou ventilem 1 5. ⁹ vnitřkem tepelného výměníku 16. který je ve styku s výfukovým potrubím 17 spalovacího motoru. Tepelný výměník 16 je opatřen vstupem 18 pro přívod vzduchu a výstupním potrubím 19 pro odvod vodní páry, které ústí do vnitřku vzduchového sacího potrubí 2 a které je zakončeno tryskou 21. upravenou tak, že vodní pára proudí ve směru 2 proudění vzduchu.

Generátor 2 vodní páry pracuje následujícím způsobem. Umístění zásobníku 13 vody nad tepelným výměníkem 16 zaručuje prakticky .konstantní hladinu vody v tomto tepelném výměníku 16 v důsledku automatické náhrady vody, přeměněné v páru výměnou tepla s výfukovými plyny, procházejícími výfukovým potrubím 17. Umístění trysky 21 podélně ve vzduchovém sacím potrubí X zaručuje, Že množství vodní páry, nasáté do vzduchového sacího potrubí J_ vzduchem, přiváděným přes vzduchový filtr 4, de funkcí množství vzduchu nasátého do válců spalovacího motoru. Tím se dosáhne automatické regulace množství vodní páry, nasáté do vzduchového sacího potrubí _1_i

Množství vodní páry, opouštějící tepelný výměník 16 za časovou jednotku, je tedy možné regulovat vhodnou volbou průřezu výstupního potrubí 19 a trysky 21 nebo ventilem 20, upraveným ve výstupním potrubí 19.

Jak je to znázorněno na obrázku 1, jsou vzduch, rozprášené palivo a vodní pára, přiváděné do Venturiho trubice 2, nasávány do výstupního potrubí 2 a proudí potom skrze mřížku 11. Tato směs se pak rozděluje do jednotlivých válců spalovacího motoru, kde se obvyklým způsobem spaluje a vzniklé výfukové plyny se pak odvádějí do ovzduší výfukovým potrubím 19 spalovacího motoru.

Generátor 2 vodní páry může být také spojen se vzduchovým filtrem 2 vratným potrubím 22, které je na obrázku 1 zobrazeno přerušovanou čarou.

Také je možné místo mřížky 11 použít stočeného vlákna z ceru popřípadě germania nebo z látky, obsahující cer popřípadě germanium, které je umístěno buS ve směru 10 postupu vodní páry nebo ve vratném potrubí 22 a které bude možné snadno vyměnit po jeho opotřebování, protože bylo zjištěno, že použitého ceru nebo germania časeia pozvolna ubývá.

Na obrázku 3 je schematicky znázorněno použití způsobu podle vynálezu pro čištění plynů nebo spalin, Vypouštěných do ovzduší továrním komínem.

Tento komín 25 je také opatřen generátorem 2 V°úní páry, ze kterého se přivádí dovnitř komínu vodní pára ve směru 10 postupu vodní páry. Spaliny odváděné komínem 25. přichází do komína 25 ve směru 28 proudění spalin, kde se smísí s vodní parou a vzniklá směs prochází mřížkou 11 z ceru nebo germania nebo ze sloučeniny nebo slitiny ceru nebo germania, která je umístěna za místem vstupu vodní páry do komína 25. Také je možné uvnitř potrubí, přivádějícího vodní páru, umístit spirály vlákna z ceru popřípadě germania nebo ze slitiny obsahující cer popřípadě germanium. Takovéto uspořádání umožňuje do značná míry popřípadě zcela odstranit kysličník uhelnatý a kysličníky dusíku ze spalin vypouštěných do ovzduší. Stejně tak se dosáhne eliminace fluoru a sloučenin obsahujících fluor a kysličníku siřičitého.

Výsledky, kterých se dosáhne způsobem podle vynálezu, jsou schematicky znázorněny v grafech na obrázcích 4, 5 e 6 ve srovnání.a výsledky, kterých ae dosáhne za použití dosud známých způsobů. Křivky vytažená plně ae vztahují k výsledkům dosaženým způsobem podle vynálezu, zatímco křivky vytažená čárkovaně se vztahují k výsledkům, dosaženým za použití známého stavu techniky.

Obrázek 4 znázorňuje závislost výkonu motoru (osa y) na počtu otáček motoru (osa x).

Obrázek 5 znázorňuje závislost spotřeby paliva (osa y) na počtu otáček motoru (osa x).

Na obrázku 6 je znázorněna závislost obsahu kysličníku uhelnatého (osa y) ve výfukových plynech motoru na počtu otáček motoru (osa x). Obsah kysličníku uhelnatého byl stanoven plynovou chromatografií výfukových plynů. Z grafu na obrázku 6 je zřejmá, že u motoru s vnitřním spalováním, který není vybaven zařízením podle vynálezu, kolísá množství kysličníku uhelnatého v rozmezí 4 až 5,5 % v závislosti na počtu otáček motoru, zatímco toto množství je nulová (křivka obsahu kysličníku uhelnatého je totožná s osou X), u motoru, který zařízením podle vynálezu vybaven je. Také bylo zjištěno, že množství dalěích škodlivých plynů, tj. zejména nespálených uhlovodíků, kysličníků dusíku a kysličníku siřičitého, které obvykle činí 1 až 3 í, je v podstatě nulové u motořu s vnitřním spalováním, vybaveného zařízením podle vynálezu.

Předpokládá se, že cer popřípadě germanium, přes které se vede vodní péra, vyvolává rozklad vodní páry za vzniku vodíku ve stavu zrodu. Přítomnost uvedeného vodíku ve stavu zrodu mé za následek, že se bu3 zabrání tvorbě Škodlivých plynů nebo se vyvolá rozklad těchto plynů, mezi které zejména patří kysličníky dusíku, kysličník uhelnatý, nespáleně uhlovodíky « kysličník siřičitý, kterě se zpravidla nacházejí ve spalných plynech vypouštěných do ovzduší.

Způsob a zařízení podle vynálezu mohou být použity u motorů e vnitřním spalováním, vybavených karburátorem, nebo přímým vstřikováním paliva, u naftových motorů, u turbinových motorů, u proudových motorů s turbinou, u topidel pro vytápění domácností i u komínů průmyslových závodů.

Pro srovnání .účinku způsobu podle vynálezu a účinku známého stavu techniky jsou v následující tabulce porovnány oba způsoby vzhledem k odstranění kysličníku uhelnatého, kyslič níkú dusíku a nespálených uhlovodíků. Měření byla provedena na osobním voze BMW 320 (rok výroby 1976). Podle známého způsobu byla do motoru zaváděna vodní pára aa rozdíl od způsobu podle vynálezu, kdy byla do motoru zaváděna vodní pára, vedená před tím přes kontaktní prvek z ceru. Z tabulky je zřejmé, že se způsobem podle vynálezu dosáhne výrazného zlepšení při odstranění uvedených Škodlivin vzhledem k dosavadnímu stavu techniky.

Tabulka

Způsob	Obsah škodlivin ve výfukových plynech (g)	Spotřeba paliva (g)	Spotřeba vody
Kysličník uhelnatý	itysličníky Nespálené
dusíku	uhlovodíky
Známý stav techniky	66,46	4,15	4,86	442,5	1 litr na 100 km
Způsob podle vynálezu	59,5	2,04	3,5	412,5	1 litr na 100 km
Zlepšení (%)	10,3	51	28	6,80

Je také zřejmá, že vodní péra, které přižila do styku s cerem nebo germaniem, se může také přivádět přímo v místě, kde dochází k tvorbě škodlivých plynů nebo v místě, které leží bezprostředně za místem vzniku uvedených Škodlivých plynů.

Namísto mřížky z ceru popřípadě germania je také možné obložit stěny potrubí, vedoucí· ho vodní páru, vrstvou obsahující cer popřípadě germanium nebo slitinu anebo sloučeninu ceru popřípadě germania.

Bylo zjištěno, že u motorů s vnitřním spalováním se dosáhne nejlepěích výsledků, když se volnoběžné tryska karburátoru seřídí pro tvorbu chudé směsi, zatímco seřízení výkonové trysky zůstává normální. Jde o relativní obohacení spalné směsi,v důsledku lepšího zplyňování a spalování směsi nejen při normálním výkonu motoru, ale i při volnoběhu. Sfféto výhody není možné dosáhnout bez zařízení podle vynálezu.

Claims (6)

1. Způsob pohraný ovzduší před znečištěním škodlivými plyny, zejména plyny odcházejícími ze spalovacích motorů, spočívající v přivádění vodní páry do vzduchového sacího potrubí a v přivádění vznikající plynové směsi spolu s palivem do spalovací komory, vyznačený tím, že se vodní pára bezprostředně před nebo po svém přivedení do vzduchového sacího potrubí vede přes kontaktní prvek tvořený cerem popřípadě inertním nosičem.

2. Způsob podle bodu 1, vyznačený tím, že kontaktní prvek navíc obsahuje germanium,

3. Způsob podle bodu 1, vyznačený tím, že kontaktní prvek obsahuje 0,5 až 100 % ceru, s výhodou 36 až 40 % ceru, přičemž zbylý obsah kontaktního prvku je tvořen inertním nosičem.

4. Zařízení k provádění způsobu podle bodů 1, 2 a 3 obsahující generátor vodní páry a potrubí k přiváděni vodní páry do vzduchového sacího potrubí, vyznačené tím, že obsahuje alespoň jeden kontaktní prvek obsahující cer a popřípadě inertní nosič, a umístěný buň ve vzduchovém sacím potrubí (1) nebo v potrubí k přivádění vodní páry.

5. Zařízení podle bodu 4, vyznačené tím, že kontaktní prvek navíc obsahuje germanium.

6. Zařízení podle bodů 4 a 5, vyznačené tím, že kontaktní prvek obsahuje mřížku <11), umístěnou ve vzduchovém sacím potrubí (1) nebo v potrubí k přivádění vodní péry, povlak pokrývající část vnitřní stěny vzduchového sacího potrubí (1) nebo potrubí k přivádění vodní páry nebo stočené vlákno, umístěné uvnitř potrubí k přivádění vodní páry.