RU2029108C1 - Catalytic neutralizer of exhaust gases for internal combustion engine - Google Patents

Catalytic neutralizer of exhaust gases for internal combustion engine Download PDF

Info

Publication number
RU2029108C1
RU2029108C1 SU5013044A RU2029108C1 RU 2029108 C1 RU2029108 C1 RU 2029108C1 SU 5013044 A SU5013044 A SU 5013044A RU 2029108 C1 RU2029108 C1 RU 2029108C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
sections
exhaust gases
screens
temperature
heat exchanger
Prior art date
Application number
Other languages
Russian (ru)
Inventor
В.С. Брындин
А.П. Гудович
В.Б. Дерягин
А.Ю. Логинов
В.Н. Нужин
В.С. Сапелкин
А.И. Хлыстов
Original Assignee
Малое предприятие "Технология"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Малое предприятие "Технология" filed Critical Малое предприятие "Технология"
Priority to SU5013044 priority Critical patent/RU2029108C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2029108C1 publication Critical patent/RU2029108C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)

Abstract

FIELD: engine engineering. SUBSTANCE: neutralizer has housing provided with sections of catalyzer carrier and heat exchanger mounted in series. The sections of the heat exchanger are made up of gas penetrating piping shields connected with branch pipes for supplying and discharging fluid which is used for heating or cooling exhaust gases flowing through the sections of the catalyzer carrier. As the result the temperature of the catalyzer is maintained in a given range. EFFECT: decreased toxicity of exhaust gases. 4 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для снижения токсичности отработавших газов двигателей внутреннего сгорания. The invention relates to mechanical engineering and can be used to reduce the toxicity of exhaust gases of internal combustion engines.

Наиболее близким к заявляемому каталитическому нейтрализатору по решаемой технической задаче (прототипом) является нейтрализатор для двигателя внутреннего сгорания, имеющего источник рабочей среды, содержащий корпус с размещенным в нем носителем выполненным в виде пакета решеток, образованных продольными трубами и поперечными перемычками, образующих каналы для отработавшего газа, впускной и выпускной патрубки, в котором дополнительно содержатся поперечные и продольные фиксирующие перемычки с отверстиями, образующие боковые стенки носителя, патрубки подвода и отвода, установленные попарно, поперечные перемычки выполнены в виде труб, концы продольных труб установлены в отверстиях фиксирующих перемычек и патрубки подвода сообщены с одной стороны с источником рабочей среды, а с другой с трубами. The closest to the claimed catalytic converter for the technical problem to be solved (prototype) is a converter for an internal combustion engine having a working medium source containing a housing with a carrier placed therein made in the form of a packet of grids formed by longitudinal pipes and transverse jumpers forming channels for the exhaust gas , inlet and outlet nozzles, which additionally contains transverse and longitudinal locking bridges with holes that form the side walls carrier, inlet and outlet pipes installed in pairs, transverse jumpers are made in the form of pipes, the ends of the longitudinal pipes are installed in the holes of the fixing jumpers and the supply pipes are communicated on one side with the source of the working medium, and on the other with the pipes.

Недостатком известного каталитического нейтрализатора является сложность подбора конструкционных материалов для трубчатого пакета решеток с тем, чтобы учесть влияние термического сопротивления слоя подложки на температуру катализатора. При этом между стенками охлаждаемых или нагреваемых изнутри трубок и нанесенным на них керамическим слоем подложки, обычно выполняемым на основе γ-Al2O3, могут возникнуть нерасчетные термонапряжения, приводящие к растрескиванию подложки и ее осыпанию. В результате процесс термостабилизации катализатора усложняется.A disadvantage of the known catalytic converter is the complexity of the selection of structural materials for the tubular package of grids in order to take into account the influence of the thermal resistance of the substrate layer on the temperature of the catalyst. In this case, between the walls of the tubes cooled or heated from the inside and the ceramic layer of the substrate deposited on them, usually performed on the basis of γ-Al 2 O 3 , non-calculated thermal stresses can occur, leading to cracking of the substrate and its shedding. As a result, the process of thermal stabilization of the catalyst is complicated.

Целью изобретения является упрощение процесса термостабилизации катализатора. The aim of the invention is to simplify the process of thermal stabilization of the catalyst.

Поставленная цель достигается тем, что в каталитическом нейтрализаторе для двигателя внутреннего сгорания, имеющего источник рабочей среды, содержащем корпус с размещенным в нем носителем катализатора и патрубками подвода и отвода рабочей среды, носитель образован рядом последовательно установленных одна за другой секций, между которыми, а также по меньшей мере перед водной секцией размещены газопроницаемые трубчатые экраны, сообщенные с патрубками подвода и отвода рабочей среды. This goal is achieved by the fact that in the catalytic converter for an internal combustion engine having a source of a working medium, comprising a housing with a catalyst carrier placed therein and nozzles for supplying and discharging a working medium, the carrier is formed by a series of sections sequentially installed one after another, between which, and at least in front of the water section there are gas-permeable tubular screens in communication with the nozzles for supplying and discharging the working medium.

Кроме того, трубчатые экраны могут быть выполнены в виде спирального или загзагообразного змеевика или решетки. In addition, tubular screens can be made in the form of a spiral or zagzag-shaped coil or lattice.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый каталитический нейтрализатор отличается от известного тем, что в нем носитель образован рядом установленных друг за другом секций, между которыми, а также по меньшей мере перед входной секцией размещены газопроницаемые трубчатые экраны, сообщенные с патрубками подвода и отвода рабочей среды. При этом конструкция газопроницаемых трубчатых экранов может представлять собой змеевик спиральной или зигзагообразной формы, а также решетку. A comparative analysis of the proposed solution with the prototype shows that the inventive catalytic converter differs from the known one in that the carrier is formed by a number of sections mounted one after another, between which, as well as at least in front of the inlet section, are gas-permeable tubular screens in communication with the supply pipes and removal of the working environment. Moreover, the design of gas-permeable tubular screens can be a coil of a spiral or zigzag shape, as well as a lattice.

Если в прототипе осуществляется регулирование температуры катализатора путем охлаждения или нагрева носителя, то в заявляемом решении осуществляется регулирование температуры потока отработавших газов, набегающих последовательно на вход каждой секции носителя и омывающих каталитическую поверхность. При этом за счет охлаждения или нагрева экранов с помощью рабочей среды обеспечивается возможность поддержания оптимальной температуры потока отработавших газов во всем объеме носителя на всех режимах работы двигателя. If the prototype is used to control the temperature of the catalyst by cooling or heating the carrier, then in the claimed solution, the temperature of the exhaust gas flow, incident sequentially at the inlet of each section of the carrier and washing the catalytic surface, is controlled. At the same time, due to cooling or heating of the screens using a working medium, it is possible to maintain the optimum temperature of the exhaust gas flow in the entire volume of the medium at all engine operating modes.

Существенным отличием заявляемого нейтрализатора является то, что с помощью экранов из потока отработавших газов отводится избыточное количество тепла, обусловленное экзотермическим эффектом дожигания оксида углерода и углеводородов. Поперечное обтекание трубок потоком отработавших газов характеризуется большими значениями коэффициента теплоотдачи и, следовательно, эффективностью теплообмена. Размывание тепловых пограничных слоев, образующихся на трубках, в вихревых зонах за трубками обеспечивает равномерную температуру потока перед секциями. На холостом ходу, когда температура отработавших газов недостаточна для активной работы катализатора, за счет предварительного подогрева экранов, особенно перед входной секцией, создаются условия, необходимые для "зажигания" каталитической реакции и дальнейшего поддержания требуемого температурного диапазона. A significant difference of the claimed catalyst is that with the help of screens from the exhaust gas stream, excess heat is removed, due to the exothermic effect of afterburning of carbon monoxide and hydrocarbons. The transverse flow around the tubes with an exhaust gas flow is characterized by large values of the heat transfer coefficient and, consequently, the heat transfer efficiency. The erosion of the thermal boundary layers formed on the tubes in the vortex zones behind the tubes ensures a uniform flow temperature in front of the sections. At idle, when the temperature of the exhaust gases is insufficient for the active operation of the catalyst, due to the preliminary heating of the screens, especially in front of the inlet section, the necessary conditions are created for the ignition of the catalytic reaction and further maintenance of the required temperature range.

Отводимое из трубчатых экранов тепло, как и в прототипе, может использоваться, например, для обогрева кабины водителя или пассажирского салона. The heat removed from the tubular screens, as in the prototype, can be used, for example, to heat the driver's cab or passenger compartment.

На фиг. 1 изображен каталитический нейтрализатор в разрезе; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1, для экрана в виде спирального змеевика; на фиг. 3 - то же, для экрана в виде загзагообразного змеевика; на фиг. 4 - то же, для экрана в виде решетки. In FIG. 1 shows a sectional view of a catalyst; in FIG. 2 is a section AA in FIG. 1, for a screen in the form of a spiral coil; in FIG. 3 - the same for the screen in the form of a zag-shaped coil; in FIG. 4 - the same for the screen in the form of a grid.

Каталитический нейтрализатор состоит из цилиндрического корпуса 1, в котором размещены секции 2 носителя катализатора. Снаружи корпуса имеются подвод 3 и отвод 4 для пропускания рабочей среды, а на торцах корпуса - патрубки подвода 5 и отвода 6 отработавших газов. The catalytic converter consists of a cylindrical housing 1, in which sections 2 of the catalyst carrier are placed. Outside the casing there is an inlet 3 and an outlet 4 for passing the working medium, and at the ends of the casing there are nozzles for supplying 5 and exhaust 6.

Между секциями 2, а также перед входной секцией и за выходной секцией (при необходимости дополнительного охлаждения выбрасываемых из двигателя газов) размещены газопроницаемые трубчатые экраны 7, сообщенные с подводом 3 и отводом 4. Как показано на фиг. 2, трубчатые экраны могут быть выполнены в виде спирального плоского змеевика 8, имеющего межвитковые зазоры 9, служащие для пропускания отработавших газов. При выполнении трубчатых экранов в виде плоского зигзагообразного змеевика 10, показанного на фиг. 3, последний также имеет проходные зазоры 11. При варианте выполнения трубчатых экранов в виде решетки 12 (фиг. 4) проходные зазоры 13 образованы ячейками между вертикальными и горизонтальными трубками. Позициями 3а, 4а на фиг. 4 обозначены патрубки подвода и отвода рабочей среды для горизонтальных трубок. Between sections 2, as well as in front of the inlet section and behind the outlet section (if necessary, additional cooling of the gases discharged from the engine), gas-permeable tubular screens 7 are connected, connected with the inlet 3 and the outlet 4. As shown in FIG. 2, the tubular screens can be made in the form of a spiral flat coil 8 having inter-turn gaps 9, which serve to pass the exhaust gases. When making tubular screens in the form of a flat zigzag coil 10 shown in FIG. 3, the latter also has passage gaps 11. In an embodiment of the tubular screens in the form of a lattice 12 (FIG. 4), the passage gaps 13 are formed by cells between the vertical and horizontal tubes. Positions 3a, 4a in FIG. 4 marked nozzles for supplying and discharging a working medium for horizontal tubes.

Каталитический нейтрализатор работает следующим образом. The catalytic converter operates as follows.

Отработавшие газы двигателя в направлении по стрелке 14 через патрубок 5 поступают в корпус нейтрализатора и омывают снаружи трубки первого экрана 7, через которые пропускается рабочая среда в направлении по стрелкам 15, 16. Если температура отработавших газов недостаточно высокая, то через трубки, например, спирального змеевика 8 пропускают рабочую среду с более высокой температурой и обеспечивают дополнительный нагрев отработавших газов перед первой секцией носителя. Engine exhaust gas in the direction of arrow 14 through the pipe 5 enters the converter housing and is washed outside the tubes of the first screen 7, through which the working medium is passed in the direction of arrows 15, 16. If the temperature of the exhaust gases is not high enough, then through tubes, for example, spiral the coil 8 pass the working medium with a higher temperature and provide additional heating of the exhaust gases in front of the first section of the carrier.

Наоборот, если отработавшие газы перегреты сверх допустимой температуры, то через трубки змеевика пропускают рабочую среду с низкой температурой, обеспечивая снижение температуры отработавших газов первой секцией носителя. On the contrary, if the exhaust gases are overheated above the permissible temperature, then the working medium with a low temperature is passed through the coil tubes, providing a decrease in the temperature of the exhaust gases by the first section of the carrier.

Таким образом, на вход первой секции поступает газовый поток с температурой, необходимой для эффективного протекания каталитической реакции. Проходя через первую секцию, газ дополнительно нагревается за счет экзотермической реакции на катализаторе, но при прохождении второго трубчатого экрана он охлаждается и на вход второй секции поступает опять с оптимальной для катализатора температурой. Далее избыточная температура отработавших газов перед входом в каждую последующую секцию носителя снижается на соответствующих экранах. После прохождения последней секции с целью снижения перегрева глушителя температура газа перед патрубком 6 может быть сначала снижена с помощью аналогичного экрана, а далее за патрубком с помощью дополнительной инжекции воздуха за пределами нейтрализатора снижена еще больше. Thus, a gas stream with a temperature necessary for the efficient catalytic reaction to flow enters the first section. Passing through the first section, the gas is additionally heated by an exothermic reaction on the catalyst, but when passing through the second tubular screen, it cools and enters the inlet of the second section again at the optimum temperature for the catalyst. Further, the excess temperature of the exhaust gases before entering each subsequent section of the carrier is reduced on the respective screens. After passing through the last section in order to reduce the overheating of the muffler, the gas temperature in front of the nozzle 6 can be first reduced with the help of a similar screen, and then behind the nozzle with the help of additional air injection outside the neutralizer, it is further reduced.

Необходимость установки выходного экрана определяется при конструктивной привязке нейтрализатора к конкретному типу двигателя. The need to install the output screen is determined by the structural linkage of the converter to a specific type of engine.

Кроме функции терморегулирования газового потока, экраны также обеспечивают дистанционирование секций нейтрализатора и выравнивание расхода газа в поперечном сечении секции. С этой целью трубки экранов могут иметь аэродинамический профиль и оребрение, обеспечивающее интенсификацию теплообмена при допустимом перепаде давления отработавших газов по длине нейтрализатора. Использование секций нейтрализатора с небольшой шириной (до 50 мм) позволяет снизить уровень термических напряжений и механических осевых нагрузок на конструкцию. Поэтому при выполнении корпуса 1 нейтрализатора с разъемами 17 (фиг. 1) секции различного типа (бобины из гофрированной фольги, керамические блоки и др.) могут легко устанавливаться и заменяться без операций пайки или сварки. In addition to the function of thermally regulating the gas flow, the screens also provide spacing of the converter sections and equalization of gas flow in the section cross section. For this purpose, the tube tubes may have an aerodynamic profile and ribbing, which ensures the intensification of heat transfer with a permissible differential pressure of exhaust gases along the length of the converter. The use of converter sections with a small width (up to 50 mm) allows to reduce the level of thermal stresses and mechanical axial loads on the structure. Therefore, when executing the converter housing 1 with connectors 17 (Fig. 1), sections of various types (corrugated foil reels, ceramic blocks, etc.) can be easily installed and replaced without soldering or welding operations.

В качестве рабочей среды, также как и в прототипе, могут использоваться жидкости и газы, в том числе вода и воздух. Причем часть экранов может быть предназначена для жидкой среды, а часть - для газообразной. Поэтому материалы для изготовления экранов выбираются с учетом температуры эксплуатации катализатора и типа рабочей среды. Наиболее подводящими являются нержавеющие стали для экранов между окислительными секциями носителя и алюминиевые (сплавы) для экранов между восстановительными секциями. As a working medium, as well as in the prototype, liquids and gases, including water and air, can be used. Moreover, part of the screens can be designed for liquid media, and part for gaseous. Therefore, materials for the manufacture of screens are selected taking into account the operating temperature of the catalyst and the type of working medium. The most leading are stainless steels for the screens between the oxidizing sections of the support and aluminum (alloys) for the screens between the reducing sections.

Прокачка воздуха через трубчатые экраны может осуществляться с помощь компрессора, а воды с помощью насоса, связанного с контуром циркуляционного охлаждения радиатора двигателя. Кроме воды могут использоваться также высокотемпературные органические теплоносители типа дифенила (рабочая температура ~ 300оС) и т.п.Air can be pumped through the tubular screens using a compressor, and water can be pumped through a pump connected to the circulating cooling circuit of the engine radiator. In addition to water can also be used high-temperature organic heat transfer fluids biphenyl type (operating temperature of ~ 300 ° C), etc.

Модификацией данной конструкции является нейтрализатор с решетчатыми экранами (фиг. 4), размещенными между секциями носителя, выполненными на основе двуокиси алюминия с платиновым катализатором. Охлаждение экранов осуществляется прокачкой воздуха с расходом до 150 г/с при входной температуре ~ 90оС и давлении до 0,3 МПа. При этом температура отработавших газов на выходе их из нейтрализатора может быть уменьшена на 400...450оС. Прогрев потока отработавших газов на холостом ходу и при запуске двигателя, также как и в предыдущей конструкции, осуществляется за счет прокачки предварительно нагретого воздуха через первый экран. При входной температуре отработавших газов в диапазоне 300...600оС прокачку воздуха через экраны прекращают.A modification of this design is a catalyst with lattice screens (Fig. 4) placed between sections of the carrier, made on the basis of aluminum dioxide with a platinum catalyst. Cooling screens performed by pumping air with a flow rate of 150 g / s at an input temperature of ~ 90 ° C and pressure to 0.3 MPa. At the output of the exhaust gas temperature of the catalyst may be reduced by 400 ... 450 ° C. The heating of the exhaust gas stream at idle and when the engine is started, as in the previous design, is carried out by pumping preheated air through the first screen. An inlet exhaust gas temperature in the range 300 ... 600 ° C air pumping through the screens is stopped.

Claims (4)

1. КАТАЛИТИЧЕСКИЙ НЕЙТРАЛИЗАТОР ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащий корпус с патрубками для подвода и отвода отработавших газов и размещенные внутри корпуса носитель катализатора и теплообменник с подводом и отводом рабочей среды, отличающийся тем, что носитель катализатора и теплообменник выполнены в виде последовательно установленных чередующихся одна за другой секций, при этом секции теплообменника выполнены в виде газопроницаемых трубчатых экранов, каждый из которых снабжен индивидуальными патрубками для подвода и отвода рабочей среды. 1. A CATALYTIC EMISSION GAS FOR THE INTERNAL COMBUSTION ENGINE, comprising a housing with nozzles for supplying and discharging exhaust gases and a catalyst carrier and a heat exchanger with a supply and exhaust of the working medium located inside the housing, characterized in that the catalyst carrier and the heat exchanger are installed in series in one form after the other sections, while the heat exchanger sections are made in the form of gas-permeable tubular screens, each of which is equipped with individual nozzles for supply and removal of the working environment. 2. Нейтрализатор по п.1, отличающийся тем, что трубчатые экраны выполнены в виде спирального змеевика. 2. The Converter according to claim 1, characterized in that the tubular screens are made in the form of a spiral coil. 3. Нейтрализатор по п.1, отличающийся тем, что трубчатые экраны выполнены в виде зигзагообразного змеевика. 3. The Converter according to claim 1, characterized in that the tubular screens are made in the form of a zigzag coil. 4. Нейтрализатор по п.1, отличающийся тем, что трубчатые экраны выполнены в виде решетки. 4. The Converter according to claim 1, characterized in that the tubular screens are made in the form of a lattice.
SU5013044 1991-11-27 1991-11-27 Catalytic neutralizer of exhaust gases for internal combustion engine RU2029108C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5013044 RU2029108C1 (en) 1991-11-27 1991-11-27 Catalytic neutralizer of exhaust gases for internal combustion engine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5013044 RU2029108C1 (en) 1991-11-27 1991-11-27 Catalytic neutralizer of exhaust gases for internal combustion engine

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2029108C1 true RU2029108C1 (en) 1995-02-20

Family

ID=21589776

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU5013044 RU2029108C1 (en) 1991-11-27 1991-11-27 Catalytic neutralizer of exhaust gases for internal combustion engine

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2029108C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2727122C1 (en) * 2020-02-05 2020-07-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Башкирский государственный аграрный университет" Exhaust gas catalytic converter

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Авторское свидетельство СССР N 1780549, кл. F 01N 3/28, опублик. 1991. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2727122C1 (en) * 2020-02-05 2020-07-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Башкирский государственный аграрный университет" Exhaust gas catalytic converter

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100376191B1 (en) Heat recovery steam generator and method of operation
US8272431B2 (en) Heat exchanger using graphite foam
RU2511930C2 (en) Used gas heat exchanger, particularly, used gas cooler for circulation of used gases in vehicles
CN101482047B (en) Method and system for purification of exhaust gas from diesel engines
US20070017661A1 (en) Heat exchanger
US11079182B2 (en) Heat exchanger
EP0777098A2 (en) Improved heat exchanger for use in high temperature applications
US20070295493A1 (en) Heat Exchanger
EP2843343B1 (en) Method of operating a heat exchanger
RU2029108C1 (en) Catalytic neutralizer of exhaust gases for internal combustion engine
RU2410561C2 (en) Exhaust system for waste gases with device for processing waste gases and heat exchanger in pipeline of exhaust gas recirculation (versions)
JPH0692242B2 (en) Fuel reformer
US20050103484A1 (en) Heat exchanger
JP3863979B2 (en) Catalytic combustion heating device
US20030017095A1 (en) Reactor having a heat exchange medium circulation
RU1780549C (en) Internal combustion engine catalytic neutralizer
RU2146001C1 (en) Mobile heat exchanger to heat technological fluid on well
RU2334187C1 (en) Heat exchanger
RU2795637C1 (en) Heat generator
JP2005030694A (en) Catalytic heater
CA2523457C (en) Submerged combustion lng vaporizer
JP3726381B2 (en) Steam boiler
SU992919A1 (en) Recuperator
JPS58187788A (en) Condenser
JP2006336559A (en) Nox removing device