RU2096636C1

RU2096636C1 - Device for protection of atmosphere against exhaust gases of engine

Info

Publication number: RU2096636C1
Application number: RU9494028308A
Authority: RU
Inventors: В.А. Рычков
Original assignee: Государственная морская академия им.адм.С.О.Макарова
Priority date: 1994-07-27
Filing date: 1994-07-27
Publication date: 1997-11-20
Also published as: RU94028308A

Abstract

FIELD: manufacture of engines; protection of atmosphere against exhaust gases. SUBSTANCE: during operation of engine, exhaust gases are cleaned of CO₂ due to chemical reaction between gases and drops of alkali NaOH (KOH) in inner volume of filter-mixer. Then gases are freed of alkali entrapped by flow in separator and exhaust gases cleaned of CO₂ and alkali enter the engine. Oxygen added to gas flow before engine is obtained due to chemical reaction between peroxide of alkali metal, for example and water. Peroxide of alkali metal is stored in reactor bin. Gas check sensors and components of automatic control system ensure required amount of oxygen in gas fed to engine cylinder. EFFECT: enhanced efficiency. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано для защиты атмосферы от выхлопных газов двигателя. The invention relates to engine building and can be used to protect the atmosphere from exhaust gases of the engine.

Известно устройство для защиты атмосферы от выхлопных газов двигателя с выпускным и всасывающим коллекторами, содержащее клапана, датчики давления, температур и изменения содержания кислорода, газоохладитель, в корпусе которого расположены фильтры, и устройство для распыла охлаждающей жидкости, сепаратор, насос с трубопроводами, газопровод, выполненный в виде трубы и соединяющий элемент устройства в единое целое. A device for protecting the atmosphere from exhaust gases of an engine with exhaust and intake manifolds is known, comprising valves, pressure, temperature and oxygen sensors, a gas cooler with filters in its body, and a device for spraying coolant, a separator, a pump with pipelines, a gas pipeline, made in the form of a pipe and a connecting element of the device into a single whole.

Однако известное устройство недостаточно эффективно защищает атмосферу и человека от вредного воздействия выхлопных газов двигателя. However, the known device does not effectively protect the atmosphere and humans from the harmful effects of exhaust gases of the engine.

Задача изобретения повышение эффективности защиты атмосферы и человека от воздействия выхлопных газов двигателя. The objective of the invention is to increase the efficiency of protecting the atmosphere and humans from the effects of engine exhaust.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве для защиты атмосферы от выхлопных газов двигателя с выпускным и всасывающим коллекторами, содержащем клапана, датчики давления, температур и изменения содержания кислорода, газоохладитель, в корпусе которого расположены фильтры, и устройство для распыла охлаждающей жидкости, сепаратор, насос с трубопроводами, газопровод, выполненный в виде трубы и соединяющий элементы устройства в единое целое, имеется реактор, в корпусе которого установлены бункера с размещенным в них гранулированным химически активным веществом, и водяные форсунки, фильтр-смеситель, в корпусе которого установлены щелочные распылители, смеситель с отражателем, сточная цистерна, дополнительный насос с трубопроводами, микропроцессор, сепаратор выполнен с перегородками, а реактор соединен верхней частью со смесителем, а нижней с фильтром-смесителем. The problem is solved in that in a device for protecting the atmosphere from exhaust gases of an engine with exhaust and suction manifolds containing valves, pressure sensors, temperature sensors and changes in oxygen content, a gas cooler in which case filters are located, and a device for spraying coolant, a separator, a pump with pipelines, a gas pipeline made in the form of a pipe and connecting the elements of the device into a single unit, there is a reactor in the housing of which there are bunkers with granular placed in them chemically active substance, and water nozzles, a filter mixer, in the case of which alkaline sprayers are installed, a mixer with a reflector, a waste tank, an additional pump with pipelines, a microprocessor, a separator is made with partitions, and the reactor is connected to the mixer with the upper part and the filter with the bottom -mixer.

Реактор внутри разделен решетчатыми или перфорированными перегородками, образующими бункеры, а в верхней и нижней части реактора предусмотрены отверстия отвода кислорода и водного раствора щелочи. The reactor inside is divided by lattice or perforated partitions forming bunkers, and holes for the removal of oxygen and an aqueous solution of alkali are provided in the upper and lower parts of the reactor.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где изображен общий вид и взаимосвязь элементов предлагаемого устройства. The invention is illustrated in the drawing, which shows a General view and the relationship of the elements of the proposed device.

Устройство для защиты атмосферы от выхлопных газов двигателя 1 включает в себя газовую захлопку 2, газопровод 3, газоохладитель 4, реактор 5, фильтр-смеситель 6, сепаратор 7, смеситель 8, центробежные насосы 9 и 10 (основной и дополнительный), сборный трубопровод 11, щиток с датчиками изменения содержания кислорода, температуры и давления 12, захлопки 13, сборную цистерну 14, микропроцессор 15, водяные трубопроводы с запорными клапанами 25, 26, 29, 30, 31. В корпусе газоохладителя 4 расположены фильтры для очистки выхлопных газов от сажи 16 и устройство для распыла жидкости 17. В корпусе реактора 5 установлены решетчатые бункеры 18, в которых хранится гранулированное химически активное вещество 19, и водяные форсунки 20. В корпусе фильтра-смесителя 6 установлены щелочные распылители 21 и сливной конец сборного трубопровода 11. Газопровод 3 связывает все элементы устройства, выполнен в виде трубы большого диаметра со щитком датчиков на кислород, температуру и давление 12, с захлопками газовыми 2 и 13, воздушной 22 и выпускной газовой 23. A device for protecting the atmosphere from the exhaust gases of engine 1 includes a gas shutter 2, a gas pipeline 3, a gas cooler 4, a reactor 5, a filter mixer 6, a separator 7, a mixer 8, centrifugal pumps 9 and 10 (primary and secondary), a collection pipe 11 , shield with sensors for changing oxygen content, temperature and pressure 12, flaps 13, collection tank 14, microprocessor 15, water pipelines with shut-off valves 25, 26, 29, 30, 31. Filters for cleaning exhaust gases from soot are located in the body of the gas cooler 4 16 and device for distribution la liquids 17. In the reactor vessel 5, lattice bins 18 are installed, in which granular chemically active substance 19 is stored, and water nozzles 20. Alkaline atomizers 21 and a drain end of the collection pipe 11 are installed in the filter mixer 6 body. Gas pipeline 3 connects all elements of the device , made in the form of a large-diameter pipe with a shield of sensors for oxygen, temperature and pressure 12, with gas flaps 2 and 13, air 22 and gas outlet 23.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

При нормальной работе двигателя воздух из атмосферы через открытую воздушную захлопку 22 поступает в цилиндр двигателя, а выхлопные газы через открытую выпускную газовую захлопку 23 выбрасываются в атмосферу. Для защиты атмосферы от выхлопных газов двигателя устройство работает так: запускается насос 9 и вода по трубопроводу 24 поступает к клапанам 25 и 26. Закрываются захлопки 22 и 23, открываются газовые захлопки 2 и 13 и клапаны 25 и 26. Вода через клапан 25 поступает на водяные форсунки 20, водные струи достигают химическое вещество 19 и реагируют с ним. В качестве химического вещества применяются пероксиды щелочных металлов, например Na₂O₂ желтый кристаллический порошок, реакции идут по уравнению:
Na₂O₂+H₂O _→ 2NaOH+O₂
(Фролов В. В. Химия, М. Высшая школа, 1979, стр. 288). В реакторе образуется щелочь NaOH и выделяется чистый кислород. Кислород из реактора 5 по трубопроводу 27 поступает в смеситель 8, в котором проходит между отражателями, меняя неоднократно направление движения, очищается от капель воды и щелочи и поступает в газопровод. Водный раствор щелочи из реактора 5 по трубопроводу 28 стекает в распылитель 21 фильтра-смесителя 6 и рассеивается в виде щелочного тумана по всему объему фильтра-смесителя. Вода через клапан 26 поступает на распылители 17 газоохладителя 4. Выхлопные газы в газоохладителе 4 очищаются от сажи фильтрами 16, охлаждаются распыленной водой и поступают в фильтр-смеситель 6. Вода из корпуса газоохладителя по трубопроводу стекает в сточную цистерну 16 вместе с отходами, образовавшимися при очистке выхлопных газов.During normal engine operation, air from the atmosphere through the open air shutoff 22 enters the engine cylinder, and exhaust gases through the open exhaust gas shutter 23 are released into the atmosphere. To protect the atmosphere from engine exhaust, the device works as follows: pump 9 starts and water flows through valves 24 and 25. Flaps 22 and 23 are closed, gas flaps 2 and 13 and valves 25 and 26 open. Water flows through valve 25 to water nozzles 20, water jets reach the chemical substance 19 and react with it. As a chemical substance, alkali metal peroxides are used, for example, Na ₂ O ₂ yellow crystalline powder, the reactions proceed according to the equation:
Na ₂ O ₂ + H ₂ O _ → 2NaOH + O ₂
(Frolov V.V. Chemistry, M. Higher School, 1979, p. 288). In the reactor, alkali NaOH is formed and pure oxygen is released. Oxygen from the reactor 5 through the pipeline 27 enters the mixer 8, which passes between the reflectors, repeatedly changing the direction of movement, is cleaned of drops of water and alkali and enters the gas pipeline. An aqueous solution of alkali from the reactor 5 through a pipe 28 flows into the atomizer 21 of the filter mixer 6 and is dispersed in the form of alkaline fog throughout the volume of the filter mixer. Water through the valve 26 enters the nozzles 17 of the gas cooler 4. The exhaust gases in the gas cooler 4 are cleaned of soot by filters 16, cooled by sprayed water and enter the filter mixer 6. Water flows from the gas cooler body to the sewage tank 16 along with the waste generated during exhaust gas cleaning.

В фильтре-смесителе 6 выхлопные газы, содержащие азот, его окислы и значительный процент CO₂, перемешиваясь с каплями щелочного тумана, очищаются от CO₂ химическим путем. Реакции идут по уравнению:
2NaOH+CO₂ _→ Na₂CO₃+H₂O
Водный раствор образовавшейся соли, например соды Na₂CO₃, либо стекает в сточную цистерну 14 через клапан 29, либо выбрасывается насосом 10 за борт через клапаны 30, 31. Очищенные от углекислого газа выхлопные газы поступают в сепаратор 7, в котором, протекая между перегородками, освобождаются от капелек воды и щелочи, затем достигают смесителя 8, обогащаются кислородом и через открытую захлопку 13 поступают во всасывающий коллектор двигателя. Достаточное количество кислорода в очищенных выхлопных газах обеспечивает устойчивую работу двигателя. Контроль за содержанием кислорода, давления и температурой очищенных выхлопных газов осуществляется датчиками 12, установленными на щитке, и поддерживается на соответствующем уровне микропроцессором 15, который управляет работой насосов 9 и 10. Капельки воды и щелочи из смесителя 6 и сепаратора 7 по трубопроводу 11 стекают в фильтр-смеситель.In the mixer filter 6, the exhaust gases containing nitrogen, its oxides and a significant percentage of CO ₂ , mixed with drops of alkaline fog, are chemically cleaned of CO ₂ . The reactions proceed as follows:
2NaOH + CO ₂ _ → Na ₂ CO ₃ + H ₂ O
An aqueous solution of the salt formed, for example, Na ₂ CO ₃ soda, either flows into the sewage tank 14 through the valve 29, or is pumped overboard through the valves 30, 31 by the pump 10. The exhaust gases purified from carbon dioxide enter the separator 7, in which, flowing between by partitions, they are freed from droplets of water and alkali, then they reach the mixer 8, are enriched with oxygen and through the open shutter 13 enter the intake manifold of the engine. A sufficient amount of oxygen in the cleaned exhaust gases ensures stable engine operation. The oxygen content, pressure and temperature of the cleaned exhaust gases are monitored by sensors 12 mounted on the shield and maintained at the appropriate level by the microprocessor 15, which controls the operation of the pumps 9 and 10. Droplets of water and alkali from the mixer 6 and separator 7 flow through the pipe 11 into filter mixer.

Предлагаемое устройство позволяет очистить выхлопные газы двигателя на 80 90% от любого вредного компонента, не выбрасывать их в атмосферу и использовать выхлопные газы для сгорания топлива. Время работы двигателя определяется запасом на борту химически активного вещества. Элементы устройства могут выпускаться промышленно без высоких экономических затрат. The proposed device allows you to clean the exhaust gases of the engine by 80 90% from any harmful component, not to throw them into the atmosphere and use the exhaust gases to burn fuel. Engine operating time is determined by the stock on board of a chemically active substance. Elements of the device can be manufactured industrially without high economic costs.

Claims

1. A device for protecting the atmosphere from exhaust gases of an engine with exhaust and intake manifolds, comprising valves, pressure, temperature and oxygen sensors, a gas cooler, in the case of which there are filters and a device for spraying coolant, a separator, a pump with pipelines, a gas pipeline, made in the form of a pipe and a connecting element of the device into a single unit, characterized in that it is equipped with a reactor, in the housing of which there are bunkers with chemically granulated placed in them active substance and water nozzles, a filter-mixer, in the case of which alkaline sprayers are installed, a mixer with reflectors, a sewage tank, an additional pump with pipelines, a microprocessor, the separator is made with partitions, and the reactor is connected to the mixer by the upper part and the mixer-filter .

2. The device according to p. 1, characterized in that the reactor inside is divided by lattice or perforated partitions forming bunkers, and holes for the removal of oxygen and an aqueous solution of alkali are provided in the upper and lower parts of the reactor.