RU2119065C1

RU2119065C1 - Diesel engine exhaust gas thermal converter

Info

Publication number: RU2119065C1
Application number: RU96122894A
Authority: RU
Inventors: Валерий Иванович Цыпцын; Владимир Александрович Стрельников; Сергей Викторович Истомин
Original assignee: Валерий Иванович Цыпцын; Владимир Александрович Стрельников; Сергей Викторович Истомин
Priority date: 1996-12-03
Filing date: 1996-12-03
Publication date: 1998-09-20

Abstract

FIELD: mechanical engineering; internal combustion engines; devices to reduce toxicity of exhaust gases. SUBSTANCE: diesel engine exhaust gas thermal converter has cylindrical housing with double (inner and outer) walls and heat insulation placed in between, tangentially installed inlet branch pipe, outlet branch pipe, heat resistant steel cyclone, electric spiral laid in dielectric installed on support, and shield to protect spiral from soot particles. Detachable lower part of housing is sealed on housing by gasket made of fire- resistant material. Spiral is coupled with control unit and exhaust gas temperature pickup. EFFECT: reduced thermal losses in converter owing to use of cyclone with expansion clearances, increased efficiency of operation of electric spiral owing to use of spiral control unit and exhaust gas temperature pickup, possibility of clearing converter from soot owing to detachable part of housing. 2 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к устройствам снижения токсичности отработавших газов (ОГ) дизелей. The invention relates to the field of engineering, and in particular to devices for reducing the toxicity of exhaust gases (exhaust) of diesel engines.

Известен термический нейтрализатор (дожигатель) ОГ двигателей внутреннего сгорания (ДВС) (авт.св. N 785535 от 27.05.77). Нейтрализатор содержит корпус и размещенные в нем две впускные камеры, каждая из которых снабжена впускными патрубками. Имеется противоточный теплообменник с двумя группами каналов - прямыми и обратными, сообщенный с камерами, а также полость выпуска ОГ, соединенная с выпускным патрубком. Known thermal converter (afterburner) exhaust gas of internal combustion engines (ICE) (ed. St. N 785535 from 05.27.77). The converter comprises a housing and two inlet chambers located therein, each of which is equipped with inlet pipes. There is a counterflow heat exchanger with two groups of channels - direct and reverse, in communication with the chambers, as well as an exhaust gas cavity connected to the exhaust pipe.

Дожигание ОГ в термическом нейтрализаторе определяется температурой в реакционном объеме и временем пребывания в нем ОГ. The afterburning of exhaust gas in a thermal converter is determined by the temperature in the reaction volume and the residence time of the exhaust gas in it.

Недостатком этого нейтрализатора является его неэффективная работа в начальный период после запуска двигателя, на режимах малых нагрузок и холостого хода из-за невозможности поддерживания оптимальной температуры в его реакторе на данных режимах. The disadvantage of this converter is its inefficient operation in the initial period after starting the engine at low load and idle modes due to the inability to maintain the optimum temperature in its reactor under these conditions.

Наиболее близким техническим решением является термический нейтрализатор ОГ дизеля (заявка ФРГ N 3504299, кл. F 01 N 3/08, 1986 - прототип), содержащий цилиндрический теплоизолированный корпус с тангенциально установленным входным патрубком и выходной патрубок, циклон, размещенный внутри корпуса с двойными стенками на выходном патрубке, входной и выходной патрубки сообщены с циклоном, а на опоре, прикрепленной к нижней внутренней части корпуса, расположена электрическая спираль, над которой установлен экран, защищающий ее от сажевых частиц, отсепарированных циклоном. The closest technical solution is a thermal diesel exhaust gas neutralizer (application FRG N 3504299, class F 01 N 3/08, 1986 - prototype), comprising a cylindrical heat-insulated casing with a tangentially installed inlet pipe and an outlet pipe, a cyclone placed inside the double-walled housing on the outlet pipe, the inlet and outlet pipes are in communication with the cyclone, and on the support attached to the lower inner part of the housing there is an electric spiral, over which a screen is installed to protect it from soot particles, th e cyclone.

Однако недостатками этого устройства являются высокие тепловые потери из-за недостаточности применения только одной теплоизоляции, неэффективное использование электрической спирали (электрического подогревателя) ввиду невозможности ее автоматического включения и отключения в зависимости от температуры ОГ, а также невозможность обслуживания нейтрализатора (очистка от сажи) из-за неразъемности конструкции. However, the disadvantages of this device are high heat losses due to the insufficiency of using only one thermal insulation, the inefficient use of an electric coil (electric heater) due to the impossibility of its automatic switching on and off depending on the exhaust gas temperature, and the inability to maintain the converter (soot removal) for the integral design.

Технической задачей изобретения является снижение тепловых потерь в нейтрализаторе, повышение эффективности работы электрического подогревателя, а также возможность обслуживания нейтрализатора. An object of the invention is to reduce heat loss in the converter, increasing the efficiency of the electric heater, as well as the ability to service the converter.

Эта задача решается в термическом нейтрализаторе ОГ дизеля, содержащем цилиндрический теплоизолированный корпус с тангенциально установленным входным патрубком, и выходной патрубок, циклон, размещенный внутри корпуса с двойными стенками на выходном патрубке, входной и выходной патрубки сообщены с циклоном, на опоре, прикрепленной к нижней внутренней части корпуса расположена электрическая спираль, над электрической спиралью установлен экран, защищающий ее от сажевых частиц, отсепарированных циклоном, где согласно изобретению циклон выполнен из жаростойкой стали, закреплен с теплоизолирующими зазорами по отношению к внутренним стенкам корпуса, спираль связана с блоком управления и датчиком температуры отработавших газов дизеля, при этом нижняя часть цилиндрического корпуса выполнена съемной и загерметизирована с корпусом посредством прокладки из негорючего материала, а экран для защиты электрической спирали от сажевых частиц выполнен из жаростойкой стали и имеет вид пластин с прорезями и с диаметром, большим внутреннего диаметра цилиндрического корпуса, установленной своими краями в разъемную часть корпуса и зажатой посредством болтов. This problem is solved in a thermal exhaust gas catalyst, containing a cylindrical heat-insulated casing with a tangentially installed inlet pipe, and an output pipe, a cyclone placed inside the double-walled casing on the output pipe, the input and output pipes are in communication with the cyclone, on a support attached to the lower inner part of the body there is an electric spiral, a shield is installed above the electric spiral, protecting it from soot particles separated by a cyclone, where according to the invention a cyclone made of heat-resistant steel, fixed with heat-insulating gaps in relation to the inner walls of the casing, the spiral is connected to the control unit and the diesel exhaust gas temperature sensor, while the lower part of the cylindrical casing is removable and sealed with the casing by means of a gasket made of non-combustible material, and the shield for protection the electric spiral from soot particles is made of heat-resistant steel and has the form of plates with slots and with a diameter larger than the inner diameter of the cylindrical body, pushed with its edges into the detachable part of the housing and clamped by means of bolts.

Сущность изобретения заключается в том, что с целью снижения тепловых потерь в нейтрализаторе циклон установлен с теплоизолирующими газовыми зазорами, позволяющими использовать "эффект термоса", то есть создать дополнительную газовую прослойку с целью увеличения температуры внутри циклона. The essence of the invention lies in the fact that in order to reduce heat loss in the converter, the cyclone is installed with heat-insulating gas gaps, allowing you to use the "thermos effect", that is, to create an additional gas layer in order to increase the temperature inside the cyclone.

Кроме того, посредством блока управления по сигналу датчика температуры ОГ дизеля производится включение и отключение электрической спирали в зависимости от температуры ОГ. In addition, by means of a control unit, an electric spiral is turned on and off, depending on the temperature of the exhaust gas, by the signal of the temperature sensor of the diesel engine.

И, наконец, для возможности обслуживания термического нейтрализатора нижняя часть корпуса выполнена съемной. And finally, for the possibility of servicing the thermal converter, the lower part of the housing is removable.

Техническое решение поясняется чертежами. The technical solution is illustrated by drawings.

На фиг. 1 изображен разрез термического нейтрализатора ОГ дизеля; на фиг. 2 - экран для защиты электрической спирали от сажевых частиц. In FIG. 1 shows a section through a thermal exhaust gas catalyst; in FIG. 2 - a screen to protect the electric spiral from soot particles.

Термический нейтрализатор ОГ дизеля включает в себя цилиндрический корпус с внешними 1 и внутренними 2 стенками и теплоизоляцией 3 (например, минеральная вата) между ними, имеющий входной 4 и выходной 5 патрубки. Причем входной патрубок 4 установлен тангенциально по отношению к циклону 6. Циклон 6, изготовленный из жаростойкой стали, закреплен (например, приварен) на выходном патрубке 5 с зазором от внутренних стенок 2. The thermal catalyst of the exhaust gas of a diesel engine includes a cylindrical body with external 1 and internal 2 walls and thermal insulation 3 (for example, mineral wool) between them, having an input 4 and output 5 nozzles. Moreover, the inlet pipe 4 is installed tangentially with respect to the cyclone 6. The cyclone 6, made of heat-resistant steel, is fixed (for example, welded) to the output pipe 5 with a gap from the inner walls 2.

В нижней части корпуса термического нейтрализатора в диэлектрике 7 (керамика, фарфор) расположена электрическая спираль 8, выполненная, например, из нихрома. Диэлектрик 7, имеющий форму диска, в концентричные канавки которого уложена электрическая спираль 8, установлен на опоре 9, верхняя часть которой выполнена в форме тарелки, прикрепленной к нижней части корпуса. In the lower part of the casing of the thermal converter in the dielectric 7 (ceramics, porcelain) there is an electric spiral 8 made, for example, of nichrome. A dielectric 7 having a disk shape, in the concentric grooves of which an electric spiral 8 is laid, is mounted on a support 9, the upper part of which is made in the form of a plate attached to the lower part of the housing.

Электрическая спираль 8 подключена к бортовой сети машины и ее включение осуществляется автоматически с помощью блока 10 управления электрической спиралью по сигналу датчика 11 температуры ОГ. Спираль включается в работу при температуре ниже 600^oC.The electric spiral 8 is connected to the on-board network of the machine and its inclusion is carried out automatically using the electric spiral control unit 10 according to the signal of the exhaust gas temperature sensor 11. The spiral is included in the operation at temperatures below 600 ^o C.

Для защиты электрической спирали 8 от забивания сажевыми частицами, выходящими из циклона вместе с ОГ, над спиралью установлен защитный экран 12, представляющий собой пластину из жаростойкой стали, диаметр которой больше внутреннего диаметра корпуса, с прорезями для свободного прохождения тепла, излучаемого электрической спиралью 8, и беспрепятственного транспортирования несгоревших частиц сажи, выпадающих в осадок из ОГ, в нижнюю часть корпуса. Экран 12 для защиты электрической спирали от сажевых частиц устанавливается краями в разъемную часть корпуса и зажимается с помощью стяжных болтов 13 крепления нижней части корпуса. To protect the electric spiral 8 from clogging by soot particles leaving the cyclone together with the exhaust gas, a protective shield 12 is mounted above the spiral, which is a plate made of heat-resistant steel, the diameter of which is larger than the inner diameter of the casing, with slots for the free passage of heat radiated by the electric spiral 8, and unimpeded transportation of unburned soot particles precipitated from the exhaust gas to the lower part of the body. The screen 12 to protect the electric spiral from soot particles is installed by the edges in the detachable part of the housing and clamped using the tie bolts 13 securing the lower part of the housing.

Герметизация нижней съемной части и корпуса достигается с помощью прокладки 14 из негорючего материала. The sealing of the lower removable part and the housing is achieved using a gasket 14 of non-combustible material.

Устройство работает следующим образом: ОГ поступают по тангенциальному входному патрубку 4 в циклон 6, установленный внутри цилиндрического корпуса с теплоизолирующими зазорами по отношению к внутренним стенкам 2. Поток ОГ, проходя через циклон 6, приобретает вращательное движение и направляется к экрану для защиты электрической спирали от сажевых частиц 12 и отражаясь от него, поток разворачивается на 180^o и через выходной патрубок 5 покидает реакционный объем термического нейтрализатора. При своем движении в нейтрализаторе ОГ интенсивно перемешиваются, контактируют с внутренними стенками 2 корпуса, со стенками циклона 6, получают тепловую энергию, излучаемую электрической спиралью 8, и тем самым достигают рабочей температуры, необходимой для эффективного дожигания продуктов неполного сгорания, в том числе и сажи. При достижении необходимой температуры 600^oC спираль отключается, дальнейшее протекание процесса осуществляется за счет нагрева газа от внутренних стенок 2 корпуса, стенок циклона 6 и тепломассообмена с ранее нагретыми ОГ.The device operates as follows: the exhaust gas flows through a tangential inlet pipe 4 into a cyclone 6 mounted inside a cylindrical body with heat-insulating gaps with respect to the inner walls 2. The exhaust gas flowing through the cyclone 6 acquires a rotational movement and is directed to the screen to protect the electric spiral from soot particles 12 and reflected from it, the flow is rotated 180 ^o and through the outlet pipe 5 leaves the reaction volume of the thermal converter. When they move in the converter, the exhaust gases are intensively mixed, contacted with the inner walls 2 of the body, with the walls of the cyclone 6, receive the thermal energy emitted by the electric spiral 8, and thereby reach the operating temperature necessary for the efficient afterburning of incomplete combustion products, including soot . Upon reaching the required temperature of 600 ^o C the spiral is switched off, the further process is carried out by heating the gas from the inner walls 2 of the body, the walls of the cyclone 6 and heat and mass transfer with previously heated exhaust gases.

Кроме того, поступающие в циклон 6 с ОГ твердые частицы под действием центробежных сил перемещаются к его внутренней поверхности и далее транспортируются потоком газа в нижнюю часть корпуса. В результате поворота газового потока несгоревшие частицы сажи оседают на экране 12 для защиты электрической спирали от сажевых частиц и на дне нейтрализатора. In addition, solid particles entering the cyclone 6 from the exhaust gas under the action of centrifugal forces move to its inner surface and are further transported by a gas stream to the lower part of the housing. As a result of the rotation of the gas stream, unburned soot particles settle on the screen 12 to protect the electrical spiral from soot particles and on the bottom of the catalyst.

Преимущество предложенного термического нейтрализатора состоит в том, что благодаря установке циклона с теплоизолирующими газовыми зазорами по отношению к внутренним стенкам снижаются тепловые потери в реакционной зоне нейтрализатора, а за счет наличия блока управления и датчика температуры ОГ дизеля, связанных с электрической спиралью, поддерживается оптимальная температура в нейтрализаторе. The advantage of the proposed thermal converter is that due to the installation of a cyclone with heat-insulating gas gaps in relation to the inner walls, heat losses in the reaction zone of the catalyst are reduced, and due to the presence of a control unit and a temperature sensor for the exhaust gas of the diesel connected to the electric coil, the optimum temperature is maintained at neutralizer.

Claims

A thermal diesel exhaust gas converter comprising a cylindrical thermally insulated body with a tangentially installed inlet pipe and an outlet pipe, a cyclone located inside the double-walled case at the outlet pipe, the inlet and outlet pipes are in communication with the cyclone, and on a support attached to the lower inner part of the body, an electric spiral is located, a shield is installed above the electric spiral, protecting it from soot particles separated by a cyclone, characterized in that the cyclone n made of heat-resistant steel, fixed with heat-insulating gaps in relation to the inner walls of the casing, the spiral is connected to the control unit and the diesel exhaust gas temperature sensor, while the lower part of the cylindrical casing is removable and sealed to the casing by means of a gasket made of non-combustible material, and the shield for protection the electric spiral from soot particles is made of heat-resistant steel and has the form of a plate with slots and with a diameter larger than the inner diameter of the cylindrical body, installed th its edges into the detachable part of the housing and clamped by means of bolts.