RU2752452C1 - Thermocatalytic exhaust gas neutralizer - Google Patents

Thermocatalytic exhaust gas neutralizer Download PDF

Info

Publication number
RU2752452C1
RU2752452C1 RU2020139645A RU2020139645A RU2752452C1 RU 2752452 C1 RU2752452 C1 RU 2752452C1 RU 2020139645 A RU2020139645 A RU 2020139645A RU 2020139645 A RU2020139645 A RU 2020139645A RU 2752452 C1 RU2752452 C1 RU 2752452C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
catalytic converter
exhaust gas
thermocatalytic
catalytic
infrared emitter
Prior art date
Application number
RU2020139645A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Идгай Хасанович Мингазетдинов
Юлия Алексеевна Тунакова
Римма Рустемовна Шипилова
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ"
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 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ"
Priority to RU2020139645A priority Critical patent/RU2752452C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2752452C1 publication Critical patent/RU2752452C1/en

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/24Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by constructional aspects of converting apparatus
    • F01N3/28Construction of catalytic reactors

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)

Abstract

FIELD: exhaust gas catalysts.SUBSTANCE: thermocatalytic exhaust gas neutralizer is designed to neutralize harmful substances in exhaust gases and can be used in internal combustion engines, mobile and stationary installations. The thermocatalytic neutralizer contains an ejector with a flow regulator, a thermal afterburning chamber with a screw, a regulating device with a catalytic converter and an internal spring in a cup in which an infrared emitter and a temperature sensor connected to an infrared emitter voltage regulator are installed in the thermal afterburning chamber, and the catalytic converter housing has a quick-release mechanism in the form of a self-locking bayonet.EFFECT: the use of the invention will increase efficiency of exhaust gas cleaning and simplify the operational characteristics of the device.4 cl, 3 dwg

Description

Термокаталитический нейтрализатор отработанных газов предназначен для обезвреживания вредных веществ в отработанных газах и может найти применение в двигателях внутреннего сгорания передвижных и стационарных установках.Thermocatalytic converter of exhaust gases is designed to neutralize harmful substances in exhaust gases and can be used in internal combustion engines in mobile and stationary installations.

Известны устройства для каталитической нейтрализации отработанных газов тепловых установок с использованием катализаторов. В кн. «Химия окружающей среды» (пер. с англ. под ред. А.П. Цыганкова - М: Химия. 1982. 672 c.) описаны каталитические реакторы (рис VIII - 12 схемы б, в, стр. 224), в которых требуется модификация двигателей и сложная система с двойным каталитическим конвертером.Known devices for catalytic neutralization of exhaust gases from thermal plants using catalysts. In the book. "Chemistry of the Environment" (translated from English under the editorship of AP Tsygankov - M: Chemistry. 1982. 672 c.) Catalytic reactors are described (Fig. VIII - 12 schemes b, c, p. 224), in which engine modifications and a sophisticated dual catalytic converter system are required.

Известно устройство («Каталитический нейтрализатор отработанных газов» патент на полезную модель №118689, бюл. №21 от 27.07.2012г.), в котором производится очистка в нейтрализаторе и осуществляется регулирование зоны каталитического воздействия на газ в зависимости от режима работы двигателя. Данное устройство принято нами за прототип. Недостатки прототипа следующие: в предложенном устройстве отсутствует обеспечение и поддержание необходимой температуры. В то время, известно, что термокаталитические реакции протекают только в определенном диапазоне температур. Если температура газа ниже необходимой, то каталитические реакции не реализуются, а при температурах выше допустимой материал катализатора выгорает, покрывается окисной пленкой и катализ не проходит. Для автомобильных двигателей более характерно пониженная температура, т.к. газ проходя от камеры сгорания до выхлопной трубы, ближе к которой устанавливается каталитическое устройство, значительно остывает. С остывшим газом в камере дожигания у прототипа процесс дожигания может не происходить. Другой недостаток прототипа состоит в монтажной сложности. Дело в том, что по мере эксплуатации катализатор теряет свои каталитические свойства и его надо заменить. Для этого требуется быстросменные устройства, позволяющие заменить один блок катализаторов на новый. Для устранения этих недостатков и повышения качества очистки выхлопных газов предложен термокаталитический нейтрализатор выхлопных газов, в котором содержится эжектор с регулятором расхода, камера термического дожигания со шнеком, регулирующее устройство с каталитическим нейтрализатором и внутренней пружиной в стакане, в котором в камере термического дожигания установлен инфракрасный излучатель и датчик температуры, связанный с регулятором напряжения инфракрасного излучателе, а корпус каталитического нейтрализатора имеет быстросъемный механизм в виде байонета с самоторможением.Known device ("Catalytic converter of exhaust gases" utility model patent No. 118689, bulletin No. 21 from 27.07.2012), which is cleaned in a neutralizer and regulates the zone of catalytic action on the gas depending on the operating mode of the engine. We took this device as a prototype. The disadvantages of the prototype are as follows: in the proposed device there is no provision and maintenance of the required temperature. At that time, it was known that thermocatalytic reactions only take place within a certain temperature range. If the gas temperature is below the required one, then catalytic reactions do not take place, and at temperatures above the permissible catalyst material burns out, becomes covered with an oxide film and catalysis does not pass. Low temperatures are more common in car engines because the gas passing from the combustion chamber to the exhaust pipe, closer to which the catalytic device is installed, cools down significantly. With the cooled gas in the afterburner in the prototype, the afterburning process may not occur. Another disadvantage of the prototype is assembly complexity. The fact is that during operation the catalyst loses its catalytic properties and must be replaced. This requires quick-change devices to replace one catalyst block with a new one. To eliminate these drawbacks and improve the quality of exhaust gas purification, a thermocatalytic converter of exhaust gases has been proposed, which contains an ejector with a flow controller, a thermal afterburner with a screw, a regulator with a catalytic converter and an internal spring in a glass, in which an infrared emitter is installed in the thermal afterburner. and a temperature sensor associated with the voltage regulator of the infrared emitter, and the catalytic converter housing has a quick release mechanism in the form of a self-locking bayonet.

Предлагаемый каталитический нейтрализатор представлен на фиг. 1 и фиг. 2, фиг. 3, гдеThe proposed catalytic converter is shown in FIG. 1 and FIG. 2, fig. 3, where

фиг. 1 - общий вид устройства (сечение),fig. 1 - general view of the device (section),

фиг. 2 - узел крепления (байонет),fig. 2 - attachment point (bayonet),

фиг. 3 - вид А.fig. 3 - view A.

Здесь: 1 - патрубок подвода отработанного газа, 2 - эжектор, 3 - регулятор расхода, 4 - патрубок подачи воздуха, 5 - блок термического дожигания, 6 - шнек, 7 - инфракрасный излучатель, 8 - стакан, 9 - пружина, 10 - патрубок выхлопной, 11 - подпятник, 12 - кронштейн, 13 - катализатор пористый, 14 - блок каталитической нейтрализации, 15 - датчик температур, 16 - регулятор напряжения, 17 - измеритель температуры, 18 - источник питания, 19 - корпус самотормозящегося затвора, 20 - втулка, 21 - выступ, 22- штырь поворотный.Here: 1 - exhaust gas supply pipe, 2 - ejector, 3 - flow regulator, 4 - air supply pipe, 5 - thermal afterburner, 6 - auger, 7 - infrared emitter, 8 - glass, 9 - spring, 10 - pipe exhaust, 11 - thrust bearing, 12 - bracket, 13 - porous catalyst, 14 - catalytic neutralization unit, 15 - temperature sensor, 16 - voltage regulator, 17 - temperature meter, 18 - power supply, 19 - self-locking valve body, 20 - bushing , 21 - projection, 22 - rotary pin.

Термокаталитический нейтрализатор выхлопных газов крепится к патрубку подвода газов 1 фланцем эжектора 2, который имеет патрубок подачи воздуха 4 с регулятором расхода 3. К эжектору 2 крепится блок термического дожигания 5, имеющий внутри шнек 5, коаксиально которому в центре шнека 6 установлен инфракрасный излучатель 7. Измеритель 7 питается от источника питания 18, в цепи которого имеется измеритель температуры 17, регулятор напряжения 16. В электрическую цепь питания инфракрасного излучателя включен датчик температуры 15, установленный на выходе из блока термического дожигания 5. После блока дожигания 5 расположен блок каталитической нейтрализации 14, который крепится к блоку 5 самотормозящимся затвором типа «байонет» (см. узел I). Блок каталитической нейтрализации 14 имеет внутри пористый цилиндрический катализатор 13, расположенный коаксиально, а внутри него имеется подвижный стакан 8. Внутри стакана 8 установлена пружина 9, которая одним концом опирается на днище стакана 8. А другим концом опирается на подпятник 11, который кронштейнами 12 закреплен на выхлопном патрубке 10. Самотормозящий затвор типа «байонет» имеет корпус 19, который укреплен на корпусе 14. Затвор 19 состоит из корпуса, внутри которого находится подвижная втулка 20 с выступом 21, входящий в профилированный паз корпуса затвора 19. Втулка на конце имеет штырь поворотный 22.Thermocatalytic converter of exhaust gases is attached to the gas inlet pipe 1 by the ejector flange 2, which has an air supply pipe 4 with a flow regulator 3. A thermal afterburner unit 5 is attached to the ejector 2, which has a screw 5 inside, and an infrared emitter 7 is installed coaxially in the center of the screw 6. The meter 7 is powered from a power source 18, in the circuit of which there is a temperature meter 17, a voltage regulator 16. A temperature sensor 15 is included in the electric power circuit of the infrared emitter, installed at the outlet of the thermal afterburner 5. After the afterburner 5, there is a catalytic neutralization unit 14, which is attached to the block 5 with a self-locking "bayonet" type shutter (see unit I). The catalytic neutralization unit 14 has a porous cylindrical catalyst 13 inside, located coaxially, and inside it there is a movable cup 8. Inside the cup 8, a spring 9 is installed, which at one end rests on the bottom of the cup 8. And at the other end rests on a thrust bearing 11, which is fixed by brackets 12 on the exhaust pipe 10. The self-locking bayonet type shutter has a body 19, which is attached to the body 14. The shutter 19 consists of a body, inside of which there is a movable sleeve 20 with a protrusion 21, which enters the profiled groove of the body of the gate 19. The sleeve has a pin at the end swivel 22.

Каталитический нейтрализатор работает следующим образом. При работе двигателя машины, выхлопные газы патрубка 1 поступают в полость эжектора 2. Внутри горловины эжектора 2 за счет высокой скорости потока газа образуется разрежение, и осуществляется подсос воздуха через патрубок подачи воздуха 4 из атмосферы. Далее, выхлопные газы, смешиваясь с воздухом, поступают в пространство блока каталитического дожигания 5, где движутся по шнеку 6, являющимся газоходом. Одновременно с началом работы двигателя включается источник питания 18, который осуществляет нагрев инфракрасного излучателя 7, обеспечивая необходимую температуру датчика 15, обеспечивая контроль прибором 17 и регулированием устройством 16. В полости блока 5 происходит дожигание недогоревших углеводородных компонентов, и далее, газ поступает в полость каталитической нейтрализации 14 и начинает проходить через пористый катализатор 13. В зависимости от режима работы двигателя автоматически регулируется как состав газа внутри блока 5, так и зона прохода газа через пористый катализатор 13.The catalytic converter works as follows. When the engine of the machine is running, the exhaust gases from the nozzle 1 enter the cavity of the ejector 2. Inside the throat of the ejector 2, due to the high gas flow rate, a vacuum is formed, and air is sucked through the air supply nozzle 4 from the atmosphere. Further, the exhaust gases, mixing with air, enter the space of the catalytic afterburner 5, where they move along the screw 6, which is a gas duct. Simultaneously with the start of engine operation, the power source 18 is turned on, which heats the infrared emitter 7, providing the required temperature of the sensor 15, providing control by the device 17 and by regulating the device 16. In the cavity of the block 5, unburned hydrocarbon components are burned out, and then, the gas enters the cavity of the catalytic neutralization 14 and begins to pass through the porous catalyst 13. Depending on the engine operating mode, both the gas composition inside block 5 and the zone of gas passage through the porous catalyst 13 are automatically controlled.

При работе двигателя на холостом ходу или малых нагрузках объем газов, поступающих через патрубок 1 в эжектор, 2 незначителен, и скорость газов в эжекторе создает малое давление. Это малое давление действует на днище стакана 8. За счет действия пружины 9 стакан 8 перекрывает значительную часть пористого катализатора 13, оставляя для прохода газа небольшую его часть. При работе двигателя на средних и полных нагрузках расход отработанных газов значительно возрастает, и увеличивается подсос воздуха через патрубок 4, и автоматически поддерживается необходимое количество воздуха в полости 5 термического дожигания. Увеличение расхода газа вызывает увеличение давления газа на дно стакана 8, которое вызывает сжатие пружины 9, при этом площадь пористого катализатора 13 отрывается больше, газ проходит через открытое поверхность катализатора, при прохождении которого происходит нейтрализация вредных примесей. Далее очищенный газ удаляется через выхлопной патрубок 10. В зависимости от типа двигателя, вида используемого топлива, проводя предварительное регулирование регулятора расхода 3 и регулятором напряжения 16 необходимую температуру датчика 15.When the engine is idling or at low loads, the volume of gases entering through the nozzle 1 into the ejector, 2 is insignificant, and the velocity of the gases in the ejector creates a low pressure. This small pressure acts on the bottom of the glass 8. Due to the action of the spring 9, the glass 8 overlaps a significant part of the porous catalyst 13, leaving a small part of it for the passage of gas. When the engine is running at medium and full loads, the exhaust gas consumption increases significantly, and the air leakage through the nozzle 4 increases, and the required amount of air in the thermal afterburning cavity 5 is automatically maintained. An increase in gas consumption causes an increase in gas pressure at the bottom of the glass 8, which causes compression of the spring 9, while the area of the porous catalyst 13 is torn off more, the gas passes through the open surface of the catalyst, during the passage of which harmful impurities are neutralized. Further, the cleaned gas is removed through the exhaust pipe 10. Depending on the type of engine, the type of fuel used, preliminary regulation of the flow regulator 3 and voltage regulator 16 is carried out to the required temperature of the sensor 15.

По мере эксплуатации двигателя термокаталитический нейтрализатор может ухудшать свои каталитические свойства - окисление поверхности катализатора 13, возможное забивание пор и др. Для поддержания эффективности каталитической нейтрализации, блок 14 необходимо заменить и направить пористый катализатор 13 на регенерацию. Быстрая смена блока 14 производится с использованием затвора 19. Поворотом втулки 20, используя поворотный штырь 22, передвигают выступ 21 в профилированном пазу, освобождают затвор и снимают блок 14. В зависимости от размера диаметра устройства патрубка 1 и диаметра блока 5 количество затворов 19 может быть несколько - 2,4,6 и др. Самоторможение затвора, гарантирующее надежное крепление блока 19 при движении автомобиля, обеспечивается условием: γ<ρ, где ρ - угол трения, γ - угол винтовой линии профилированного паза.As the engine is operated, the thermocatalytic converter may deteriorate its catalytic properties - oxidation of the catalyst 13 surface, possible clogging of pores, etc. To maintain the efficiency of catalytic neutralization, unit 14 must be replaced and the porous catalyst 13 must be sent for regeneration. A quick change of block 14 is carried out using the shutter 19. By turning the sleeve 20, using the pivot pin 22, move the protrusion 21 in the profiled groove, release the shutter and remove the block 14. Depending on the size of the diameter of the device of the branch pipe 1 and the diameter of the block 5, the number of shutters 19 can be several - 2,4,6, etc. Self-locking of the shutter, which guarantees reliable fastening of the block 19 when the vehicle is moving, is provided by the condition: γ <ρ, where ρ is the friction angle, γ is the angle of the helical line of the profiled groove.

Таким образом, использование предложенного термокаталитического нейтрализатора выхлопных газов позволит повысить эффективность очистки выхлопных газов за счет автоматического регулирования процесса дожигания и поддержания необходимого температурного режима процесса каталитической нейтрализации и улучшить эксплуатационные характеристики путем упрощения замены блока катализатора.Thus, the use of the proposed thermocatalytic converter of exhaust gases will increase the efficiency of cleaning exhaust gases by automatically regulating the afterburning process and maintaining the required temperature of the catalytic neutralization process and improve performance by simplifying the replacement of the catalyst unit.

Claims (3)

1. Каталитический нейтрализатор отработанных газов, содержащий эжектор с регулятором расхода, камеру термического дожигания со шнеком, регулирующее устройство с каталитическим нейтрализатором и внутренней пружиной в стакане, отличающийся тем, что внутри камеры термического дожигания со шнеком установлен по оси инфракрасный излучатель, а соединение корпуса каталитического дожигания с корпусом каталитического нейтрализатора осуществляется быстросъемным механизмом.1. Catalytic converter of exhaust gases, containing an ejector with a flow regulator, a thermal afterburner with a screw, a regulator with a catalytic converter and an internal spring in a glass, characterized in that an infrared emitter is installed along the axis of the thermal afterburner with a screw, and the connection of the catalytic housing afterburning with the catalytic converter housing is carried out by a quick-release mechanism. 2. Каталитический нейтрализатор отработанных газов по п.1, отличающийся тем, что быстросъемный механизм выполнен в виде байонета с самоторможением.2. The catalytic converter of exhaust gases according to claim 1, characterized in that the quick-release mechanism is made in the form of a self-locking bayonet. 3. Каталитический нейтрализатор отработанных газов по п.1, отличающийся тем, что в полости камеры термического дожигания установлен датчик температуры, связанный с регулятором напряжения на инфракрасном излучателе.3. The catalytic converter of exhaust gases according to claim 1, characterized in that a temperature sensor is installed in the cavity of the thermal afterburner chamber connected to a voltage regulator on the infrared emitter.
RU2020139645A 2020-12-03 2020-12-03 Thermocatalytic exhaust gas neutralizer RU2752452C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020139645A RU2752452C1 (en) 2020-12-03 2020-12-03 Thermocatalytic exhaust gas neutralizer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020139645A RU2752452C1 (en) 2020-12-03 2020-12-03 Thermocatalytic exhaust gas neutralizer

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2752452C1 true RU2752452C1 (en) 2021-07-28

Family

ID=77226193

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020139645A RU2752452C1 (en) 2020-12-03 2020-12-03 Thermocatalytic exhaust gas neutralizer

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2752452C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010036914A2 (en) * 2008-09-25 2010-04-01 Energy Recovery Technology, Llc. Vehicle energy recovery system
RU118689U1 (en) * 2012-01-27 2012-07-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" GAS CATALYTIC NEUTRALIZER
RU2563950C1 (en) * 2014-07-16 2015-09-27 Людмила Николаевна Третьяк Ice exhaust gas purification process and device to this end
RU188227U1 (en) * 2018-11-29 2019-04-03 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный университет" Министерства обороны Российской Федерации CATALYTIC NEUTRALIZER WITH INDUCTION ELECTRIC HEATING DEVICE

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010036914A2 (en) * 2008-09-25 2010-04-01 Energy Recovery Technology, Llc. Vehicle energy recovery system
RU118689U1 (en) * 2012-01-27 2012-07-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" GAS CATALYTIC NEUTRALIZER
RU2563950C1 (en) * 2014-07-16 2015-09-27 Людмила Николаевна Третьяк Ice exhaust gas purification process and device to this end
RU188227U1 (en) * 2018-11-29 2019-04-03 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный университет" Министерства обороны Российской Федерации CATALYTIC NEUTRALIZER WITH INDUCTION ELECTRIC HEATING DEVICE

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100637641B1 (en) Filter for egr system heated by an enclosing catalyst
US3460916A (en) Exhaust gas burners
US4436535A (en) Method and device for removing soot from exhaust gases
US5829248A (en) Anti-pollution system
EP0380838B1 (en) Ultrasonic burner system for regenerating a filter
US5904042A (en) Diesel exhaust conditioning system
AU6405694A (en) Method and apparatus for reduction of pollutants emitted from automotive engines by flame incineration
US4662172A (en) Exhaust purification apparatus
CN101749728A (en) Vehicle combustor
KR940005870A (en) Air introduction control device in exhaust pipe of internal combustion engine
BR0315827B1 (en) Method for cleaning a particulate filter and a vehicle for using said method.
RU2752452C1 (en) Thermocatalytic exhaust gas neutralizer
US4338907A (en) Gasoline fume generator and mixer
US8424291B2 (en) Flame glow plug
KR101802656B1 (en) A Device That Removing Harmful gas and Fine dust
US3973916A (en) Emissions control system for an automotive vehicle or the like
GB2233037A (en) Coanda pump powered by engine exhaust gases
CN112313399B (en) Drive train for a motor vehicle and motor vehicle
KR100301659B1 (en) Apparatus for purifying exhaust gas for internal combustion engine
RU2727122C1 (en) Exhaust gas catalytic converter
JPS6141945Y2 (en)
SU1000677A1 (en) Apparatus for burning waste gases
RU203184U1 (en) Catalytic converter
RU184202U1 (en) Burner device
SU1726004A1 (en) Apparatus for thermocatalytical cleaning of flue gases