Способ и устройство для снижения продуктов сгорания в выхлопных газах

Способ и устройство для снижения продуктов сгорания в выхлопных газах

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение, в основном, относится к области снижения загрязнения окружающей среды, в частности загрязнения воздуха, вызываемого выделениями устройств, таких как двигатели внутреннего сгорания транспортных средств (цикл Отто, цикл Дизеля), горелки для нагревательных систем, генераторы пара для электростанций, работа которых включает сжигание топлив, например ископаемых топлив, таких как углеводородные топлива, или топлив, содержащих углеводород, таких как нефть, включая природный газ, уголь, древесину и тому подобные. В частности, изобретение относится к способу и устройству для осуществления способа для снижения продуктов сгорания, в частности вредных, ядовитых загрязняющих веществ, в выхлопных газах.

Уровень техники

Проблема загрязнения окружающей среды в настоящее время очень чувствительна для людей и правительств, и постоянно производятся усилия, чтобы найти решения для снижения влияния разнообразной деятельности человека на окружающую среду.

В частности, загрязнение воздуха, вызываемое выделениями устройств, таких как двигатели внутреннего сгорания транспортных средств (на основе цикла Отто или цикла Дизеля), горелки для нагревательных систем, паровые котлы для электростанций, работа которых включает сжигание топлив, в частности ископаемых топлив, таких как углеводородные топлива, или топлив, содержащих углеводород, подобно нефти, включая природный газ и уголь, является, возможно, первым аспектом, который должен быть признан в более общей проблеме загрязнения окружающей среды.

Хотя проблема массивных выделений загрязняющих веществ в атмосферу была начата с изобретением паровой машины в начале промышленной революции, произошел впечатляющий прирост движущихся транспортных средств на пространствах городов в десятилетия после второй мировой войны, который вывел эту проблему на передний план.

Таким образом, с одной стороны, меры, ограничивающие движение транспортных средств, были и все еще принимаются, когда положение достигает критического уровня. С другой стороны и параллельно этому, под давлением правительств и общественного мнения, производители транспортных средств и исследовательские институты начали заниматься решениями проблемы выделения ядовитых загрязняющих веществ двигателями внутреннего сгорания.

Например, в географической области Европейского Союза максимальные уровни допустимых выделений транспортных средств устанавливаются законом, и была введена система классификации для двигателей транспортных средств, основанная на их соответствующем уровне выделений загрязняющих веществ; в частности, с января 2001 г. предшествующие стандарты, известные как EBPO1 (введенный в 1987 г.) и EBPO2, были заменены более ограничительным стандартом EBPО3, который будет заменен даже более строгим стандартом EBPO4 с января 2006 г. Эта классификация налагает такое обязательство, согласно которому транспортным средствам, попадающим в более низкие классы, не разрешается движение в случае издания ограничительных мер правительствами или общественными администрациями вследствие приближения кризисной ситуации.

Основные загрязняющие вещества, присутствующие в выхлопных газах двигателей внутреннего сгорания, в частности, типа Дизеля, представляют собой оксид углерода (СО), диоксид углерода (CO₂), несгоревшие углеводороды (HC), различные оксиды азота (NO_x) и Вещества в виде частиц (РМ), в особенности углерод в виде частиц.

Подобные вещества находятся в выхлопных газах нагревательных установок и, в более общем смысле, любого устройства, действие которого включает сжигание топлив, в частности ископаемого топлива.

Каждое из вышеупомянутых веществ является ядовитым для здоровья человека по одной или большему числу причин, вызывая рак, болезнь легких и другие. Таким образом, будет чрезвычайно важно снизить, насколько это возможно, или возможно исключить эти вещества из выхлопных газов.

Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является патент US 3473323, 1969 г., раскрывающий способ снижения продуктов сгорания в выхлопных газах, образующихся при сжигании топлива, устройство для снижения продуктов сгорания, в частности загрязняющих веществ в выхлопных газах, образующихся при сжигании топлива, включающее систему для обработки выхлопных газов перед выпуском их в окружающую среду.

Сущность изобретения

С точки зрения состояния уровня техники, описанного выше, задачей настоящего изобретения является обеспечение эффективного решения проблемы загрязнения в связи с выделениями двигателей внутреннего сгорания и, в более общем смысле, проблемой загрязнения в связи с выделениями любого устройства, действие которого включает сжигание топлив, в частности, но не ограничительно, ископаемого топлива, такого как углеводородные топлива, или топлив, содержащих углеводород, таких как нефть, включая природный газ и уголь, или даже древесина, и в общем смысле любое топливо, которое может быть использовано в процессе сжигания.

Было обнаружено, что ядовитые загрязняющие вещества (газы, пыль, материал в виде частиц, в частности углерод в виде частиц), которые обычно производятся устройствами, работа которых включает сжигание топлива, в частности, но не ограничительно, ископаемого топлива, такими как двигатели внутреннего сгорания и горелки нагревательных систем зданий, могут быть существенно снижены, не сказать, чтобы полностью исключены, если выхлопные газы подвергаются обработке, которая включает дожигание выхлопных газов и, в частности, радиационное дожигание, которое воспламеняется посредством того, что выхлопные газы подвергаются воздействию радиационной энергии, обеспечивая относительно быстрый подъем температуры выхлопных газов до значения в диапазоне температур, выбранном надлежащим образом, приспособленном для существенного уничтожения загрязняющих веществ, присутствующих в выхлопных газах.

Под радиационным сгоранием подразумевается процесс сгорания, который воспламеняется источником тепла, не включающим присутствия пламени, но излучающим электромагнитную энергию, в особенности, в диапазоне длин волн от инфракрасного (ИК) до ультрафиолетового (УФ).

Другими словами, заявитель обнаружил, что подвергая выхлопные газы воздействию радиационной энергии в спроектированном соответствующим образом радиационном реакторе, в котором газы подвергаются относительно быстрому подъему их температуры, вплоть до значения в выбранном диапазоне температур, достигается по существу совершенное дожигание, где под «совершенным» подразумевается дожигание, которое обеспечивает по существу удаление любых ядовитых компонентов или веществ, таких как CO, CO₂, HC, оксиды азота, PM, в частности углерод в виде частиц, оксиды серы, из выхлопных газов, которые образуются при сжигании топлив.

В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения, таким образом предусмотрен способ снижения загрязняющих веществ в выхлопных газах, образующихся при сжигании ископаемого топлива, как изложено в независимом пункте 1 на способ.

Способ включает обработку выхлопных газов перед выпуском их в окружающую среду посредством осуществления процесса дожигания, в соответствии с которым выхлопные газы подвергаются воздействию радиационной энергии с тем, чтобы повысить их температуру до значения, достаточного для обеспечения самовозгорания.

В соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения также предусмотрено устройство для снижения загрязняющих веществ в выхлопных газах, образующихся при сжигании ископаемого топлива, как изложено в независимом пункте 16 на устройство.

Кратко, устройство содержит средство для обработки выхлопных газов перед выпуском их в окружающую среду, причем такое средство для обработки содержит радиационную камеру сгорания, через которую обеспечивается прохождение выхлопных газов с тем, чтобы они подвергались воздействию теплоты радиации для повышения их температуры до значения, достаточного для обеспечения самовозгорания, причем дожигание выхлопных газов осуществляется перед выпуском их в окружающую среду.

Таким образом, согласно первому объекту изобретения создан способ снижения продуктов сгорания в выхлопных газах, образующихся при сжигании топлива, включающий обработку выхлопных газов перед их выпуском в окружающую среду,

в котором обработка выхлопных газов включает дожигание, осуществляемое следующим образом:

подают выхлопные газы в радиационный реактор сгорания, включающий радиационную камеру сгорания и средства для подачи электрической энергии в радиационную камеру сгорания, причем радиационный реактор сгорания обеспечивает превращение подаваемой электрической энергии в радиационную энергию, излучаемую в радиационную камеру сгорания, и

подвергают выхлопные газы воздействию радиационной энергии в радиационном реакторе сгорания для повышения температуры выхлопных газов до значения, достаточного для обеспечения самовозгорания.

Предпочтительно внутри радиационного реактора сгорания температуру выхлопных газов повышают до значения в диапазоне от приблизительно 400°С до приблизительно 1400°С, предпочтительно от приблизительно 900°С до приблизительно 1200°С и более предпочтительно от приблизительно 900°С до приблизительно 1100°С.

Предпочтительно способ дополнительно содержит фильтрацию, которой подвергают выхлопные газы с тем, чтобы по существу удалить остаточную несгоревшую пыль и вещества в виде частиц, присутствующие в выхлопных газах, причем фильтрацию осуществляют, по меньшей мере, после дожигания.

Преимущественно дожигание выполняют, по меньшей мере, в две стадии, причем фильтрацию, которой подвергают выхлопные газы, осуществляют между двумя стадиями.

Предпочтительно фильтрация представляет собой активную фильтрацию.

Предпочтительно способ дополнительно включает предварительный нагрев выхлопных газов перед осуществлением дожигания.

Предпочтительно предварительный нагрев выхлопных газов включает доведение температуры выхлопных газов до выше приблизительно 400°С, предпочтительно в диапазоне от приблизительно 400°С до приблизительно 700°С.

Предпочтительно предварительный нагрев выхлопных газов включает ускорение и сжатие выхлопных газов.

Преимущественно способ дополнительно включает снижение температуры выхлопных газов после осуществления дожигания, перед выпуском выхлопных газов дожигания в окружающую среду.

Предпочтительно температуру выхлопных газов дожигания снижают до значений в диапазоне от приблизительно 100°С до приблизительно 150°С.

Предпочтительно снижение температуры выхлопных газов осуществляют после фильтрации.

Предпочтительно снижение температуры выхлопных газов включает

прохождение выхлопных газов, подвергнутых дожиганию, через устройство для теплообмена,

направление выхлопных газов, подлежащих дожиганию, в устройство для теплообмена, при этом тепло, выпускаемое посредством дожигания выхлопных газов, используется для предварительного нагрева выхлопных газов, направляемых на дожигание.

Предпочтительно дожигание выполняют непрерывно, причем выхлопные газы, которые подвергают дожиганию, по существу находятся в соотношении соприкосновения с выхлопными газами дожигания внутри радиационного реактора сгорания.

Предпочтительно дожигание выполняют частично непрерывно, причем выхлопные газы, которые подвергают дожиганию, отделяют от выхлопных газов дожигания внутри радиационного реактора сгорания за время порядка 10^-6 секунд.

Преимущественно дожигание выполняют прерывистым, причем выхлопные газы, уже подвергнутые дожиганию, удерживают по существу отделенными от выхлопных газов, которые подвергают дожиганию.

Согласно второму объекту изобретения создано устройство для снижения продуктов сгорания, в частности загрязняющих веществ в выхлопных газах, образующихся при сжигании топлива, включающее систему для обработки выхлопных газов перед выпуском их в окружающую среду,

в которой система для обработки выхлопных газов содержит радиационный реактор сгорания, включающий радиационную камеру сгорания и средства для подачи энергии в радиационную камеру сгорания, обеспечивающий превращение подаваемой энергии в радиационную энергию, излучаемую в радиационную камеру, при этом через радиационный реактор сгорания проходят выхлопные газы для того, чтобы подвергать их воздействию радиационной энергии для повышения температуры выхлопных газов до значения, достаточного для обеспечения самовозгорания, при этом осуществляется дожигание выхлопных газов перед выпуском их в окружающую среду.

Предпочтительно внутри радиационного реактора сгорания температура выхлопных газов повышается до значения в диапазоне от приблизительно 400°С до приблизительно 1400°С, предпочтительно от приблизительно 900°С до приблизительно 1200°С, более предпочтительно от приблизительно 900°С до приблизительно 1100°С.

Предпочтительно устройство дополнительно включает фильтрующие устройства для удаления по существу остаточной несгоревшей пыли и вещества в виде частиц, присутствующих в выхлопных газах, причем фильтрующее устройство размещено, по меньшей мере, ниже по потоку, чем радиационный реактор сгорания.

Предпочтительно радиационный реактор сгорания включает две камеры, одна ниже по потоку, чем другая, причем фильтрующее устройство дополнительно размещено между двумя камерами.

Предпочтительно фильтрующие средства содержат активные фильтры, в частности селективные фильтры, основанные на керамических и цеолитовых материалах.

Предпочтительно устройство дополнительно включает камеру предварительного нагрева выше по потоку, чем радиационный реактор сгорания для предварительного нагревания выхлопных газов перед осуществлением дожигания.

Преимущественно в камере предварительного нагрева выхлопные газы предварительно нагреваются до температуры выше приблизительно 400°С, предпочтительно в диапазоне от приблизительно 400°С до приблизительно 700°С.

Предпочтительно камера предварительного нагрева включает устройство для ускорения и сжатия выхлопных газов, в частности один или более вентиляторов или систему вентиляторов, турбину, турбокомпрессор.

Предпочтительно камера предварительного нагрева дополнительно включает трубку Вентури для дополнительного ускорения выхлопных газов.

Предпочтительно устройство дополнительно включает устройство для теплообмена ниже по потоку, чем радиационный реактор сгорания, для снижения температуры выхлопных газов после осуществления дожигания перед выпуском выхлопных газов дожигания в окружающую среду.

Преимущественно устройство для теплообмена обеспечивает снижение температуры выхлопных газов дожигания до значения в диапазоне от приблизительно 100°С до приблизительно 150°С.

Предпочтительно устройство для теплообмена расположено ниже по потоку, чем фильтрующее устройство.

Предпочтительно устройство для теплообмена соединено с камерой предварительного нагрева, с тем чтобы тепло, выпускаемое посредством дожигания выхлопных газов в устройстве для теплообмена, использовалось для предварительного нагрева выхлопных газов в камере предварительного нагрева.

Предпочтительно устройство дополнительно включает блок управления, в частности, электронный программируемый блок управления для управления дожиганием.

Предпочтительно радиационная камера сгорания включает закрытый проход для выхлопных газов и нагревательное устройство, связанное с закрытым проходом для нагрева стенок.

Предпочтительно нагревательная система включает нагреватели на основе эффекта Джоуля.

Предпочтительно закрытый проход включает систему каналов, включающую, по меньшей мере, один канал для прохода выхлопных газов и имеющую связанные с ней электрические сопротивления для нагрева стенок канала.

Предпочтительно система каналов содержит, по меньшей мере, одно устройство каналов по существу U-образной формы, по существу двойной U-образной формы или по существу W-образной формы, причем вокруг, по меньшей мере, одного из каналов навито, по меньшей мере, одно спиральное сопротивление, снабжаемое электрической энергией с возможностью управления для нагрева стенок каналов.

Преимущественно устройство содержит устройство каналов, связанное, по меньшей мере, с одной тепловой радиационной панелью, имеющей внедренный в нее генератор тепла на основе эффекта Джоуля.

Предпочтительно нагревательная система включает источник оптической радиации, в частности лазер.

Преимущественно источник оптической радиации содержит, по меньшей мере, один лазер.

Предпочтительно, по меньшей мере, один лазер работает в пульсационном режиме.

Предпочтительно устройство дополнительно содержит устройство для отражения/отклонения оптической радиации, чтобы отражать/отклонять оптическую радиацию в закрытый проход.

Предпочтительно предусмотрен внутренний ротор для отделения холодных выхлопных газов от горячих.

Предпочтительно система сепарации газов включает в себя ротор, расположенный с возможностью вращения внутри радиационного реактора сгорания.

Согласно третьему объекту изобретения создана система, включающая устройство для сжигания топлива, в которой сжигается топливо, и устройство для обработки выхлопных газов, образующихся при сжигании, в которой устройство для обработки выхлопных газов включает радиационный реактор сгорания, включающий радиационную камеру сгорания и средства для подачи энергии в радиационную камеру сгорания, обеспечивающий превращение подаваемой энергии в радиационную энергию, излучаемую в радиационную камеру, при этом через радиационный реактор сгорания проходят выхлопные газы, чтобы подвергать их воздействию радиационной энергии для повышения температуры выхлопных газов до значения, достаточного для обеспечения самовозгорания, при этом осуществляется дожигание выхлопных газов перед выпуском их в окружающую среду.

Предпочтительно устройство для сжигания топлива представляет собой двигатель внутреннего сгорания, в частности двигатель транспортного средства.

Предпочтительно устройство для сжигания топлива представляет собой горелку нагревательной системы.

Предпочтительно устройство для сжигания топлива представляет собой паровой котел для производства электрической энергии.

Краткое описание чертежей

Эти и другие отличительные признаки и преимущества настоящего изобретения будут очевидны из следующего подробного описания некоторых его вариантов осуществления, представленных только посредством неограничительных примеров, описание которых будет приведено со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых

на фиг.1 изображена схематическая диаграмма, показывающая, частично в виде функциональных блоков, устройство для осуществления способа в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения;

на фиг.2 изображен в аксонометрическом виде возможный практический вариант осуществления устройства, схематически показанного на фиг.1;

на фиг.3 схематически изображен в аксонометрическом виде радиационный реактор сгорания устройства на фиг.1 в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения;

на фиг.4 схематически изображен в аксонометрическом виде радиационный реактор сгорания устройства на фиг.1 в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения;

на фиг.5 схематически изображен в аксонометрическом виде радиационный реактор сгорания устройства на фиг.1 в соответствии с третьим вариантом осуществления настоящего изобретения;

на фиг.6 схематически изображен в аксонометрическом виде радиационный реактор сгорания устройства на фиг.1 в соответствии с четвертым вариантом осуществления настоящего изобретения;

на фиг.7 схематически изображен в аксонометрическом виде радиационный реактор сгорания устройства на фиг.1 в соответствии с пятым вариантом осуществления настоящего изобретения;

на фиг.8 схематически изображен в продольном разрезе радиационный реактор сгорания устройства на фиг.1 в соответствии с шестым вариантом осуществления настоящего изобретения;

на фиг.9 схематически изображен в продольном разрезе радиационный реактор сгорания устройства на фиг.1 в соответствии с седьмым вариантом осуществления настоящего изобретения;

на фиг.10 изображен чисто схематически другой тип радиационного реактора сгорания, приспособленного для использования его в устройстве на фиг.1;

на фиг.11 схематически изображен в аксонометрическом виде первый возможный вариант осуществления радиационного реактора сгорания на фиг.10 в варианте осуществления настоящего изобретения;

на фиг.12 схематически изображен в аксонометрическом виде второй возможный вариант осуществления радиационного реактора сгорания на фиг.10 в другом варианте осуществления настоящего изобретения;

на фиг.13 изображен довольно схематически в аксонометрическом виде третий возможный вариант осуществления радиационного реактора сгорания на фиг.10 в еще одном варианте осуществления настоящего изобретения;

на фиг.14А, 14В и 14С схематически изображен в аксонометрическом виде и в поперечном разрезе первый возможный вариант осуществления третьего типа радиационного реактора сгорания, приспособленного для использования его в устройстве на фиг.1;

на фиг.15 схематически изображен в аксонометрическом виде второй возможный вариант осуществления третьего типа радиационного реактора сгорания и

на фиг.16 схематически изображен в аксонометрическом виде третий возможный вариант осуществления третьего типа радиационного реактора сгорания.

На фиг.17 показана диаграмма испытания на дизельном двигателе.

На фиг.18 показана диаграмма испытания на котле.

Подробное описание предпочтительного варианта(ов) осуществления изобретения

Со ссылкой на фиг.1 предусмотрена схематическая диаграмма, показывающая, частично с точки зрения функциональных блоков, устройство для осуществления способа снижения загрязняющих веществ в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

Устройство для снижения загрязняющих веществ, обозначенное в целом как 100, схематически изображено размещенным ниже по потоку, чем блок 105, представляющий в общем устройство любого типа, работа которого включает сжигание топлив, в частности ископаемых топлив, таких как углеводородные топлива или топлива, содержащие углеводород, такие как нефть, включая природный газ, уголь, древесину и тому подобное, в общем, любое топливо, приспособленное для использования в процессе сжигания; например, устройство 105 может быть двигателем внутреннего сгорания транспортного средства, в особенности, но не исключительно, типа Дизеля, или основанного на цикле Отто, или горелкой нагревательной системы для зданий, или паровыми котлами для электростанций. Ниже по потоку, чем устройство 100 для снижения загрязняющих веществ, размещен блок 110, схематически представляющий систему выпуска выхлопных газов любого традиционного типа, например простой глушитель транспортного средства.

Более подробно, устройство 100 для снижения загрязняющих веществ имеет впускной разветвленный трубопровод 115i для прохождения выхлопных газов сгорания из устройства 105; выхлопные газы обрабатываются посредством устройства 100 перед выпуском в окружающую среду; устройство 100 для снижения загрязняющих веществ имеет выпускной разветвленный трубопровод 115o для подачи обработанных выхлопных газов в систему 110 выпуска выхлопных газов (однако следует отметить, что система 110 выпуска выхлопных газов может также не быть предусмотрена, и обработанные выхлопные газы могут выпускаться прямо в окружающую среду).

Посредством впускного разветвленного трубопровода 115i подводятся выхлопные газы, подлежащие обработке, в камеру 120 предварительного нагрева газов, в которой выхлопные газы, полученные из устройства 105 при относительно низкой температуре, подвергаются процессу предварительного нагрева. Рассматривая, например, случай выхлопных газов из двигателя внутреннего сгорания, в частности, типа Дизеля, температура выхлопных газов должна быть теоретически около 400-450°С; однако экспериментальные испытания, проведенные заявителем, показали, что температура выхлопных газов обычно ниже и находится в диапазоне от приблизительно 150°С до приблизительно 300°С. Процесс предварительного нагрева в камере 120 предварительного нагрева обеспечивает доведение температуры выхлопных газов до соответственно большего значения, предпочтительно до значения выше чем 400°С, например значения в диапазоне от приблизительно 400°С до 700°С и предпочтительно от приблизительно 550°С или 600°С до приблизительно 700°С.

В варианте осуществления настоящего изобретения камера 120 предварительного нагрева содержит средство, обеспечивающее сжатие входящих выхлопных газов, посредством этого температура газов повышается. В частности, камера 120 предварительного нагрева может содержать средство, обеспечивающее соответствующее ускорение выхлопных газов, в частности один или более вентиляторов (или устройство, т.е. система надлежащим образом расположенных вентиляторов), турбину (или устройство турбин), турбокомпрессор; эти элементы только схематически показаны на фиг.1 и обозначены на ней как 121. Ускорение, сообщаемое выхлопным газам, предпочтительно является таким, что температура газа повышается до приблизительно 500°С-600°С.

Предпочтительно, ниже по потоку, чем средство 121 для ускорения выхлопных газов, предусмотрена трубка Вентури (схематически представленная на фиг.1 и обозначенная на ней как 123) для дополнительного сжатия выхлопных газов и таким образом для создания дополнительного повышения их температуры, например, вплоть до температуры приблизительно 700°С.

Из камеры 120 предварительного нагрева предварительно нагретые газы транспортируются в радиационный реактор 125 сгорания или радиационную камеру сгорания, расположенную еще ниже по потоку, чем трубка Вентури 123.

Радиационная камера сгорания, несколько практических вариантов которой будет описано более подробно ниже, представляет собой камеру со стенками, изготовленными из соответствующего материала, которые нагреваются посредством источника тепла до заранее заданной температуры, посредством этого стенки камеры излучают электромагнитную энергию внутрь камеры (способом, который аппроксимирует излучение абсолютно черного тела). Внутри радиационной камеры сгорания температура выхлопных газов повышается далее и довольно быстро от температуры предварительного нагрева, например от начальной, приблизительно 700°С, до температуры в диапазоне от приблизительно 900°С до приблизительно 1200°С, предпочтительно от приблизительно 900°С до приблизительно 1100°С, требуемой для определения сгорания (дожигания) выхлопных газов; более широко верхний предел температуры выхлопных газов может быть выбран таким образом, чтобы при такой температуре образование оксидов азота было неуместным; таким образом, максимальная температура газов внутри камеры сгорания может достигать 1300-1400°С или даже более высоких температур, например вплоть до 1800°С. Повышение температуры достигается посредством радиационной электромагнитной энергии, в частности, в диапазоне длин волн от ИК до УФ, излучаемых от стенок радиационной камеры сгорания. В случае, когда не предусмотрено предварительного нагрева, внутри радиационной камеры сгорания температура выхлопных газов должна быть повышена от упомянутых выше начальных 150°С-300°С до требуемой высокой температуры.

Возможное объяснение повышения температуры выхлопных газов внутри радиационной камеры сгорания может быть найдено в радиационном эффекте, в соответствии с которым передача энергии от стенок радиационной камеры сгорания к выхлопным газам пропорциональна четвертой степени температуры в градусах Кельвина.

Подвергая выхлопные газы такому быстрому повышению температуры, процесс дожигания выхлопных газов, которые воспламеняются автоматически, обеспечивает возможность существенного снижения или даже исключения ядовитых несгоревших частиц, присутствующих в выхлопных газах. В частности, в выхлопных газах, обычно представляющих собой смесь кислорода, несгоревших углеводородов, частиц углерода, самовозгорание автоматически воспламеняется, поскольку газообразная текучая среда в камере сгорания проходит в окружающую среду при температуре, которая выше, чем температура самовозгорания (специфическое значение которой зависит от веществ, присутствующих в выхлопных газах), и сгорание выполняется с использованием радиационной энергии, излучаемой от стенок камеры. Это существенно улучшает эффективность сжигания частиц углерода, которое является более трудным, чем сжигание углеводородов, так как время сжигания экспоненциально зависит от размера и формы частиц.

Было отмечено, что посредством обеспечения температуры газа в радиационной камере сгорания достаточно высокой, в частности выше чем приблизительно 450°С, предпочтительно в диапазоне от приблизительно 900°С до приблизительно 1200°С и более предпочтительно от приблизительно 900°С до приблизительно 1100°С, или выше вплоть до 1800°С (в общем, до температуры ниже, чем температура, при которой начинают образовываться оксиды азота), количество оксидов азота, уже присутствующих в выхлопных газах, снижается. С этой целью дожигание выхлопных газов может сочетаться с известными процессами восстановления, такими как процесс Не селективного каталитического восстановления (НСКВ) в присутствии кислорода (путем обеспечения соответствующей подачи кислорода в радиационную камеру сгорания), или процесс Селективного каталитического восстановления (СКВ), в присутствии благородного катализатора (например, платины), удерживаемого при высокой температуре посредством потока выхлопных газов. Отмечено, что процессы НСКВ и СКВ могут использоваться альтернативно один другому или в сочетании в зависимости, в частности, от конструкции, например, от геометрии радиационной камеры сгорания.

Также следует отметить, что в радиационной камере сгорания дожигание выхлопных газов имеет место при постоянном давлении.

На фиг.1 радиационная камера сгорания показана очень схематически, и она изображена как канал по существу С-образной формы; однако, это не подразумевается как ограничение настоящего изобретения; в последующем в настоящем описании радиационная камера сгорания будет описана более подробно, и несколько возможных вариантов ее осуществления будет представлено и обсуждено. В любом случае, конструкция радиационной камеры сгорания, в частности ее геометрия, будет такой, которая будет обеспечивать, чтобы выхлопные газы подвергались воздействию радиационной энергии в течение времени, достаточного для достижения требуемой температуры, например температуры в упомянутом выше диапазоне температур, приспособленном, чтобы вызвать дожигание загрязняющих веществ.

Выборочно, первый фильтрующий элемент 130a расположен вдоль радиационной камеры сгорания (например, радиационная камера сгорания может состоять из двух частей в виде каскада, и фильтрующий элемент 130a может быть расположен между первой и второй частью).

После выхода из радиационной камеры сгорания выхлопные газы дожигания подводятся ко второму фильтрующему элементу 130b.

Каждый элемент или оба фильтрующих элемента 130a и 130b могут содержать активные и/или неактивные фильтры, в частности селективные фильтры, предпочтительно активные нанофильтры из керамического/цеолитового материала, и используются для улавливания остатков пыли и Вещества в виде частиц (здесь и далее кратко РМ), еще присутствующих в выхлопных газах после дожигания в радиационной камере сгорания. Активный фильтр, в основном, действует, как катализатор в реакциях окисления; активные фильтры обычно основаны на металлах. Неактивный фильтр является по существу ловушкой. Наблюдается, что при использовании, например, цеолитовых материалов, могут быть использованы как активные, так и неактивные фильтры (помещение цеолита в ванну из золота или палладия производит активный фильтр). В частности, первый фильтрующий элемент 130а, если он предусмотрен, дает возможность улавливания остаточной, несгоревшей пыли и РМ, присутствующих в выхлопных газах после первой фазы дожигания, в то время как второй фильтрующий элемент 130b, расположенный на выходе из радиационной камеры сгорания, служит для улавливания несгоревшей пыли и РМ, все еще остающихся в выхлопных газах после дожигания. В зависимости от типа принятых нанофильтров, фильтрующие элементы могут действовать либо как горячие катализаторы, либо как чистые фильтры.

Следует отметить, что необходимое устройство, число и размеры нанофильтров, образующих фильтрующие элементы 130a и 130b, будут зависеть от конкретного типа устройства 105, с которым будет соединяться устройство 100 для снижения загрязняющих веществ. Однако, как общее правило, должны быть использованы нанофильтры, стойкие к высоким температурам.

Также может быть предусмотрен более чем один промежуточный фильтрующий элемент 130a вдоль радиационной камеры сгорания.

Предпочтительно, чтобы фильтрующие элементы 130a и 130b были выполнены с возможностью удаления из устройства 100 и более предпочтительно с возможностью ремонта или регенерации.

По выбору предусмотрены средства, обеспечивающие выход газов дожигания из радиационной камеры сгорания, которые показаны прозрачными и обозначены как 127 на фиг.1, например, эти средства могут содержать другую трубку Вентури или любое другое устройство для определения падения давления ниже по потоку, чем камера.

После прохода через второй фильтрующий элемент 130b обработанные выхлопные газы (по существу, свободные от ядовитых загрязняющих веществ) подводятся к устройству 135 для теплообмена. В устройстве 135 для теплообмена температура обработанных выхлопных газов понижается от приблизительно 900°С-1200°С до значений, подходящих для того, чтобы избежать тепловых ударов, таких как значение температуры приблизительно 100°С-150°С или ниже, от приблизительно 50°С-150°С.

Целесообразно, как схематически изображено на чертеже, чтобы устройство 135 для теплообмена была выполнена таким образом, чтобы, по меньшей мере, часть тепла, выпускаемого посредством обработанных выхлопных газов, использовалась для предварительного нагрева входящих газов, подлежащих обработке в камере 120 предварительного нагрева, таким образом облегчая нагрузку на средства ускорения выхлопных газов.

Предпочтительно устройство 135 для теплообмена изготовлено из материалов, имеющих стойкость к высоким температурам (в частности, натрия, лития, титана и т.п.), и он может быть типа металла, отлитого в форму, или типа жидкого металла, типа пластины, типа спирали; в случае, если устройство 100 предназначено для установки на транспортном средстве, устройство для теплообмена будет иметь соответствующую компактную конструкцию.

Из устройства 135 для теплообмена обработанные выхлопные газы, из которых ядовитые загрязняющие вещества были по существу удалены, подаются в выпускной разветвленный трубопровод 115o и затем в систему 110 выпуска выхлопных газов (например, в глушитель транспортного средства).

Блок 140 управления предусмотрен в устройстве 100 для управления работой различных его элементов (как схематически показано посредством штрих-пунктирных линий на чертеже). В частности, блок 140 управления содержит электронное средство управления, предпочтительно программируемое, в частности средство управления на основе микропроцессора, приспособленное, чтобы выполнять соответствующие микропрограммы для осуществления заранее заданного управляемого расхода, и датчики, такие как датчики давления и датчики температуры, для определения рабочей температуры в различных частях устройства 100, таких как камера 120 предварительного нагрева, радиационная камера сгорания, устройств