устройство для создания устойчивого к рассеиванию потока горячих газообразных выбросов

Формула изобретения

Устройство для создания устойчивого к рассеиванию потока горячих газообразных выбросов, содержащее коаксиально закрепленную на устье дымовой трубы цилиндрическую насадку, оснащенную входным патрубком, выходным отверстием-диафрагмой на одном торце и упругой мембраной на другом, отличающееся тем, что внутри корпуса насадки напротив выходного отверстия-диафрагмы закреплена биметаллическая мембрана, диаметр которой равен внутреннему диаметру корпуса, снабженного подвижной крышкой, центральная часть биметаллической мембраны соединена при помощи поводка с прокладкой, установленной соосно регулируемому отверстию в упругой мембране, входной патрубок насадки соединен с кольцевым газоходом, выполненным со щелевым отверстием, выходящим в полость камеры по периметру биметаллической мембраны непосредственно над ее поверхностью, при этом площадь щелевого отверстия равна площади внутреннего сечения устья дымовой трубы и площади отверстия-диафрагмы, а крышка, корпус и прокладка выполнены из теплоизоляционного материала.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к охране окружающей среды и предназначено для снижения степени загрязнения газообразными выбросами застойных зон приземного слоя атмосферы.

Известно устройство для создания устойчивого к рассеиванию потока горячих газообразных выбросов, содержащее коаксиально закрепленную на устье дымовой трубы цилиндрическую насадку, выполненную в виде улиточного завихрителя, в тангенциальном патрубке которого расположен нагнетающий вентагрегат [1. А. с. СССР 1765622, МПК F 23 J 11/00, опубл. 30.09.1992 г., Б.И. 36].

Недостатками указанного решения является невысокие экологические показатели, так как достигается относительно малая высота подачи газообразных выбросов для рассеивания в атмосфере из-за слабой устойчивости закрученного дымового потока, быстро расширяющегося под действием воздушного потока, низкая экономичность, обусловленная затратами электроэнергии на привод вентагрегата, сложность конструкции.

Известно устройство для создания устойчивого к рассеиванию потока горячих газообразных выбросов, содержащее коаксиально закрепленную на устье дымовой трубы цилиндрическую насадку, выполненную в виде эластичной герметичной емкости [2. А.с. СССР 1762078, МПК F 23 J 11/00, опубл. 15.09.1992 г., Б.И. 34]. Эластичная емкость закреплена на выхлопной трубе автомобиля. После наполнения вредными газами емкость выпускается в атмосферу, где она, лопаясь на большой высоте, выпускает свое содержимое в верхний слой атмосферы.

Недостатком известного устройства является низкая экономичность, так как при длительной работе транспортного средства необходим большой газоприемник или несколько газоприемников по пути движения автомобиля, что создает неудобства пользования и требует материальных затрат, связанных с изготовлением эластичных емкостей, их потреблением в больших количествах в случаях использования для удаления газообразных выбросов промпредприятий, дополнительные расходы на перевозку, химическую обработку и доставку на большую высоту.

Наиболее близким по своей технической сущности является устройство для создания устойчивого к рассеиванию потока горячих газообразных выбросов, содержащее коаксиально закрепленную на устье дымовой трубы цилиндрическую насадку, оснащенную входным патрубком, выходным отверстием - диафрагмой на одном торце и упругой мембраной на другом [3. Патент США 3940060, МПК Е 01 Н 13/00, опубл. 24.02.1976 г. - прототип]. Насадка специальной формы выполнена подвижной относительно дымовой трубы, установлена в специальные направляющие и крепится к нижней неподвижной относительно трубы опоре с помощью растягиваемых пружин. Периодически насадка поднимается вверх с помощью подъемного механизма и резко опускается вниз, формируя при этом вихревое дымовое кольцо, обладающее высокой упругостью и устойчивостью к рассеиванию, которое выбрасывается в атмосферу, проходит длинный путь, прежде чем рассеяться.

Недостатком известного устройства является сложность осуществления процесса и низкая надежность конструкции из-за наличия подвижных, трущихся в абразивных средах, элементов, это приводит к забиванию зазоров между насадкой и трубой твердыми механическими примесями, содержащимися в дымовых газах или сажистыми веществами, присутствующими в выхлопных газах автомобилей, что снижает степень подвижности элементов, вызывает износ трущихся поверхностей. Низкая надежность приводит к выходу устройства из строя и невозможности выполнения указанных охраноспособных мероприятий. Кроме того, устройству присуща низкая экономичность из-за необходимости потребления электроэнергии на электромеханический привод подъемного механизма.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования устройства для создания устойчивого к рассеиванию потока горячих газообразных выбросов, содержащее коаксиально закрепленную на устье дымовой трубы цилиндрическую насадку путем установки внутри нее напротив выходного отверстия - диафрагмы самоохлаждающейся биметаллической мембраны, соединенной центральной частью при помощи поводка с прокладкой, установленной соосно регулируемому отверстию в упругой диафрагме, позволяющей преобразовать хаотичный поток газовых выбросов в упругое дымовое кольцо путем придания им импульса движения при изгибе биметаллической мембраны и воздействия сил вязкого трения о воздух, обеспечивая при этом подачу в компактном виде вредных газов на возможно большую высоту, увеличивая радиус их рассеивания, снижая количество вредных выбросов в приземном слое, обеспечивая при этом надежность, экономичность и хорошие экологические характеристики.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве для создания устойчивого к рассеиванию потока горячих газообразных выбросов, содержащего коаксиально закрепленную на устье дымовой трубы цилиндрическую насадку, оснащенную входным патрубком, выходным отверстием - диафрагмой на одном торце и упругой мембраной на другом, согласно изобретению внутри корпуса насадки напротив выходного отверстия-диафрагмы, закреплена биметаллическая мембрана, диаметр которой равен внутреннему диаметру корпуса, снабженного подвижной крышкой, центральная часть биметаллической мембраны соединена при помощи поводка с прокладкой, установленной соосно регулируемому отверстию в упругой мембране, входной патрубок насадки соединен с кольцевым газоходом, выполненным со щелевым отверстием, выходящим в полость камеры по периметру биметаллической мембраны непосредственно над ее поверхностью, при этом площадь щелевого отверстия равна площади внутреннего сечения устья дымовой трубы и площади отверстия-диафрагмы, а крышка, корпус и прокладка выполнены из теплоизоляционного материала.

Наличие внутри насадки биметаллической мембраны позволяет создать в полости камеры вихревое образование, приводящее к закручиванию порции поступающего в нее газа в дымовое кольцо, обладающего упругостью, устойчивое к воздействию ветра, расширяющегося в воздухе по мере уменьшения атмосферного давления, способного проходить длинный путь, прежде чем рассеяться. Подача газообразных выбросов на большую высоту увеличивает радиус рассеивания, уменьшает загрязнение нижних слоев атмосферы, что улучшает экологическое состояние города.

Подача дымового газа через кольцевой канал и щелевое отверстие в камеру насадки обеспечивает подачу нагретого газа по всему периметру биметаллической мембраны, одновременно прогревая ее со всех сторон, обеспечивая равномерный прогиб в сторону выходного отверстия-диафрагмы, передавая при этом газовому потоку максимальный импульс движения.

Соединение центральной части биметаллической мембраны при помощи поводка с прокладкой, установленной соосно регулируемому отверстию в упругой диафрагме, позволит периодически открывать или закрывать отверстие в упругой диафрагме при изменении направления прогиба биметаллической мембраны под действием температуры горячих дымовых газов или относительно холодного атмосферного воздуха, обеспечивая ее самоохлаждение и работоспособность устройства. Кроме того, наличие поводка не нулевой длины дает возможность создать зазор для свободного доступа охлаждающего воздуха к центральной зоне диметаллической мембраны и увеличить площадь охлаждения мембраны до максимальной величины. Другой вид крепления биметаллической мембраны и прокладки, например при помощи сварки, образует неохлаждаемую зону в центральной области биметаллической мембраны из-за отсутствия зазора между указанными поверхностями в месте их сварки.

Равенство диаметров биметаллической мембраны и цилиндрического корпуса насадки позволяет придать импульс движения дымовому потоку по всей площади его сечения, создавая наибольшую силу вязкого трения выходящего газа о наружный воздух при срабатывании мембраны, обеспечивая максимальный КПД процессу генерации колец.

Равенство общей площади щелевого отверстия кольцевого газохода и площади внутреннего сечения устья дымовой трубы, а также площади отверстия-диафрагмы исключает изменение расхода и давления дымовых газов путем сохранения эквивалентного сечения дымового потока, чтобы не менять штатный режим работы дымососа.

Выполнение крышки, корпуса и прокладки из теплоизоляционного материала позволит снизить потери тепла в окружающую среду, полезно использовать тепло уходящих газов для прогрева биметаллической мембраны, увеличивая эффективность работы устройства.

С помощью разъемной крышки регулируют объем камеры над биметаллической мембраной в соответствии со скоростью выходного газового потока, добиваясь выхода минимального количества дымовых газов между предыдущим и последующим кольцами, увеличивая их упругость и частоту образования.

Заявленное устройство обладает высокой надежностью и экономичностью, т. к. в нем не используются подвижные относительно дымовой трубы элементы и исключено потребление электроэнергии на собственные нужды.

Использование устройства с самоохлаждающейся мембраной эффективно при достаточной для изгиба биметаллической мембраны разности температур атмосферного воздуха и газообразных выбросов. Материал биметаллической мембраны, используемой в насадке для дымовой трубы, подбирают по среднегодовой температуре окружающего воздуха для данной местности. К насадкам для выхлопных труб автотранспорта можно подготовить комплект биметаллических пластин с учетом сезонных температур окружающего воздуха.

Таким образом, применение устройства с совокупностью заявленных признаков обеспечивает высокую надежность, хорошие экологические и экономические показатели.

На чертеже показана принципиальная схема устройства для создания устойчивого к рассеиванию потока горячих газообразных выбросов.

Устройство включает насадку 1, содержащую цилиндрический корпус 2 с входным патрубком 3, кольцевым газоходом 4 и щелевым отверстием 5 для впуска газа в корпус по периметру корпуса непосредственно над биметаллической мембраной 6, соединенной поводком 7 с прокладкой 8, установленной соосно регулируемому отверстию 9 в упругой диафрагме 10. К корпусу 2 прикреплена при помощи фиксатора 11 съемная крышка 12, выполненная с выходным отверстием-диафрагмой 13.

Устройство работает следующим образом.

Насадку 1 надевают на выхлопную трубу автомобиля или на устье дымовой трубы промышленного предприятия. При этом в корпусе насадки биметаллическая мембрана 6 находится в холодном состоянии: выгнутая в сторону упругой мембраны 10. Горячие дымовые или выхлопные газы подводятся через входной патрубок 3 в кольцевой канал 4 и через щелевое отверстие 5 поступают в цилиндрический корпус 2 над биметаллической мембраной 6, заполняя объем цилиндрического корпуса 2. Биметаллическая мембрана 6 равномерно прогревается по всему диаметру и скачкообразно прогибается в сторону выходного отверстия-диафрагмы 13, занимая "горячее" положение В. Поводок 7 увлекает за собой прокладку 8, открывая отверстие 9 в упругой диафрагме 10. Холодный атмосферный воздух через отверстие 9 поступает в пространство под мембраной 6, омывает ее поверхность и охлаждает, заставляя вернуться в "холодное" положение А. После чего цикл повторяется. Выгибаясь под действием повышенной температуры, мембрана "ударяет" прилегающий к ней слой дыма. Придя в движение, этот слой вызывает уплотнение соседнего слоя, тот - следующий и так далее. Струя дыма, в результате трения об атмосферный воздух, закручивается в кольцо. Скорость поступательного движения кольца перпендикулярна плоскости диафрагмы, а центр кольца проходит через центр диафрагмы. Дымовое кольцо, вращаясь с большой скоростью относительно своей кольцевой оси, дойдя до выходного отверстия-диафрагмы, выпускается с большой силой в виде идеального вихревого кольца, обладающего устойчивой аэростатической подъемной силой.

Для эффективной работы устройства регулируют положение подвижной крышки 12 относительно корпуса 2, перемещая и фиксируя ее с помощью фиксатора 11, обеспечивая требуемый объем дымового пространства над биметаллической мембраной 6 в соответствии со скоростью выхлопного потока вредного газа, следя за тем, чтобы порция газа в промежуток времени между образованием дымовых колец была минимальной. Размеры отверстия 9 теплообменной диафрагмы 10 регулируют в соответствии с температурой газа и температурой окружающей среды, обеспечивая примерно одинаковое время нахождения биметаллической мембраны в "горячем" и "холодном" состоянии.

Ориентация выходного отверстия-диафрагмы вверх способствует полезно использовать начальный импульс движения, сообщенный дымовому кольцу, предотвратить потерю его кинетической энергии во время изменения направления движения при другой ориентации выходного отверстия, что также способствует достижению цели изобретения.

Пример 1. Насадка устанавливается на выходном патрубке выхлопной трубы автомобиля, находящегося вне помещения. При установке устройства отверстие-диафрагма ориентируется вверх. После запуска двигателя образующиеся выхлопные газы прогревают в насадке биметаллическую мембрану, в результате чего она резко, скачкообразно меняет положение, придавая ускорение газовому потоку, открывая отверстие в упругой диафрагме и пропуская атмосферный воздух в нижнюю часть корпуса, после чего охлаждается и вновь возвращается в исходное положение. Далее процесс повторяется. В результате непрерывный поток выхлопных газов преобразуется в пульсирующий поток вихревых колец. Регулируется положение крышки устройства, обеспечивающее минимальный поток выхлопных газов в периоды между выпусками колец. Поток вихревых колец устойчиво поднимается вверх, рассеиваясь на высоте 2-3 м, т.е. выше человеческого роста, что приводит к уменьшению концентраций вредных веществ в зоне дыхания человека.

Пример 2. Устройство устанавливается отверстием-диафрагмой вверх на устье дымовой трубы промышленного предприятия, через которую вредные горячие газы выбрасываются в атмосферу. Образующийся поток вихревых колец устойчиво поднимается вверх, рассеиваясь на высоте на 10-20 м, превышающей высоту дымовой трубы. В результате точка касания земли загрязненным "факелом" значительно удаляется, уменьшая концентрацию вредных веществ в приземном слое атмосферы.

Таким образом, использование простой конструкции, включающей автоматически пульсирующую термочувствительную мембрану, простота регулировки устройства при изменении параметров газового потока и окружающей среды, обеспечит высокую надежность и экономичность процесса за счет использования тепловой энергии уходящих газов и также обеспечит хорошие экологические показатели в приземном слое атмосферы за счет увеличения радиуса рассеивания вредных веществ.