Насос вместо нейтрализатора

В канун Нового года хорошо уехать из города в деревню да и провести там каникулы. Белый снег, трескучий мороз, приятно пахнет дымком, который поднимается из печных труб... Стоп. А всегда ли приятно? Когда дыма становится много, никакого удовольствия от него нет, и вспоминаешь, что содержит он многочисленные продукты неполного сгорания топлива, в том числе и большие количества вредных для здоровья веществ, от угарного газа до всевозможной ароматики. О том же, что вырывается из выхлопных труб автомобилей, лучше и не говорить. В мировом масштабе получаем миллионы тонн топлива, сжигаемых ежегодно в миллиарде автомобилей и несметном множестве печей, и соответственно миллионы тонн вредных веществ в воздухе.

Проблема не нова, подходы к ее решению имеются. Поскольку радикальный способ — переход на альтернативные источники энергии — дело далекого будущего, снижать уровень загрязнения приходится химическими методами. Например, устанавливать на выхлопную трубу нейтрализатор с палладиевым катализатором: он дожигает наиболее вредные газы вроде угарного или оксида азота. Это устройство недешевое, не все вредные вещества способно перевести в безвредную форму, а от твердых частиц выхлопа спасти не может в принципе. Что же касается печных труб — а теперь каждый желает иметь камин или печь в своем загородном коттедже, и поселки обрастают любой крупный город как опята пень, — то здесь о чистоте воздуха вообще никто не задумывается.

Однако можно пойти другим путем и использовать физическую химию — растворить все газы выхлопа в воде. Для этого с помощью водоструйного насоса нужно направить поперек выхлопной трубы струю жидкости: вырываясь из сопла с большой скоростью, она захватывает газ и мелкие частички вещества и уносит их с собой. Никому не приходило в голову использовать насос для поглощения продуктов сгорания топлива, тем не менее сделать соответствующее устройство несложно.

С одной стороны трубы стоит компрессор. Он создает давление, под которым струя жидкости вырывается из сопла, пролетает поперек трубы, захватывая продукты сгорания, и попадает в отверстие на противоположенной стороне, где находится приемная камера. В нее же засасывается и атмосферный воздух. Жидкость интенсивно перемешивается с продуктами сгорания и воздухом и циркулирует по замкнутому трубопроводу между двумя попеременно наполняемыми и опорожняемыми бачками-отстойниками. При насыщении жидкости продуктами сгорания ее надо будет сдавать на утилизацию по той же схеме, что и отработанное масло, — выливать на землю нельзя, в ней много опасных веществ.

Одновременный засос в приемную камеру водоструйного насоса топливных газов и атмосферного воздуха сопровождается интенсивными химическими реакциями. Так, соединение ядовитого оксида азота NO с кислородом воздуха приводит к образованию NO₂. Растворяясь в воде, он порождает азотистую кислоту HNO₂ и азотную HNO₃. Этот же процесс идет и в атмосфере, только с меньшей интенсивностью, и последствия иные — раствор кислоты в конце концов выпадает кислотным дождем, а не собирается в бачке-отстойнике. Растворение двуокиси азота при избытке кислорода увеличивает эффективность ее перевода в азотную кислоту и улучшает захват жидкостью бензпирена, альдегидов и частиц сажи. Твердая и жидкая фазы продуктов сгорания топлива собираются в отстойниках и периодически утилизируются. Газовая составляющая продуктов горения (N₂, СО₂ и другие газы), поглотившаяся струей воды, но не растворившаяся в ней и не прореагировавшая с кислородом, улетучивается затем из рабочей жидкости.

Примерно такую конструкцию мы испытали на автомобилях ИЖ-412 и ВАЗ 21093, при этом струю от водоструйного насоса пропускали через заглушенную выхлопную трубу. Наличие заглушки вовсе не препятствовало работе двигателя — струя воды увлекала и выводила выхлопные газы и другие продукты неполного сгорания топлива, то есть создавала достаточную тягу для их удаления из двигателя. Еще одно полезное свойство насоса-нейтрализатора в том, что он уменьшает сопротивление выхлопному потоку газов, а струя жидкости поглощает шум. Это в перспективе делает ненужной выхлопную трубу и глушитель.

Расчет показывает, что автомобиль расходует около 0,7 г бензина за одну секунду. Если даже считать, что в процессе сгорания бензин превращается в газ с молекулярным весом 30, то такое количество бензина при сгорании создает примерно 1,5 1022 частиц. На самом деле они тяжелее, и это число — сильно завышенная оценка сверху. Однако с удалением даже такого количества частиц легко справляется водоструйный насос ВВН–1. Он удаляет в 50 раз больше молекул, то есть способен полностью забрать все частицы продуктов горения топлива, вышедшие из двигателя.

Если такое устройство использовать для очистки печных газов, то удастся избавиться не только от вредного дыма, но и от проблемы конденсата при топке буржуйки или камина, обсуждением которой забиты все форумы печников. Поднимаясь по длинному металлическому дымоходу, печной газ охлаждается и может остыть ниже точки росы раньше, чем достигнет выходного отверстия. Тогда вода, сконденсировавшись на холодной стенке дымохода (особенно если на улице стоит трескучий мороз), потечет вниз, а в ней станут растворяться несгоревшие компоненты топлива. Получится черная вонючая жидкость. Она может вытекать в местах стыка труб, может капать в топку камина. Для борьбы с конденсатом дымоход утепляют и применяют различные хитрости. Устройство на базе водоструйного насоса могло бы легко избавить от конденсата за счет контролируемого охлаждения газов и их очистки, а поглотившая тепло газов жидкость станет еще и дополнительным средством обогрева.

В принципе, если правильно подобрать мощность струи жидкости — чтобы она обеспечила тягу, — длинный дымоход станет вообще не нужен. Тут, правда, потребуется очень надежный источник электричества для питания насоса: при его отключении печь без дымохода быстро превратит дом в газовую камеру.