способ работы силовой установки колбенева с двигателем внутреннего сгорания и ее устройство
Классы МПК: | F02B43/08 силовые установки с двигателями, работающими на газообразном топливе, генерируемом из твердого топлива, например из дерева F02B45/10 на смеси жидкого и нежидкого топлива, например в тестообразном или вспененном состоянии |
Патентообладатель(и): | Колбенев Игорь Львович |
Приоритеты: |
подача заявки:
1992-12-16 публикация патента:
27.12.1997 |
Использование: в двигателестроении. Сущность изобретения: в двигателе - водородном, бензоводородном или водородно-дизельном регулируют состав горючей смеси подачами в реакционную камеру газогенератора энергоносителя и в камеру сгорания воздуха со скоростями, пропорциональными скорости подачи водорода, бензина или запальной порции дизельного топлива. В реакционную камеру подают активатор, предварительно смешав с водой и раздробив на струи. Генерацию водорода осуществляют при заданной температуре воздействием энергоносителя на воду. Полученный шлак удаляют из реакционной камеры, подвергают электрохимической обработке, дополнительно извлекают водород, кислород и регенерируют активатор, последний возвращают в газогенератор для повторного использования. Шлак сбрасывают в отстойник для пользователей безотходной технологии. Изобретение обеспечивает улучшение экономической эффективности и экологических показателей, понижение массогабаритных характеристик и обеспечение взрывобезопасноти. 2 с. и 5 з.п. ф-лы, 11 ил., 5 табл.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13
Формула изобретения
1. Способ работы силовой установки с двигателем внутреннего сгорания путем воздействия в газогенераторе энергоносителя на воду, проведения водородообразующей реакции, отделения газообразного водорода и пара от шлаковых продуктов реакции и удаления последних в отстойник, направления в камеру сгорания смеси регулируемого количества воздуха с водородом, управления нагрузкой двигателя, подачами энергоносителя и воды педалью акселератора, отличающийся тем, что в двигателе силовой установки водородном, бензоводородном или водородном газодизеле регулируют состав горючей смеси подачей в реакционную камеру газогенератора энергоносителя и подачей в камеру сгорания воздуха со скоростями, пропорциональными скорости подачи водорода, бензина или запальной порции дизельного топлива, а именно для водородного двигателя в диапазоне скоростей 6,2 7,9 1 и 89,3 208 1, бензоводородного 0,18 1,25 1 и 16,7 34,5 1, водородного газодизеля 0,18 0,45 1 и 27 29 1, воздух перед подачей в двигатель пропускают через энергоноситель, уменьшают трение его частиц, подогревают теплом водорода и пара и осуществляют подачу воздуха через реакционную камеру, в последнюю дополнительно подают активатор, например, едкий натр, причем активатор и воду перед подачей в реакционную камеру смешивают и дробят на струи, при этом температуру воды и активатора поддерживают в интервале 48 55oС, соотношение масс воды, энергоносителя и активатора выдерживают в интервале 3 - 7 1 5 0,5 1,2, полученный шлак из реакционной камеры удаляют при 60 - 67oС со скоростью, пропорциональной скорости подачи энергоносителя, в диапазоне 2,1 1 6,0 1, и непрерывно подвергают электрохимической обработке, дополнительно извлекают водород, кислород и регенерируют активатор, последний возвращают в газогенератор для повторного использования, водород и кислород направляют в камеру сгорания, поддерживают соотношение масс водяного пара и водорода в пароводородной смеси в пределах 5 1, регулируют это соотношение при повышенных частичных и максимальных нагрузках двигателя, изменяют количество воздуха, поступающего в реакционную камеру, с помощью воздушного клапана, управляют нагрузкой двигателя и газогенератором органом управления, сблокированным с педалью акселератора. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что соотношение масс водяного пара и водорода в пароводородной смеси регулируют изменением подачи последней через конденсатор. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что соотношение масс вода/энергоноситель/активатор регулируют изменением подачи воды. 4. Способ по пп. 1 и 3, отличающийся тем, что соотношение масс вода/энергоноситель/активатор регулируют изменением подачи активатора. 5. Способ по пп.1 4, отличающийся тем, что подачи энергоносителя и подачи шлака для электрохимической обработки регулируют изменением частоты вращения привода дозатора энергоносителя. 6. Способ по пп.1 5, отличающийся тем, что скорости дополнительно генерируемых водорода и кислорода и регенерируемого активатора регулируют изменением силы электрического тока к электродам от бортового источника питания. 7. Силовая установка, содержащая газовый двигатель внутреннего сгорания, снабженный камерой сгорания, бак с водой, отстойник, газогенератор, снабженный резервуаром с энергоносителем, дозатором, выполненным в виде корпуса, шнека и подпружиненного клапана, реакционной камерой, выполненной в корпусе, механизмом принудительного удаления шлака, снабженным шнеком и связанным с реакционной камерой и отстойником, распылителем, связанным с трубопроводом подачи воды и расположенным в реакционной камере, камерой для сбора водорода, подключенной к реакционной камере, теплообменником-охладителем, выполненным в виде рубашки, охватывающей корпус, причем резервуар с энергоносителем выполнен с крышкой и цилиндрической горловиной с размещенным в последней дозатором энергоносителя, и педаль акселератора, отличающаяся тем, что силовая установка содержит двигатель внутреннего сгорания водородный, бензоводородный и водородный газодизель, орган управления нагрузкой двигателя и газогенератором, сблокированный с педалью акселератора и снабженный шестью выходами и четырьмя входами, четыре крана управления, блок питания, патрубок подачи кислорода, трубопровод охлаждения, отстойник, снабженный мембраной в виде эластичной сетки, разделяющей сухие и влажные фракции шлака, радиатор с вентилятором, два термостата, конденсатор, двигатель снабжен карбюратором или топливным насосом высокого давления и/или диффузором, установленным в воздушном потоке, газогенератор снабжен катодными и анодными камерами с электродами, не растворяемые в ходе электролиза, разделенные катионоактивными мембранами, резервуаром с энергоносителем, содержащим воздушный клапан, емкостью с активатором, выполненную с крышкой и цилиндрической горловиной и установленными форсунками в виде полых заостренных цилиндров с отверстиями, электродвигателем, вертикальным валом, насосами воды и активатора с приводами, двумя шестернями, подогревателем воды в виде рубашки с полостями, охватывающими полости теплообменника-охладителя, патрубком подачи воды к распылителю, трубопроводом активатора, причем шнек дозатора энергоносителя, подпружиненный клапан, первая шестерня, приводы насосов воды и активатора последовательно установлены на вертикальный вал, выполненный с приводом от электродвигателя, шнек принудительного механизма удаления шлака кинематически связан с вертикальным валом через вторую шестерню, катодные и анодные камеры подключены к реакционной камере через шнек механизма принудительного удаления шлака, катодные камеры подключены дополнительно к камере для сбора водорода, а анодные камеры подключены к патрубку подачи кислорода, к форсункам через насос активатора и сухой фракции шлака в отстойнике, выход охлаждаемых полостей теплообменника подключен к двигателю через водяной насос последнего и к радиатору через первый термостат, а вход подключен к радиатору и двигателю через первый и второй термостаты, вход полости подогревателя подключен к баку воды, ее выход подключен к входу другой полости подогревателя через насос воды, в свою очередь выход этой полости связан с баком воды, патрубком подачи воды к распылителю через клапан управления, трубопроводом активатора через клапан управления, первый, второй, третий, четвертый выходы органа управления подсоединены к клапанам управления конденсатором, подачами воды и активатора к трубопроводу активатора, блоку питания и электродвигателю, первый вход органа управления связан с педалью акселератора, второй вход с измерителем частоты вращения коленчатого вала двигателя, третий вход с измерителем разрежения в воздушном потоке двигателя, четвертый с датчиком температуры термостата.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к энергетическому машиностроению, в частности к силовым установкам с двигателями внутреннего сгорания, горючая смесь которых содержит водород с углеводородным топливом. Известен способ питания газового двигателя внутреннего сгорания (авт.св. СССР N 848719, кл.3 F 02 B 43/10, F 02 D 19/02, F 02 M 21/02, опубл.23.07.81 в БИ N 27), включающий получение водорода в газогенераторе путем осуществления реакции мелкораздробленного энергоносителя с водой, подачу газового потока в цилиндр двигателя, регулирование педалью акселератора расходов энергоносителя и воды, поступающих в газогенератор, и регулирование количества воздуха давлением получаемого водорода. Известный способ питания двигателя водородом обладает рядом недостатков. Так, в результате реакции в газогенераторе образуются кроме водорода пар и твердофазные продукты реакции. Водород, пар и воздух подают в цилиндр двигателя, сжигают водород и преобразуют энергию расширяющихся газов во вращательную энергию вала. Твердофазные продукты реакции шлаки накапливаются в газогенераторе, понижают интенсивность перемешивания энергоносителя и воды, понижают скорость химической реакции, ограничивая 10 47% выхода водорода по сравнению с теоретическим, и уменьшают экономичность. Шлак, присутствующий в газогенераторе, исключает возможность регулирования подачи энергоносителя и воды в количествах, диктуемых потребностью двигателя в водороде. Технологический процесс в газогенераторе характеризуется медленным нарастанием температуры (до 390oC) и давления (до 4 МПа) и, следовательно, увеличением соотношения массы пара и водорода в пароводородной смеси и самопроизвольным изменением подачи воздуха в двигатель. Все это ухудшает качество горючей смеси, неустойчивость процесса сгорания и повышенный расход топлива. Для удаления шлака из газогенератора необходимо остановить двигатель, что понижает экономичность. Кроме того, для известного способа характерно явление брикетирования или уменьшения объема мелкораздробленного энергоносителя, приводящее к уменьшению его подачи, увеличению механических потерь в аппаратуре энергоносителя и понижению скорости генерации водорода. В результате рассогласование режимов работы газогенератора и двигателя и понижение экономичности. Известен способ генерации водорода для систем питания газообразным топливом малотоксичных двигателей, сведения о котором приведены в "Газогенераторе", (авт. св. N 1751373, кл.5 F 02 B 43/08, 1992) и представлены в докладе по поводу экспоната на международном конгрессе выставки "СММ-90" 25-29 сентября 1990 г. в Гамбурге/Германия: Kolbenev I.L. Bordwasserstoff-generator fur gering taxische verbrennungsmotoren// Hamburg Messe und Congress GMBH laden gemeinsam in zu einer vortragreine uber Konversions Technologien. 25-24 Sept. 1990. Hamburg. В известном способе используют дозированную подачу энергоносителя, смешивают его с водой, проводят реакцию в реакционной камере при постоянной температуре, отделяют газообразный водород и пар от шлаковых продуктов реакции и удаляют последние в отстойник. Для достижения максимальной эффективности превращения исходных продуктов в конечные устанавливают время пребывания частиц в реакционной камере по методике, приведенной в работе (Колбенев И.Л. Солдаткин А.В. Особенности режимов работы генератора водорода для малотоксичных двигателей//Двигателестроение 1986, N 8, с.54 55, 62). Известен способ работы энергоустановки с автотракторным генератором водорода, принятый нами за прототип (Колбенев И.Л. Дмитриев Т.И. Водородная энергетика и транспортно-экологическая проблема//Двигателестроение 1984, N 10, с.58 -60), включающий получение водорода и пара в газогенераторе путем осуществления реакции взаимодействия мелкораздробленного энергоносителя с водой, отделение газообразного водорода и пара от шлаковых продуктов реакции и удаления последних в отстойник, отделение пара от водорода, подачу водорода в цилиндр двигателя, управление регулятором подачи водорода и регулирование дозатором и насосом расходов энергоносителя и воды. Одни недостаток этого способа отсутствие регулирования количества воздуха, бензина или дизельного топлива, использование пара, согласование режимов работы двигателя и газогенератора. Другой недостаток состоит в использовании ограниченной номенклатуры энергоносителя, сплавов, содержащих Ir, Ga, Pb, Bi, Sn, Mg для увеличения скорости химической реакции. Применение этих добавок понижает экономичность. Кроме того, известный способ не ориентирован на использование малоактивного к реакции энергоносителя, но экономически более выгодно использование, например, восстановленных оксидов кремния, металлов и их соединений из побочных продуктов тепловых электростанций и алюминиево-магниевой промышленности. Современный уровень развития водородных энергетических установок и концепция создания силовых установок с автотракторным генератором водорода были рассмотрены в докладе на Девятой всемирной конференции по энергии водорода "Водород-92" 22 25 июня 1992 г. в Париже/Франция: (Kolbenev Igor, Hydrogen in small power engineering, Hydrogen Energy Progress IX, Proceedings of the 9th world Hydrogen Energy Conference Paris/France 22 25 June 1992, volume 2, 751 761). Суть концепции состоит в следующем. 1. Суммарные тепловые эффекты реакции энергоносителей, полученных восстановлением оксидов алюминия, кремния, металлов и их соединений из побочных продуктов тепловых электростанций и алюминиево-магниевой промышленности, составляют 15 22,4 МДж/кг, что значительно выше плотности энергии гидридных накопителей водорода для автомобилей, где она ограничена 2 - 10 МДж/кг. 2. По сравнению с газообразным и жидким хранением водорода раздельное хранение энергоносителя и основного сырья воды исключает опасность взрыва, а наибольшая эффективность генерации водорода достигается в автотракторном генераторе водорода малогабаритном устройстве с гибкой системой управления технологическим процессом. 3. Эффективное использование водорода и пара по газодизельному варианту ограничивается добавкой водорода, при которой понижается удельный эффективный расход теплоты, снижается расход дизельного топлива, расширяются пределы мощности по детонации и предельный барьер дымности, понижаются дымность и эмиссия окислов азота, окиси углерода и углеводородов. 4. При одновременном использовании бензина и водорода из бортового генератора водорода высокие энергоэкологические показатели двигателя достигаются согласованием режимов работы двигателя и газогенератора с весьма высокой точностью, когда на всех режимах работы двигателя энергоноситель подводят со скоростью, пропорциональной скорости подачи водорода. 5. Для ликвидации самовоспламенения водорода на впуске (обратная вспышка) и снижения эмиссии окислов азота при работе водородного двигателя (без бензина или дизельного топлива) эффективным становится использование пара из автотракторного генератора водорода при качественно-количественном регулировании горючей смеси. На основании вышеизложенного с целью устранения недостатков прототипа нагрузкой двигателя и газогенератором управляют органом управления, сообщенным с педалью акселератора. В двигателе регулируют состав горючей смеси подачами в реакционную камеру газогенератора энергоносителя и в камеру сгорания двигателя воздуха со скоростями, пропорциональными скорости подачи водорода, бензина или запальной порции дизельного топлива, а именно, для водородного двигателя в диапазоне скоростей (6,2 7,9) 1 и (89,3 208) 1, бензоводородного (0,18 1,25) 1 и (16,7 -34,5) 1, водородного газодизеля (0,18 0,45) 1 и (27 29): 1. Воздух перед подачей в двигатель подогревают теплом подаваемого водорода и пара и осуществляют его подачу через реакционную камеру и газогенератор. В реакционную камеру дополнительно подают активатор, например едкий натр NaOH, причем активатор и воду перед подачей в реакционную камеру смешивают и дробят на струи, при этом температуру воды и активатора поддерживают в интервале 48 55oC, а соотношение масс воды, энергоносителя и активатора выдерживают в интервале (3 7):(1 5):(0,5 1,2). Реакцию взаимодействия воды, энергоносителя и активатора ведут при температуре 60 67oC, поддерживают соотношение масс пара и водорода в пределах 5 1 и регулируют его при повышенных частичных и максимальных нагрузках двигателя. Шлак удаляют из реакционной камеры со скоростью, пропорциональной скорости подачи энергоносителя, в диапазоне 2,1 1 6,0 1, непрерывно подвергают шлак электрохимической обработке, дополнительно извлекают из него водород и кислород и подают их в камеру сгорания. При электрохимической обработке шлака регенерируют активатор и возвращают последний в газогенератор для повторного использования. Известен газовый двигатель внутреннего сгорания (авт.св. N 848718, кл.3 F 02 B 43/10, F 02 M 21/02, F 02 D 19/02, опубл. 23.07.81 и БИ N 27), содержащий камеру сгорания, смеситель с патрубком для подвода воздуха, дроссель с органом управления, газогенератор с каналом, емкость с энергоносителем, бак с водой, устройство дозирования энергоносителя в виде шнека, снабженного устройством изменения числа оборотов, устройство регулирования, сблокированное с педалью акселератора, в виде насоса с устройством для изменения хода плунжера, причем орган управления выполнен в виде датчика давления, последний размещен в канале. Известным газовым двигателем внутреннего сгорания является устройство для реализации способа питания двигателя (авт. св. N 848719), о недостатках которого говорилось выше. Известно устройство для питания водородом ДВС -"Газогенератор", (авт.св. N 1751373, кл.5 F 02 B 43/08, 1992), принятое нами за прототип. В нем предложен газогенератор, содержащий резервуар с энергоносителем, его дозатор, выполненный в виде корпуса, шнека и подпружиненного клапана, реакционную камеру, выполненную в корпусе, механизм принудительного удаления шлака, снабженный шнеком и связанный с реакционной камерой и отстойником, распылитель, связанный с трубопроводом подачи воды и расположенный в реакционной камере, камеру для сбора генерируемого водорода, подключенную к реакционной камере, теплообменник-охладитель в виде рубашки, охватывающей корпус, причем резервуар с энергоносителем выполнен с крышкой и цилиндрической горловиной и в последней размещен дозатор энергоносителя. Недостаток изобретения состоит в отсутствии возможности реализовать предлагаемый способ работы с силовой установки. Таким образом, отличие предлагаемой силовой установки Колбенева состоит в том, что ее газогенератор содержит электролизер, имеющий вход и четыре выхода, электродвигатель, вертикальный вал, две шестерни, блок питания, насосы воды и активатора с приводами, емкость с активатором и резервуар с энергоносителем, выполненные с крышкой и цилиндрической горловиной, форсунки, выполненные в виде заостренных полых цилиндров с отверстиями, вход активатора и распылителя, патрубок подачи кислорода к двигателю. Кроме того, шнек дозатора энергоносителя, подпружиненный клапан, первая шестерня, приводы насосов воды и активатора установлены на вертикальный вал, последний выполнен с приводом от электродвигателя. Вход электролизера связан с камерой для сбора водорода через реакционную камеру и шнек принудительного удаления шлака, кинематически связанного с вертикальным валом, а первый его выход связывает катодные камеры с камерой для сбора водорода, второй анодные камеры с патрубком подачи кислорода, третий - анодные камеры с форсунками, установленными в емкость активатора, через насос активатора, подключенный к трубопроводу подачи воды в теплообменник. Крышки горловин резервуара с энергоносителем и емкости с активатором выполнены с возможностью разрушения шнеком дозатора и форсунок при установке и креплении резервуара и емкости на газогенератор. Газогенератор силовой установки Колбенева содержит подогреватель воды с полостями, охватывающими полости теплообменника-охладителя и подключенного к баку с водой через краны управления, и отстойник, снабженный разделительной мембраной в виде эластичной сетки. Отличие предлагаемой силовой установки состоит в том, что резервуар с энергоносителем снабжен воздушным клапаном, а выходы охлаждаемых полостей теплообменника подключены к двигателю внутреннего сгорания через водяной насос двигателя и к радиатору с вентилятором через первый термостат. В свою очередь вход охлаждаемых полостей подключен к радиатору и двигателю через второй термостат и трубопровод охлаждения. Другое отличие состоит в том, что анодные камеры дополнительно подключены к отстойнику. Кроме того, силовая установка включает орган управления нагрузкой двигателя и газогенератором, сблокированный с педалью акселератора и снабженный шестью выходами и четырьмя входами. Для одновременного использования бензина водорода из бортового генератора водорода двигатель силовой установки снабжен карбюратором, дроссель которого связан с педалью акселератора. При использовании водорода по газодизельному варианту двигатель снабжен топливным насосом высокого давления и диффузором, установленным в воздушном потоке двигателя. Диффузор связан с входом органа управления, педаль акселератора которого подключена к рейке топливного насоса. Водородный двигатель силовой установки снабжен диффузором в воздушном потоке, а педаль акселератора связана с входом органа управления. Водородный двигатель снабжен дополнительно подогревателем для обеспечения пуска газогенератора. Отличие силовой установки состоит также в том, что она содержит конденсатор для регулирования соотношения масс пара и водорода в пароводородной смеси. На фиг.1 приведено распределение скорости генерации водорода по времени реакции, где![способ работы силовой установки колбенева с двигателем внутреннего сгорания и ее устройство, патент № 2100628](/images/patents/371/2100021/945.gif)
![способ работы силовой установки колбенева с двигателем внутреннего сгорания и ее устройство, патент № 2100628](/images/patents/371/2100021/945.gif)
![способ работы силовой установки колбенева с двигателем внутреннего сгорания и ее устройство, патент № 2100628](/images/patents/371/2100628/2100628-2t.gif)
![способ работы силовой установки колбенева с двигателем внутреннего сгорания и ее устройство, патент № 2100628](/images/patents/371/2100010/964.gif)
![способ работы силовой установки колбенева с двигателем внутреннего сгорания и ее устройство, патент № 2100628](/images/patents/371/2100628/2100628-3t.gif)
где Q -теплота, некоторые результаты которых опубликованы в работах (Колбенев И.Л. Солдаткин А.В. Особенности режимов работы генератора водорода для малотоксичных двигателей; Волынец Н.Ф. Колбенев И.Л. Кинетические закономерности реакции активированного алюминия с водой//Проблемы машиностроения, 1988, Вып. 29, с. 96-99). Экспериментально установлено, что в диапазоне 20 60oC скорости реакции в случае алюминия, активированного In, Ga, Pb, Bi, Sn, Mg в 1000 раз больше, чем для не активированного алюминия. При осуществлении химической реакции (фиг. 1) распределение скорости генерации водорода по времени
![способ работы силовой установки колбенева с двигателем внутреннего сгорания и ее устройство, патент № 2100628](/images/patents/371/2100010/916.gif)
![способ работы силовой установки колбенева с двигателем внутреннего сгорания и ее устройство, патент № 2100628](/images/patents/371/2100010/916.gif)
![способ работы силовой установки колбенева с двигателем внутреннего сгорания и ее устройство, патент № 2100628](/images/patents/371/2100010/964.gif)
![способ работы силовой установки колбенева с двигателем внутреннего сгорания и ее устройство, патент № 2100628](/images/patents/371/2100010/916.gif)
![способ работы силовой установки колбенева с двигателем внутреннего сгорания и ее устройство, патент № 2100628](/images/patents/371/2100010/916.gif)
![способ работы силовой установки колбенева с двигателем внутреннего сгорания и ее устройство, патент № 2100628](/images/patents/371/2100010/964.gif)
![способ работы силовой установки колбенева с двигателем внутреннего сгорания и ее устройство, патент № 2100628](/images/patents/371/2100010/916.gif)
![способ работы силовой установки колбенева с двигателем внутреннего сгорания и ее устройство, патент № 2100628](/images/patents/371/2100010/916.gif)
![способ работы силовой установки колбенева с двигателем внутреннего сгорания и ее устройство, патент № 2100628](/images/patents/371/2100010/964.gif)
![способ работы силовой установки колбенева с двигателем внутреннего сгорания и ее устройство, патент № 2100628](/images/patents/371/2100010/916.gif)
![способ работы силовой установки колбенева с двигателем внутреннего сгорания и ее устройство, патент № 2100628](/images/patents/371/2100010/916.gif)
![способ работы силовой установки колбенева с двигателем внутреннего сгорания и ее устройство, патент № 2100628](/images/patents/371/2100010/964.gif)
![способ работы силовой установки колбенева с двигателем внутреннего сгорания и ее устройство, патент № 2100628](/images/patents/371/2100010/964.gif)
![способ работы силовой установки колбенева с двигателем внутреннего сгорания и ее устройство, патент № 2100628](/images/patents/371/2100010/964.gif)
![способ работы силовой установки колбенева с двигателем внутреннего сгорания и ее устройство, патент № 2100628](/images/patents/371/2100010/964.gif)
![способ работы силовой установки колбенева с двигателем внутреннего сгорания и ее устройство, патент № 2100628](/images/patents/371/2100010/964.gif)
![способ работы силовой установки колбенева с двигателем внутреннего сгорания и ее устройство, патент № 2100628](/images/patents/371/2100010/964.gif)
![способ работы силовой установки колбенева с двигателем внутреннего сгорания и ее устройство, патент № 2100628](/images/patents/371/2100010/964.gif)
![способ работы силовой установки колбенева с двигателем внутреннего сгорания и ее устройство, патент № 2100628](/images/patents/371/2100010/964.gif)
![способ работы силовой установки колбенева с двигателем внутреннего сгорания и ее устройство, патент № 2100628](/images/patents/371/2100010/964.gif)
![способ работы силовой установки колбенева с двигателем внутреннего сгорания и ее устройство, патент № 2100628](/images/patents/371/2100010/964.gif)
![способ работы силовой установки колбенева с двигателем внутреннего сгорания и ее устройство, патент № 2100628](/images/patents/371/2100010/964.gif)
![способ работы силовой установки колбенева с двигателем внутреннего сгорания и ее устройство, патент № 2100628](/images/patents/371/2100010/964.gif)
на аноде
H2O - 2e _
![способ работы силовой установки колбенева с двигателем внутреннего сгорания и ее устройство, патент № 2100628](/images/patents/371/2100271/8594.gif)
на катоде
2H2O + 2e _
![способ работы силовой установки колбенева с двигателем внутреннего сгорания и ее устройство, патент № 2100628](/images/patents/371/2100271/8594.gif)
в растворе
Na2SiO3 + H+ _
![способ работы силовой установки колбенева с двигателем внутреннего сгорания и ее устройство, патент № 2100628](/images/patents/371/2100271/8594.gif)
в католите
Na++ OH- _
![способ работы силовой установки колбенева с двигателем внутреннего сгорания и ее устройство, патент № 2100628](/images/patents/371/2100271/8594.gif)
Через катионоактивную мембрану осуществляется перенос ионов натрия Na+ из анолита в католит. Электрохимическая обработка раствора шлака позволяет регенерировать 95 - 98% NaOH. Затраты электроэнергии на получение 1 кг щелочи могут составлять 3
3,6 кВт
![способ работы силовой установки колбенева с двигателем внутреннего сгорания и ее устройство, патент № 2100628](/images/patents/371/2100010/183.gif)
![способ работы силовой установки колбенева с двигателем внутреннего сгорания и ее устройство, патент № 2100628](/images/patents/371/2100010/183.gif)
![способ работы силовой установки колбенева с двигателем внутреннего сгорания и ее устройство, патент № 2100628](/images/patents/371/2100010/183.gif)
![способ работы силовой установки колбенева с двигателем внутреннего сгорания и ее устройство, патент № 2100628](/images/patents/371/2100021/945.gif)
![способ работы силовой установки колбенева с двигателем внутреннего сгорания и ее устройство, патент № 2100628](/images/patents/371/2100010/183.gif)
В табл.5 приведены режимы работы водородного газодизеля, аналогичные данным, опубликованным в работе (Колбенев И.Л. Повышение энергоэкологических показателей дизелей//Двигателестроение, 1987, N 12, с. 53 56). В предлагаемой силовой установке состав горючей смеси водородного газодизеля регулируют подачей в реакционную камеру энергоносителя и в камеру сгорания воздуха, пропорциональной скорости подачи запальной порции дизельного топлива: Be BДТ и Bair BДТ в диапазонах (0,18 0,45) 1 и (27 29) 1. Повышение эффективности воздействием на гидродинамическую структуру исходных продуктов. С целью повышения эффективности путем ликвидации брикетирования энергоносителя и уменьшения трения его частиц воздух перед подачей в двигатель пропускают через энергоноситель, подогревают теплом водорода и пара и осуществляют его подачу в цилиндр через реакционную камеру и газогенератор. Активатор и воду перед подачей в реакционную камеру смешивают и дробят на струи, температуру воды и активатора поддерживают в интервале 48 -55oC. В соответствии с теорией струйных химических реакторов, разработанной в последнее время (Колбенев И.Л. Сокольский Д.В. Сармурзина Р.Г. Солдаткин А. В, К теории химических реакторов, Доклады АН СССР, 1986, 284, N 2, с. 416-419; Колбенев И. Л. Солдаткин А.В. Особенности режимов работы генератора водорода. //Двигателестроение, -1986, N 8, с. 54 55; 62), подача энергоносителя на вход реакционной камеры ограничивается его максимальной величиной, зависящей от режимных параметров:
![способ работы силовой установки колбенева с двигателем внутреннего сгорания и ее устройство, патент № 2100628](/images/patents/371/2100628/2100628-4t.gif)
где
![способ работы силовой установки колбенева с двигателем внутреннего сгорания и ее устройство, патент № 2100628](/images/patents/371/2100020/946.gif)
Da число Дамкеллера для струйного течения;
x длина реакционной камеры, на которой осуществляется химическая реакция. Необходимость осуществления химической реакции при выполнении условия
![способ работы силовой установки колбенева с двигателем внутреннего сгорания и ее устройство, патент № 2100628](/images/patents/371/2100010/964.gif)
![способ работы силовой установки колбенева с двигателем внутреннего сгорания и ее устройство, патент № 2100628](/images/patents/371/2100010/964.gif)
daX = f(
![способ работы силовой установки колбенева с двигателем внутреннего сгорания и ее устройство, патент № 2100628](/images/patents/371/2100020/946.gif)
а влияние изменения теплового потока на количество генерируемого водорода BH2 и, следовательно, подачу энергоносителя Be можно представить в следующем виде:
![способ работы силовой установки колбенева с двигателем внутреннего сгорания и ее устройство, патент № 2100628](/images/patents/371/2100628/2100628-5t.gif)
Из уравнения (9) получаем
dBe/d
![способ работы силовой установки колбенева с двигателем внутреннего сгорания и ее устройство, патент № 2100628](/images/patents/371/2100020/946.gif)
Разложив экспоненту в уравнении (11) по степени
![способ работы силовой установки колбенева с двигателем внутреннего сгорания и ее устройство, патент № 2100628](/images/patents/371/2100020/946.gif)
![способ работы силовой установки колбенева с двигателем внутреннего сгорания и ее устройство, патент № 2100628](/images/patents/371/2100020/946.gif)
dBe/d
![способ работы силовой установки колбенева с двигателем внутреннего сгорания и ее устройство, патент № 2100628](/images/patents/371/2100020/946.gif)
![способ работы силовой установки колбенева с двигателем внутреннего сгорания и ее устройство, патент № 2100628](/images/patents/371/2100020/946.gif)
![способ работы силовой установки колбенева с двигателем внутреннего сгорания и ее устройство, патент № 2100628](/images/patents/371/2100020/946.gif)
где a 0,3; b 1,5. Зависимость (12) в виде графика d
![способ работы силовой установки колбенева с двигателем внутреннего сгорания и ее устройство, патент № 2100628](/images/patents/371/2100020/946.gif)
![способ работы силовой установки колбенева с двигателем внутреннего сгорания и ее устройство, патент № 2100628](/images/patents/371/2100020/946.gif)
![способ работы силовой установки колбенева с двигателем внутреннего сгорания и ее устройство, патент № 2100628](/images/patents/371/2100020/946.gif)
![способ работы силовой установки колбенева с двигателем внутреннего сгорания и ее устройство, патент № 2100628](/images/patents/371/2100020/946.gif)
![способ работы силовой установки колбенева с двигателем внутреннего сгорания и ее устройство, патент № 2100628](/images/patents/371/2100020/946.gif)
![способ работы силовой установки колбенева с двигателем внутреннего сгорания и ее устройство, патент № 2100628](/images/patents/371/2100020/946.gif)
к патрубку 35 для подачи кислорода к насосу 9 активатора. Электроды 23 подключены к бортовому источнику 26 постоянного тока. Выход 15 охлаждаемых полостей подключен к двигателю внутреннего сгорания 27 через насос охлаждения 28 двигателя 27 и радиатору 29 с вентилятором 30 через первый термостат 31. Вход 14 охлаждаемых полостей подключен к радиатору 29 через второй термостат 32 и двигатель 27 через термостат 32 и трубопровод охлаждения 33. Газогенератор содержит дополнительно подогреватель воды, полости которого охватывают полости теплообменника-охладителя. Одна полость подогревателя имеет вход 34, подключенный к баку воды 35, и выход 36, подключенный к входу 37 другой полости подогревателя через насос воды 8. Выход 38 этой полости связан с баком воды 35, патрубком 39 подачи воды к распылителю 13 через электромагнитный клапан управления 40, трубопроводом 41 активатора через клапан управления 42 и насосом активатора 9 через клапан управления 43. Выход электролизера подключен к отстойнику 44, снабженному разделительной мембраной 45 в виде эластичной сетки, подключенному к насосу активатора 9. Двигатель 27 снабжен карбюратором 46 (имеется в виду бензоводородный двигатель), который подключен к трубопроводу 47 подачи кислорода через входной патрубок 48, трубопроводу 49 для подачи углеводородного топлива и воздушному коллектору 50. К воздушному коллектору 50 подключена камера 4 для сбора водорода через нагнетатель 51, клапан управления 52 и конденсатор 53. Орган управления 54, сблокированный с педалью акселератора, снабжен выходами 55 60 и входами 61 64. Выход 55 подсоединен к клапану управления 52, выход 56 к клапану управления 40, 57 к 42, 58 к 43, выход 59 к блоку питания 26, выход 60 -к электродвигателю 10. Вход 61 органа 54 связан с педалью акселератора, вход 62 с измерителем частоты вращения коленчатого вала двигателя 27, вход 63 с карбюратором для измерения разрежения за дроссельной заслонкой последнего, вход 64 с датчиком температуры 65, размещенным в термостате 32 (фиг.6). Датчик температуры 65 омывается горячей жидкостью, поступающей из двигателя 27. Поддержание заданной температуры осуществляется путем автоматического перераспределения потоков охлаждающей жидкости: к двигателю 27 либо радиатору 29 для отбора теплоты. При использовании водорода и пара по газодизельному варианту (фиг.7) двигатель 27 снабжен топливным насосом высокого давления 66 и диффузором, установленным в воздушном потоке двигателя 27, и связан с входом 63 органа управления 54, педаль акселератора которого подключена к рейке топливного насоса. Водородный двигатель силовой установки (фиг.8) снабжен диффузором 67 в воздушном потоке двигателя 27, связанным с входом 63 органа управления 54, сообщенным с педалью акселератора, и подогревателем 68, подключенным к двигателю 27, термостатам 31, 32 и радиатору 29. В днище резервуара 1 с энергоносителем установлен воздушный клапан 69 для регулируемой подачи воздуха через реакционную камеру и газогенератор. Силовая установка работает следующим образом. Резервуар 1 с энергоносителем и емкость 2 с активатором помещают в углубления 16 корпуса газогенератора. При этом шнек 6 дозатора энергоносителя и форсунки 17 активатора разрушают крышки горловин резервуара 1 и емкости 2. Пусковой период силовой установки включает подогрев газогенератора до заданной температуры, включение его в работу и пуск двигателя. В силовой установке с водородным двигателем подогрев газогенератора осуществляют включением подогревателя 68 (фиг.8), в котором предусмотрен подвод теплоты от постороннего источника энергии. В силовой установке с бензоводородным или водородно-дизельным двигателем подогрев осуществляют теплотой, источником которой является двигатель. Для энергоносителя из восстановленных оксидов кремния, металлов и их соединений рабочая температура может быть ограничена 60 67oC, что соответствует соотношению масс водяного пара и водорода в пароводородной смеси 5 1. До включения газогенератора в работу воздух в цилиндр двигателя 27 поступает через карбюратор 46 (фиг.5) или диффузор 67 (фиг.7 и 8), минуя реакционную камеру 3 и газогенератор. Воздушный клапан 69 резервуара 1 закрыт. Пуск двигателя 27 осуществляется на углеводородном топливе либо смеси: углеводородное топливо водород, либо водороде, который может находиться в камере 4 для сбора водорода, путем включения органа управления 54. В водородном двигателе орган управления 54 автоматически включает подогреватель 68 (фиг.8), в результате чего происходит подогрев двигателя 27 и газогенератора до заданной температуры. Затем по сигналу датчика 65 термостата 32 происходит отключение подогревателя 68 двигателя 27, включение последнего, нагнетателя 51 и пуск газогенератора. В днище резервуара 1 открывается воздушный клапан 69. В силовой установке с бензоводородным или водородно-дизельным двигателем вначале осуществляется пуск двигателя 27, а затем происходит подогрев газогенератора. При достижении заданной температуры по сигналу датчика 65 термостата 32 происходит включение нагнетателя 51, открытие воздушного клапана 69 и пуск газогенератора. Пуск газогенератора осуществляется включением электродвигателя 10, подачей электрического тока к электродам 23 от бортового источника питания 26 и открытием: частичным пли полным клапанов управления 40, 42, 43. Электродвигатель 10 приводит во вращение вертикальный вал 5, шнек 6 дозатора энергоносителя, шестерни 7 и 20, шнек 9 механизма принудительного удаления шлака, насоса воды 8 и активатора 9. Через воздушный клапан 69 резервуара 1 к энергоносителю поступает воздух, который, проходя через резервуар 1, нагревается теплом, заключенном в подогретом газогенераторе, ликвидирует брикетирование энергоносителя и уменьшает трение его частиц. Энергоноситель с помощью шнека 6 дозатора отжимает пружину клапана 11 и поступает в реакционную камеру 3 вместе с воздухом, количество которого регулируется воздушным клапаном 69. К насосу 8 подается вода с заданной температурой из выхода 36 полости подогревателя воды. От насоса 8 вода направляется к входу 37 и выходу 38 полости подогревателя воды, к баку воды 35, а через краны управления 40, 42
к распылителю 13 и форсункам 17, расположенным в емкости активатора 2, где происходит смешение активатора с водой. Смесь, состоящая из активатора и воды, поступает к входу 18 активатора, дополнительно смешивается с водой, нагретой до 48 55oC, поступает к распылителю 13, где активатор и воду перед подачей в реакционную камеру 3 дробят на струи. Струйки воды и активатора смешивают энергоноситель, образуя коллоидно-дисперсную суспензию, например, состоящую из порошков кремния Si и/или алюминия Al, едкого натра NaOH и воды. Соотношение масс воды, энергоносителя и активатора выдерживают в интервале (3 7):(1 -5):(0,5 1,2) и регулируют изменением подачи активатора и/или воды, т. е. изменением частоты вращения вертикального вала 5 и "времени-сечения" клапанов управления 40, 42, 43. Частота вращения вертикального вала 5 и частоты колебаний электромагнитных клапанов управления 40, 42, 43 согласованы, зависят от потребности двигателя в водороде и регулируются органом управления 54. Реагирующая суспензия поступает на вращающийся шнек 19 механизма принудительного удаления шлака, где заканчивается полное превращение исходных продуктов в конечные. Время пребывания частиц энергоносителя в реакционной камере 3 и время удаления шлака соответствуют условия
![способ работы силовой установки колбенева с двигателем внутреннего сгорания и ее устройство, патент № 2100628](/images/patents/371/2100010/964.gif)
![способ работы силовой установки колбенева с двигателем внутреннего сгорания и ее устройство, патент № 2100628](/images/patents/371/2100010/964.gif)
![способ работы силовой установки колбенева с двигателем внутреннего сгорания и ее устройство, патент № 2100628](/images/patents/371/2100021/945.gif)
Класс F02B43/08 силовые установки с двигателями, работающими на газообразном топливе, генерируемом из твердого топлива, например из дерева
Класс F02B45/10 на смеси жидкого и нежидкого топлива, например в тестообразном или вспененном состоянии