| початок розділу
Виробничі, аматорські радіоаматорські Авіамодельний, ракетомодельного Корисні, цікаві |
хитрощі майстру
електроніка фізика технології винаходи |
таємниці космосу
таємниці Землі таємниці Океану хитрощі Карта розділу |
  |
| Використання матеріалів сайту дозволяється за умови посилання (для сайтів - гіперпосилання) | |||
Навігація: => |
На головну / Ринок технологій / Актуальні винаходи і моделі / Назад / |
|
ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2287068
СПОСІБ ДІЇ ЕКОЛОГІЧНО БЕЗПЕЧНОГО двигунів внутрішнього згоряння
З одночасного додавання КИСНЮ І ВОДНЮ ІЗ ВОДИ
Ім'я заявника: Смоленський Ігор Миколайович (UA); Козаренко Володимир Іванович (UA); Смоленський Олег Ігорович (UA)
Ім'я винахідника: Смоленський Ігор Миколайович (UA); Козаренко Володимир Іванович (UA); Смоленський Олег Ігорович (UA)
Ім'я патентовласника: Смоленський Ігор Миколайович (UA); Козаренко Володимир Іванович (UA); Смоленський Олег Ігорович (UA)
Адреса для листування: 04080, г. Киев, ул. Фрунзе, 24б, оф.1, О.П. Мигас
Дата початку дії патенту: 2003.10.28
Винахід відноситься до двигунобудування, зокрема способам отримання водню з води для двигунів. Винахід дозволяє без істотних змін двигуна забезпечити підвищення його екологічних і економічних характеристик. У способі дії екологічно безпечного двигуна внутрішнього згоряння з одночасним добуванням водню і кисню з води як розщеплює каталітичний енергоносій використовують хлор у складі хлоридів металів. Їх валентність змінюється в міру проходження замкнутого термохімічного циклу з поверненням реагентів у вихідне положення в кінці циклу, крім води, кількість якої періодично поповнюється. Процес термохімічних перетворень хлориду заліза-3 забезпечується утилізованої тепловою енергією від вихлопних газів. Водень надходить в газовий редуктор і далі до водородопроводу і дозатора карбюратора двигуна. Кисень частково використовується для поліпшення роботи двигуна і надходить через кисневий дозатор з киснепроводів. Пристрій екологічно безпечного двигуна внутрішнього згоряння містить систему харчування, яка включає магістраль подачі перегрітої води до циліндрів через електромагнітний пом'якшувач. Випарник розміщений в порожнечі вихлопного колектора. Система харчування включає і генератор водню, ротор якого виконаний з функціональними камерами, автономний многоскоростной електропривод, корпус генератора водню і резервуар кислоти. Корпус і резервуар кислоти насаджені на загальну вісь, в масиві якій розміщені канали з і до функціональних камерам, з каналами з і до резервуару кислоти. Всі канали мають запобіжні клапани.
ОПИС ВИНАХОДИ
Винахід стосується термокаталітіческого отримання водню з води як складової частини палива для двигунів внутрішнього згоряння (далі ДВС), як карбюраторних, так і з циклом газодизеля при виконанні механічної роботи.
Охоплюючи в теоретичному плані хімічну екологію і енергетику, а в практичному аспекті - загальне і хімічне машинобудування, винахід направлено на пошук ефективного шляху зниження руйнівного антропогенного впливу на геобіосферу сучасної енергетики, використовуючи наявні недорогі мінеральні запаси покладів сировини і виробничі можливості України, зокрема, виробництва заліза, хлористого водню і їх похідних.
Встановлено, що перспективним екологічно чистим паливом для теплових двигунів як найбільш масових і мобільних енергетичних установок є водень (згідно Колосюк Д.С., Кузнецов Л.В. Автотракторні палива і мастильні матеріали. Київ. «Вища школа», 1987. стор.89 ).
Основним джерелом для отримання водню є вода (згідно Ягодин Г.Л., Раков Е.Г., Третьякова Л.Г. Хімія і хімічна технологія у вирішенні глобальних проблем. Москва. «Хімія». 1988. Стр.81-87).
Аналогом способу дії екологічно безпечного двигуна внутрішнього згоряння відповідно з деклараційним патентом на винахід України №31320 А від 15.12.2000 р Бюл. №7-11 передбачається одночасне добування водню і кисню з води, де як розщеплює каталітичний енергоносій використовується хлор у складі деяких хлоридів металів, валентність яких змінюється в міру проходження замкнутого термохімічного циклу, з поверненням реагентів у вихідне положення в кінці циклу, крім води, кількість якої періодично поповнюється.
Аналогом пристрої екологічно безпечного двигуна внутрішнього згоряння відповідно до патентом Великобританії №1395418, 1975, кл. FIB, передбачається система харчування, яка включає магістраль подачі перегрітої води до циліндрів через електромагнітний пом'якшувач, при розміщенні випарника в порожнечі вихлопного колектора.
Технічне завдання полягає в забезпеченні процесу термохімічних перетворень хлориду заліза-3 утилізованої тепловою енергією від вихлопних газів, де здобуті водень і кисень окремо розділені в системі. Процес термохімічного перетворення хлориду заліза-3 відбувається в роторі генератора водню - складової системи харчування двигуна; причому поворот ротора здійснюється автономним багатошвидкісним електроприводом під час змивання його вихлопними газами в порожнечі корпусу, відповідно з'єднаної з вихлопних колектором.
Технічне завдання винаходу полягає в використанні теплової енергії, акумульованої вихлопними газами (за межами циклу Карно), яка складає до 55% енергетичних можливостей палива для термокаталітіческого отримання водню з води, використовуючи бортове пристрій (далі генератор водню) в складі системи харчування ДВС, одночасно з виконанням механічної роботи (згідно Шифрін Д.М. Теплові двигуни, ч.1. Москва, «Машгиз», 1962, стор.142, таб. Ю). Доведено, що додавання від 5% до 10% водню від маси палива забезпечує 50% економію бензину з одночасним 30-разовим зменшенням вмісту монооксиду вуглецю у вихлопних газах ДВС (згідно Чирков К. Двигун, двигун, двигун. Техніка. Москва, «Знання» . 1983. №2. стор.51). Можливість використання такої комбінації палива властива як для карбюраторних ДВС (згідно Анохін В.І. Пристрій автомобілів. Москва. «Машгиз». 1953. Стр.253-265), так і для систем харчування ДВС з дозованим уприскуванням палива, наприклад, "газодизеля ", коли до газоповітряної суміші після її стиснення з нагріванням впорскується невелика кількість рідкого палива, починається процес згоряння суміші при робочому ході поршня (згідно Шифрін Д.М. Теплові двигуни, ч.1. Москва.« Машгиз ». 1962. стор.127 ).
Використаний спосіб термокаталітіческого отримання водню полягає в тому, що акумульована вихлопними газами теплова енергія (за межами циклу Карно) використовується для забезпечення замкнутого циклу термохімічних перетворень в послідовності: ЖЕЛЕЗО <=> хлорид заліза <=> ЖЕЛЕЗО при добуванні водню з води (як складової палива двигуна), де як розщеплює каталітичний енергоносій використовують хлор у складі хлоридів металів, валентність яких змінюється в міру проходження замкнутого термохімічного циклу з поверненням реагентів у вихідне положення в кінці циклу, крім води, кількість якої періодично поповнюється. Згідно винаходу процес термохімічних перетворень хлориду заліза-3 забезпечується утилізованої тепловою енергією від вихлопних газів, причому водень надходить в газовий редуктор і далі до водородопроводу і дозатора карбюратора двигуна, а кисень - частково використовується для поліпшення роботи двигуна і надходить через кисневий дозатор з киснепроводів.
У пристрої екологічно безпечного двигуна внутрішнього згоряння система харчування включає магістраль подачі перегрітої води до циліндрів через електромагнітний пом'якшувач при розміщенні випарника в порожнечі вихлопного колектора. Згідно винаходу система харчування включає генератор водню, ротор якого виконаний з функціональними камерами, автономний многоскоростной електропривод, корпус генератора водню і резервуар кислоти, при цьому корпус і резервуар кислоти насаджені на загальну вісь, в масиві якій розміщені канали з і до функціональних камерам, з каналами з і до резервуару кислоти, причому всі канали мають запобіжні клапани.
Для реалізації термокаталітіческого способу отримання водню, вихлопні гази ДВС (як ззовні, так і через стільникові отвори в масиві) наскрізь омивають ротор генератора водню (в порожнечі корпусу) з автономним багатошвидкісним електроприводом, функціональними камерами (для каталітичних реагентів), канали яких послідовно (по міру обертання ротора) з'єднуються з зовнішніми каналами для водню, хлору, соляної кислоти; причому порожнеча корпусу з'єднана з вихлопних колектором двигуна, а опорні плунжери попереджувальних клапанів вихідних каналів функціональних камер взаємодіють з ексцентрикової доріжкою на корпусі.
Спосіб дії екологічно безпечного двигуна внутрішнього згоряння і пристрій для його здійснення нижче розглядаються на прикладі карбюраторного ДВС.
Згідно з кресленням, до вихлопного колектора двигуна прикріплений генератор водню 1. У порожнечі корпусу генератора водню розміщений ротор 57, який як ззовні, так і через стільникові отвори в масиві омивається вихлопними газами, потік яких регулюється дросельною заслінкою 56. У чотирьох функціональних камерах 58 ротора 57 розміщені каталітичні реагенти. Резервуар з кислотою 59 і ротор 57 через центри об'єднані віссю 53, яка шлицами закріплена з корпусом. У масиві осі 53 розміщені канали для проходження:
а) кислоти з резервуара 59 до функціональної камері 58, при її вступі до зоні отримання водню (на схемі зображено Fe);
б) водню з функціональної камери до водородопроводу 8;
в) хлору з функціональної камери (при прогріванні FeCl 3) до резервуару 59 (на схемі зображено FeCl 3).
Плунжерний насос 54 закачування кислоти закінчується гідроакумулятором на обсяг одного вприскування. Функціональні камери 58 мають канали входу і виходу із запобіжними клапанами, причому опорний плунжер 60 вихідного каналу взаємодіє з ексцентрикової доріжкою на корпусі (у міру обертання ротора 57). Конічний редуктор 61 з'єднаний з багатошвидкісним автономним електроприводом 44 (управляється мікропроцесором 46 по сигналам кисневого датчика 45 і датчика температури 48). Теплообмінник 62 з'єднаний трубопроводами 33 з системою охолодження двигуна.
Система подачі бензину до карбюратора 26 і 31 типу МКЗ-К80Д включає бензобак 25, відстійник 27, насос 28, плунжерний перемикач 29 зі штоком 18 і опорною шайбою 42, бензопроводи 24 (згідно: Анохін Б.І. Пристрій автомобілів, Москва, "Машгиз ", 1950, стор.265 фіг.223).
Система охолодження отриманого водню включає порожнину 40 газового редуктора, яка з'єднана трубопроводами 33 з системою охолодження двигуна через додатковий теплообмінник 47. Водень від газового редуктора з пустотами високого «А», що включають двуплечний важіль 11, і низького «Б» тисків по водородопроводу 22 надходить до карбюратора
а) на холостому ходу - по каналу 21;
б) на робочому ходу - по каналу 20 (згідно Анохін В.І. Пристрій автомобілів, Москва, "Машгиз", 1950, стр.260, фіг.218).
Система подачі води включає бак 7, вентилі 6, фільтр 4, насос 5, електромагнітний пом'якшувач 3, водопровід 2, плунжерні насоси 63 і 64. Насоси закінчуються гідроакумуляторами 67 на обсяг одного вприскування. Запобіжним клапаном 43 стравливается надлишковий тиск. Плунжерні насоси 63 і 64 взаємодіють з ексцентриком 55 на валу редуктора 61.
Система регулювання складу відпрацьованих газів включає кисневий датчик 45, мікропроцесор 46, кисневий дозатор 41 з Киснепроводи 65.
Система виносу вихлопних газів включає основний 34 і додатковий 37 колектори, глушник 36.
Система охолодження кислоти включає насос 49, теплообмінник 50, кіслотопровод 51, датчик температури 48.
Робота ДВС починається на бензині при коефіцієнті виносу тепла з вихлопними газами 0,55 (від теплотворну здатність бензину - 10200 ккал / кг). Теплом вихлопних газів прогріваються каталітичні реагенти, маса ротора генератора водню. На старті процесу всі чотири функціональних камери 58 мають пласт порошку заліза. Після досягнення розрахункових температурних параметрів мають місце такі процеси:
Отримання водню, відповідно до рівняння (1):
де H 2 - водень, видобутий протягом одного циклу (відповідає обороту ротора 57); 111,6 г - стартова маса порошку заліза в чотирьох функціональних камерах 58; 372,89 г - маса гідратної води для 37% розчину 219 г хлористого водню (маса розчину - 591, 89 г);
200,94 ккал - енергія пароутворення з 20,716 молей гідратної води, виходячи з потреби 9,7 ккал / моль (згідно Глінка М.Л. Загальна хімія. Київ, «Радянська школа». 1955. стор.198).
Один цикл термохімічного взаємодії (1) відповідає одному повного обороту ротора 57. Добутий водень одночасно з охолодженням рідини, яка циркулює в порожнині 40 і теплообміннику 47, надходить в порожнечу «А» газового редуктора під тиском, яке підтримується Пневмоакумулятори 66 через відкритий клапан 12. після досягнення тиску 2 + 3 кгс / см мембрана 9 стискає пружину 10, а кутовий важіль закриває клапан 12. Розрідження у вхідному колекторі 32 передається до камери мембрани 30, якою стискається пружина 15. Прогин до низу мембрани 13 призводить до відкриття клапана 17 важелем 16 при одночасному зміщенні плунжера 29 донизу, внаслідок чого відкривається канал зменшеної подачі бензину до камері поплавця карбюратора 26. Водень надходить в порожнечу «Б» газового редуктора. Після встановлення в порожнечі тиску від 4 до 5 мм водного стовпа відкривається заслінка 19, пропускаючи водень до водородопроводу 22 і дозатора 23 карбюратора двигуна. Починається робота двигуна на бензіноводородной суміші. У разі необхідності екстреного переведення роботи двигуна на бензин кран 35 з'єднується з атмосферою, це призводить до встановлення атмосферного тиску в камері мембрани 30 розтиснену пружини 15, зміщенням мембрани 13 догори і закриттям клапана 17 важелем 16. Одночасно плунжер 29 і зміщується догори, відкриваючи канал повної подачі бензину до камері поплавця карбюратора 26. При перевищенні тиску в порожнечі "А" газового редуктора надлишковий тиск стравливается через клапан 39 в атмосферу.
Отримання хлору при прогріванні (в безводному середовищі) хлориду заліза-3 (положення позначено на схемі як протилежне при отриманні водню) призводить до повного відновлення заліза відповідно до рівняння (2):
де 324,6 г - маса хлориду заліза-3, отриманого в ході реакції (1);
96 ккал - теплова енергія, яка необхідна для відновлення трьох молекул хлору масою 213 г (згідно Некрасов Б.В. Основи загальної хімії. Т.3. Москва. «Хімія». 1970, стор.163).
Зневоднення обсягу функціональної камери досягається відведенням парів гідратної води відповідно до рівняння (1) при різкому зменшенні тиску в камері з 60 кгс / см до 1,2 кгс / см, що забезпечується автоматично при змішуванні опорного плунжера запобіжного клапана вихідного каналу функціональної камери 58, що взаємодіє з ексцентрикової доріжкою плунжера 60 на корпусі. Виникнення безводної середовища сприяє локальному підвищенню температури (має місце зменшення теплоємності в функціональної камері), що сприяє інтенсивному протіканню процесу відповідно до реакції (2). Пар гідратної води масою 372,89 г відповідно (1) надходить по каналу в масиві осі 53 до резервуару 59, де вона конденсується.
Відновлення використаної маси розчину кислоти, згідно (1), відбувається під час гідролізу отриманого хлору за реакцією (2) в резервуарі 59, куди надходить додатково реагентному вода. Гідроліз хлору відбувається відповідно до рівняння (3):
де 54 г - маса реагентної води; 213 г - маса отриманого хлористого водню для відновлення 591,89 г 37% розчину кислоти відповідно до реакцією (1), після взаємодії з конденсованими 20,716 молями гідратної води; 48 г - маса отриманого кисню.
Отриманий кисень (в 8-кратному кількості до отриманого водню) тільки частково використовується для поліпшення роботи двигуна через кисневий дозатор 41 з Киснепроводи 65, який з'єднаний з ресивером 52 і надкіслотной порожнечею резервуара 59. Підживлення робочої суміші необхідний, наприклад, в разі надмірного підвищення температури довкілля, коли має місце зменшення кількості кисню в повітряної суміші. У цьому випадку, двигун працює на більш багатою робочої суміші, збільшуючи викиди монооксиду вуглецю і вуглеводнів, які не згоріли в циліндрі. Коли має місце надмірне зниження температури, двигун починає працювати на збідненої робочої суміші, збільшуючи в вихлопі вміст моно- і діоксиду азоту (згідно огляду "Підвищення економічності газового двигуна», журнал «Автомобільна промисловість США». 1985, №6, стр.29) .
Для протікання одного циклу енергетичні витрати відповідно до рівнянь (1) і (2) в сумі складають (4):
Зазначимо, що необхідні згідно (3) для розщеплення води 18 ккал з великим надлишком компенсуються під час конденсації пари гідратної води в резервуарі; тоді згідно (1) і (3) відповідно становлять (5):
ніж зумовлюється необхідність охолодження розчину кислоти в резервуарі 59, який насосом 49 прокачується через теплообмінник 50.
Для отримання 296,94 ккал тепла від вихлопних газів згідно (4) необхідно використовувати бензин в кількості (6):
де 10200 - теплотворна здатність бензину, ккал / кг;
0,55 - коефіцієнт виносу теплової енергії бензину з відпрацьованими газами;
0,9 - коефіцієнт теплопередачі в генераторі.
Отримані в циклі 6 г водню згідно (1) складають від 58,8 г використаного бензину (7):
що відповідає максимальної потреби, обумовленої п.2.3, тобто забезпечується досягнення 50% економії бензину, при одночасному 30-разовому зменшенні викиду монооксиду вуглецю з відпрацьованими газами в атмосферу.
Розглянутий спосіб дії екологічно безпечного ДВС засвідчує факт виведення процесу добування водню з води за кордону циклу Карно, з використанням теплової енергії і розщеплюють каталітичних енергоносіїв через замкнуті термохимические цикли. Такий напрям вирішення проблеми пошуку альтернативного нафтопродуктам палива визнано як перспективний промисловий метод абіотичне синтезу водню (згідно Легасов В.А. Проблеми розвитку хімії: прорив в майбутнє. - Москва, «Наука», 1987, стор.31).
Винахід не вимагає:
1. Суттєвих змін в конструкції теплового двигуна, який має місце при відомих розробках електромобілів, де електрична енергія, отримана при спалюванні водню, живить тягові електродвигуни (згідно огляду «Електромобілі». Журнал «Автомобільна промисловість США». 1977, березень. Стор.16 ).
2. Переоснащення сітки автозаправних станцій на водень, наприклад переоснащення тільки 30% таких станцій в штатах Каліфорнія, Нью-Йорк, Массачусетс буде коштувати державі приблизно 1,4 млрд. Доларів США (згідно огляду «Даймлер Крайслер» вийде в 21 століття на водневому паливі "Газета" Експрес "1999. №11 (97)).
3. Систематичної заміни або дозаправки каталитическими реагентами (крім дозаправки водою) при тривалій експлуатації, яка є обов'язковою при використанні відомих металлогідратних акумуляторів для добування водню.
4. Посилення захисних екологічних заходів при тривалому практичному використанні ДВС. Вперше енергетична установка транспортного засобу, при роботі, відводить надлишковий кисень в атмосферу, при забезпеченні 50% економії бензину з одночасним зменшенням в 30 разів викиду екологічно шкідливого монооксиду вуглецю з вихлопними газами двигуна. Використання винаходу в стаціонарних умовах (котельня ТЕЦ) - це можливість реалізації в майбутньому категорії викид - речовина - товар, де надлишковий кисень і вода від хімводоочищення, стають економічно вигідними і корисними для навколишнього середовища, зокрема для дозаправки водневих двигунів (згідно Колотило Д. М. Екологія і економіка. Київ, КЕНУ. 1999. стр.248-255).
Відсутність балонів зі стисненим воднем в автомобілі з точки зору техногенно-екологічної безпеки підвищує рівень існуючої безпечної експлуатації запропонованого пристрою в складі ДВС.
Знайдене напрямок розвитку хімічної енергетики, яке ефективно знижує руйнівний антропогенний вплив на геобіосферу, спирається на наявні недорогі мінеральні ресурси, зокрема: солі заліза, хлориди лужних і лужно-земельних металів. Отримані з них залізо, хлористий водень і їх похідні, можуть бути ефективно використані. Наприклад, тільки щорічні викиди хлористого водню в кількості 190 тонн Калушським концерном "Оріана", при їх використанні - це велика кількість утилізованого реагенту і створених водневих генераторів на автомобілях, адже одним генератором відповідно до рівняння (1) використовується всього 219 г хлористого водню.
ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
Спосіб дії екологічно безпечного двигуна внутрішнього згоряння з одночасним добуванням водню і кисню з води, де як розщеплює каталітичний енергоносій використовують хлор у складі хлоридів металів, валентність яких змінюється в міру проходження замкнутого термохімічного циклу з поверненням реагентів у вихідне положення в кінці циклу, крім води, кількість якої періодично поповнюється, що відрізняється тим, що процес термохімічних перетворень хлориду заліза-3 забезпечується утилізованої тепловою енергією від вихлопних газів, причому водень надходить в газовий редуктор і далі до водородопроводу і дозатора карбюратора двигуна, а кисень частково використовується для поліпшення роботи двигуна і надходить через кисневий дозатор з киснепроводів.
Пристрій екологічно безпечного двигуна внутрішнього згоряння, система харчування якого включає магістраль подачі перегрітої води до циліндрів через електромагнітний пом'якшувач при розміщенні випарника в порожнечі вихлопного колектора, що відрізняється тим, що система харчування включає генератор водню, ротор якого виконаний з функціональними камерами, автономний многоскоростной електропривод, корпус генератора водню і резервуар кислоти, при цьому корпус і резервуар кислоти насаджені на загальну вісь, в масиві якій розміщені канали з і до функціональних камерам, з каналами з і до резервуару кислоти, причому всі канали мають запобіжні клапани.
Версія для друку
Дата публікації 22.11.2006гг
Коментарі
Коментуючи, пам'ятайте про те, що зміст і тон Вашого повідомлення можуть зачіпати почуття реальних людей, проявляйте повагу та толерантність до своїх співрозмовників навіть у тому випадку, якщо Ви не поділяєте їхню думку, Ваша поведінка за умов свободи висловлювань та анонімності, наданих інтернетом, змінює не тільки віртуальний, але й реальний світ. Всі коменти приховані з індексу, спам контролюється.