Способ работы двигателя внутреннего сгорания с жидкостной системой охлаждения

 

Сущность изобретения заключается в следующем. Кислород получают в реакционном объеме путем смешивания твердого кислородоносителя и нагретой воды из жидкостной системы охлаждения с образованием газообразного кислорода и твердой фазы, последние вводят в контакт с отработавшими газами, отделяя и удаляя твердую фазу, а газовую смесь охлаждают оставшейся частью нагретой воды из системы охлаждения , причем подачу кислородоносителя и нагретой воды из системы охлаждения осуществляют дозированно в зависимости от концентрации кислорода в отработавших газах и нагрузки на двигатель двумя противоположно движущимися потоками. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я>s F 02 В 47/10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4891993/06 (46) 30,11.92. Бюл. N 44 (72) С.В,Балашов, В.В.Дыбок, А.Ф.Мусатов, В.А,Путятинский, А,А.Рябинин и А,С;Кабанов (56) Асада Т, и Масахи Н. Исследование замкнутого и полузамкнутого циклов дизельных двигателей. Асада — SAE, Technical Paper

Series, 1980, N 800964, с. 22-24.

Патент США N3702110,,кл. F 02 В

47/00, 1972, . Заявка Великобритании

¹ 1513958, кл. F 02 В 47/10, 1978. (54) СПОСОБ РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С ЖИДКОСТНОЙ

СИСТЕМОЙ ОХЛАЖДЕНИЯ

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, и может быть использовано при проектировании энергоустановок подводных аппаратов для работы в погруженном положении, а также аварийно-спасательных .средств в горнодобывающей промышленности и специальной.техники для проведения аварийно-восстановительных работ в условиях аномального состояния атмосферы или замкнутых объемов, Известен способ работы двигателя внутреннего сгорания. при котором его отработавшие газы (ОГ) охлаждают путем контакта с жидким хладагентом для конденсации паров воды, очищают от двуокиси углерода раствором абсорбента, обогащают кислородом и подают на впуск (в камеру сгорания) двигателя для сжигания топлива. Для реализации способа запасается абсорбент и газообразный кислород.

„„ ÄÄ 1778333 А1 (57) Сущность изобретения заключается в следующем; Кислород получают в реакционном обьеме путем смешивания твердого кислородоносителя и нагретой воды из жид- . костной системы охлаждения с образованием газообразного кислорода и твердой фазы, последние вводят в контакт с отработавшими газами, отделяя и удаляя твердую фазу. а газовую смесь охлаждают оставшейся частью йагретой воды из системы охлаждения, причем подачу кислородоносителя и нагретой воды иэ системы охлаждения осуществляют дозированно в зависимости от концентрации кислорода в отработавших газах и нагрузки на двигатель двумя противоположно движущимися потоками. 1 ил.

Недостатками способа являются большие габариты вспомогательных систем для его реализации, сложность и, вследствие этого, низкая надежность системы управления процессами, повышенная взрыво- и пожароопаснасть.

Известен способ работы двигателя внутреннего сгорания, по которому ОГ двигателя охлаждают неконтактным способом в рекуперативном теплообменнике с целью конденсации водяных паров и вводят в контакт с твердым кислородоносителем для поглощения двуокиси углерода и выделения кислорода для пополнения ОГ перед подачей в двигатель для получения искусственной газовой смеси .(ИГС). Регулирование концентрации кислорода в ИГСосуществляют изменением количества ОГ, вводимых в контакт с кислородоносителем, по сигналу о концентрации кислорода на впускедвигателя.

1778333

Недостатками способа являются его низкая надежность вследствие невозможности качественного управления процессом получения кислорода из твердого кислородоносителя в переходных режимах ввиду большой инерционности газового тракта и анализатора кислорода, а также повышенная вэрыво- и пожароопасность вследствие возможности работы двигателя на ИГС с пониженными концентрациями кислорода при набросах нагрузки и повышенными— при его сбросах.

Известен также способ работы двигателя внутреннего сгорания с системой рециркуляции выхлопных газов, принятый авторами эа прототип, по которому отработавшие газы охлаждаются и как минимум . часть отработавших газов двигателя направляется в компрессор для сжатия, последующего охлаждения в холодильнике и .удаления из их состава СОг в жидкой фазе в сепараторе, Отработавшие газы. свободные от С02. смешивают с испарившимся иэ емкости кислородом и подают в контрольный клапан и далее смешивают с остальными отработавшими газами, подогревают в . подогревателе и подают во впускной коллектор ДВС, Углеводородное топливо подают в двигатель иэ емкости через расходомер, который выдает сигнал, соот- ветствующий расходу топлива, на контроллер. На последний поступает также сигнал с датчика, соответствующий содержанию кислорода в газовой смеси. Контроллер регулирует расход кислорода в соответствии с расходом топлива, K недостаткам способа следует отнести следующее.

Низкая эффективность способа в результате получения газообразного кислорода путем его испарения из жидкого состояния, требующего значительных затрат энергии на охлаждение запасов сниженного кислорода, наличие утечек при хранении, возможность воспламенения в помещении хранения при достижении в нем повышенных концентраций кислорода, а также охлаждение газовой смеси после смешения с кислородом; низкая эффективность, способа в результате затрат энергии на обработку как минимум части отработавших газов, обусловленную сжатием ее в компрессоре с последующим охлаждением и удалением C0g. из системы; низкая эффективность способа вследствие невозможности качественного управления процессом получения газообразного кислорода иэсжиженного состояния в переходных режимах . ввиду большой инерционности резервуара с запасом жидкого кислорода и необходигазовой смеси, 10

15 темы охлаждения с образованием

35

55

50 мости ресивера газообразного кислорода повышенной емкости с целью сглаживания пульсаций давления в нем; отсутствие быстродействующего датчика аналиэатора кислорода снижает эффективность способа вследствие возможных значительных отклонений от нормы концентрации кислорода в

Целью изобретения является повышение эффективности способа.

Поставленная цель достигается тем, что кислород получают в реакционном объеме путем смешивания твердого кислородоносителя и нагретой воды из жидкостной сисгазообразного кислорода и твердой фазы, последние вводят в контакт с отработавшими газами, отделяя и удаляя твердую фазу, а газовую смесь охлаждают оставшейся частью нагретой воды из системы охлаждения, причем подачу кислородоносителя и нагретой воды из системы охлаждения осуществляют дозированно в зависимости от концентрации кислорода в отработавших газах и нагрузки на двигатель двумя противоположно движущимися потоками, Сущность предлагаемого способа заключается в следующем.

Для получения газообразного кислорода твердый кислородоноситель разлагают в реакционном объеме гидролитическим способом, используя для этого часть потока воды, охлаждающей двигатель. Воду в реакционный объем подают равномерно распределенными восходящими потоками в количестве, обеспечивающем полное разложение необходимого для данной нагрузки количества кислородоносителя по стехиометрическому уравнению и удаление продуктов реакции нисходящими потоками под действием образующегося в реакционном объеме давления кислорода и сил гравитации, а твердый кислородоноситель (TKH)— нисходящим потоком под действием сил гравитации по мере его расходования. Образовавшиеся твердые и газообразные продукты реакции по мере удаления иэ реакционного объема вводят в контакт с высокотемпературными ОГ двигателями, химически связывая при этом двуокись углерода и, частично поглощая, содержащуюся в продуктах сгорания влагу. Затем от ОГ отделяют твердую фазу, а газовую фазу, включающую кислород, наполнитель ИГС и оставшийся водяной пар, охлаждают контактным способом оставшейся частью потока охлаждающей двигатель воды, понижая температуру газовой смеси до заданного значения и конденсируя содержащуюся в ней влагу. После этого газовую смесь под1778333

55 ают на впуск двигателя, а отработавшую воду и конденсат возвращают в систему охлаждения. Расход воды на разложение ТКН корректируют дополнительно по концентрации кислорода в ОГ после дизеля.

Применительно к конкретному виду

ТКН, например надпероксиду калия (K02), реакции получения газообразного кислорода и химического связывания двуокиси углерода реализуются по следующим стехиометрическим уравнениям;

2 К02 + H20 = 2 КОН + 3/2 02, (1)

2 КОН+ С02= К2СОЗ ПН20+ Hz0. (2)

На чертеже показана установка, реализующая предлагаемый способ.

Установка включает двигатель 1 с электрогенератором 2, выпускной коллектор 3, смеситель 4, выходной патрубак 5 реактора бс присоединены к последнему бункером 7, сепаратор 8, трубопровод 9 удаления твердой фазы. бункер 10 для сбора твердой фазы, трубопровод 11 искусственной газовой смеси, контактный охладитель 12, форсунку

13, циркуляционный насос 14 воды внутреннего контура охлаждения двигателя, охладитель 15 воды внутреннего контура, трубопровод 16 подвода охлажденной воды в двигатель. трубопровод 17 подвода воды к реактору, регулятор расхода воды 18, датчик нагрузки 19, датчик анализатора кислорода 20, топливный бак 21 с трубопроводом

22 подвода топлива к двигателю.

Установка работает с использованием

КО2 следующим образом.

Отработавшие газы двигателя 1, работающего с определенной нагрузкой, измеряемой датчиком нагрузки 19 на электрагенераторе 2, направляются по выпускному коллектору 3 к одному из входов смесителя 4. К второму входу смесителя 4 через трубопровод 5 иэ реактора 6 направляется смесь газообразного кислорода и твердой фазы (щелочи). Количество кислорода и щелочи определяется величиной нагрузки на двигатель 1 и корректируется датчиком анализатора кислорода 20 в отработавших газах двигателя 1 и регулируется количеством воды, поступившей в реактор 6 через регулятор расхода воды 18. Твердый кислородоноситель иэ бункера 7 поступает в реактор 6 под действием сил гравитации по мере расходования его в реакторе 6. Продукты разложения ТКН, имеющие температуру свыше 100 С, вводятся в ускоренный до 120 м/с поток горячих (150...550 С) отработавших газов. В результате смешивания образуется развитая поверхность контакта фаз и осуществляется в соответствии с уравнением (2) поглощение углекислого газа и других продуктов сгорания из состава отработавших газов, а также, частично, и паров воды. В сепараторе 8 происходит отделение и удаление в бункер 10 твердой фазы от искусственной газовой смеси, обогащенной в смесителе 4 кислородом. После этого ИГС в контактном охладителе 12 охлаждается до требуемой температуры основным потоком воды через форсунку 13 из системы охлаждения и забирается на всасывание двигателя. Нагретая вода из контактного охладителя 12 забирается циркуляцианным насосом 14, кинематически связанным с коленчатым валом двигателя, и направляется в систему охлаждения двигателя. Нагретая вдвигателе вода направляется потрубапроводу 16 через охладитель 15 к контактному охладителю 12, а оставшаяся часть воды направляется по трубопроводу 17 к регулятору расхода воды 18 и далее к реактору 6.

Согласно уравнениям (1) и (2) в результате химических реакций и с учетом воды, образующейся при сжигании органического топлива, подаваемого в двигатель иэ топливного бака 21 по трубопроводу 22, воды в газовом контуре образуется несколько больше, чем расходуется на разложение

ТКН в реакторе 6. Избыток воды удаляется в бункер 10 в виде кристаллогидратов К2СОз и Н20, Таким образом, B газовом и жидкостном контурах сохраняется материальный баланс, обеспечивающий устойчивость и эффективность работы двигателя. Повышение эффективности способа достигается также в результате получения газообразного кислорода из твердых кислородоносителей, обладающих малой инерционностью при смешивании их с горячей водой; отделения и удаления С02 в химически связанном виде, требующем значительно меньших затрат энергии; регулируемого водой в зависимости от нагрузки процесса разло>кения ТКН с коррекцией ее расхода по концентрации кислорода в отработавших газах двигателя.

Формула изобретения

Способ работы двигателя внутреннего сгорания с жидкостной системой охлаждения путем впуска в цилиндр свежего заряда, состоящего из топлива и искусственной газовой смеси, содержащей кислород, сжатия, сгорания и выпуска из цилиндра отработавших газов, причем искусственную газовую смесь получают очисткой от углекислого газа и водяных паров отработавших газов и их обогащения кислородом, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения эффективности, кислород получают в реакционном объеме путем смешивания твердо1778333

Составитель С,Балащов

Техред М.Моргентал Корректор t Э.Лончакова

Редактор

Заказ 4173 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 1Q1 го кислородоносителя и нагретой воды из жидкостной системы охлаждения с образованием газообразного кислорода и твердой фазы, последние вводят в контакт с отработавшими газами, отделяя и удаляя твердую фазу. а газовую смесь охлаждают оставшейся частью нагретой воды из системы охлаждения, причем подачу кислородоносителя и нагретой воды из системы охлаждения осуществляют дозированно в

-зависимости от. концентрации кислорода в

5 отработавших газах и нагрузки на двигатель двумя противоположно движущимися потоками..