Способ интенсификации работы горелок и двигателей внутреннего сгорания
Владельцы патента RU 2426906:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)" (RU)
Изобретение относится к области энергетики. Способ интенсификации работы горелок и двигателей внутреннего сгорания заключается в изменении физических свойств используемого в них топлива перед сгоранием, отличающийся тем, что уменьшают радиусы капель при разбрызгивании топлива за счет инжекции в него электронов путем холодной эмиссии через барьер Шоттки с удалением образовавшегося пространственного заряда потоком движущегося топлива. Изобретение предназначено для увеличения КПД и уменьшения вредных выбросов горелок и двигателей внутреннего сгорания. Оно может быть использовано для экономии топлива и улучшения экологических показателей энергетических установок.
Изобретение предназначается для увеличения коэффициента полезного действия (КПД) и уменьшения вредных выбросов горелок и двигателей с жидким топливом и может быть использовано в энергетике для экономии топлива и улучшения экологических показателей энергетических установок.
Известен способ интенсификации работы энергетических установок, заключающийся в изменении физических свойств топлива перед сгоранием, состоящем в увеличении температуры топлива перед поступлением в горелку.
Положительный эффект заключается в повышении КПД (Пат. RU 2293253 С1, БИ №4, 10.02.2007).
Недостаток способа в том, что он предназначен только для горелок и требует затрат тепловой энергии.
Наиболее близким к заявленному является способ интенсификации работы двигателей внутреннего сгорания, заключающийся в изменении физических свойств топлива перед сгоранием, состоящем в увеличении октанового числа топлива перед сгоранием путем пропускания через него озона.
Положительный эффект заключается в повышении коэффициента полезного действия при увеличении степени сжатия (Заявка на изобретение RU 95102440/25 от 27.02.99).
Недостаток способа в том, что он неприменим в горелках и требует затрат озона.
Задачей предлагаемого технического решения является повышение эффективности работы как горелок, так и двигателей внутреннего сгорания, а также экологичности способа.
Поставленная задача достигается тем, что в способе интенсификации работы горелок и двигателей внутреннего сгорания, заключающемся в изменении перед сгоранием физических свойств используемого в них топлива, согласно изобретению уменьшают радиусы капель при разбрызгивании топлива за счет инжекции в него электронов путем холодной эмиссии через барьер Шоттки с удалением образовавшегося пространственного заряда потоком движущегося топлива.
Повышение эффективности работы горелок и двигателей при уменьшении радиуса капель при разбрызгивании в разбрызгивающем устройстве вызвано тем, что уменьшение радиуса капель при разбрызгивании увеличивает удельную поверхность топлива. Это увеличивает скорость и полноту сгорания, что приводит к увеличению температуры горения Т. Увеличение Т увеличивает КПД: т
где η - КПД;
Т1 - температура горения;
Т - температура выхлопных газов (Савельев И.В. Общий курс физики, ч.I, стр.347).
Уменьшается также количество сажи и окиси углерода СО в отходящих газах, т.к. и углерод (сажа) и СО с ростом Т соединяются с кислородом и переходят в углекислый газ СО2.
Уменьшать радиусы капель при разбрызгивании топлива предлагается за счет инжекции в него электронов.
Уменьшение радиуса капель при разбрызгивании топлива при инжекции в него электронов вызвано уменьшением коэффициента поверхностного натяжения топлива. Коэффициент поверхностного натяжения α - свободная энергия единицы поверхности жидкости.
Если жидкость не заряжена, он равен α0 и не зависит от радиуса капли.
Если жидкость имеет объемную плотность заряда ρ, то образовавшаяся в ней капля радиусом r имеет заряд
и приобретает дополнительную кулоновскую энергию
где ε0=8,85·1012 Ф/м - электрическая постоянная.
В результате коэффициент поверхностного натяжения у капли радиусом r уменьшается на
и становится зависимым от радиуса капли
С уменьшением r энергия поверхностного натяжения уменьшается, поэтому энергетически выгодным становится деление капель. Равновесный радиус соответствует условию α=0
то есть он уменьшается с увеличением ρ.
Для инжекции электронов в топливо предлагается использовать холодную эмиссию из материала трубопровода. Для предотвращения обратного ухода электронов из топлива в трубопровод предлагается создание на поверхности трубопровода барьера Шоттки путем его покрытия веществом с малой работой выхода электронов.
При эмиссии электронов у поверхности трубопровода образуется пространственный заряд, препятствующий выходу других электронов. Этот заряд удаляется (смывается) движением топлива по трубопроводу.
Примеры осуществления способа
1. Способ проверялся на главном судовом дизеле 64РН36/45 теплохода, совершающего регулярные рейсы. Регистрация параметров работы дизеля (двигателя внутреннего сгорания) проводилась с помощью штатных приборов, расположенных на пульте управления силовыми установками теплохода. Измерялся расход топлива и состав отработавших газов.
Изменение коэффициента полезного действия (КПД) определялось по изменению расхода топлива на фиксированном участке пути.
Инжекция электронов в топливе перед его поступлением в дизель осуществлялась при помощи автоэлектронной эмиссии через барьер Шоттки с удалением электронов движением топлива.
Результаты испытаний показали, что применение предлагаемого способа привело к увеличению КПД (экономии топлива) на 4% и уменьшению содержания сажи и СО в выхлопных газах на 5%.
2. Способ проверялся на горелках парового котла ДКВР - 10/13 в котельной Себежского ЦБК, где применение предлагаемого способа также привело к экономии топлива (мазута) и уменьшению количества сажи и СО.
Таким образом, заявляемый способ позволяет увеличить эффективность работы горелок и двигателей внутреннего сгорания, КПД которых в результате применения способа увеличивается на 4%, а выделение сажи и СО уменьшается на 5%.
Способ интенсификации работы горелок и двигателей внутреннего сгорания, заключающийся в изменении физических свойств используемого в них топлива перед сгоранием, отличающийся тем, что уменьшают радиусы капель при разбрызгивании топлива за счет инжекции в него электронов путем холодной эмиссии через барьер Шоттки с удалением образовавшегося пространственного заряда потоком движущегося топлива.
