Система приготовления водотопливной эмульсии для двигателя внутреннего сгорания

Авторы патента:

B01F3/08 - жидкостей с жидкостями; эмульгирование

Владельцы патента RU 2465952:

Абинаев Ренат Кайдарович (RU)
Баканов Анатолий Георгиевич (RU)
Тихонова Елена Львовна (RU)

Изобретение относится к ресурсо- и природосберегающим топливным системам питания транспортных средств или энергетического оборудования, которые монтируются в штатной системе питания двигателя внутреннего сгорания транспортного средства и позволяют получать безэмульгаторные водо-топливные эмульсии (ВТЭ). Система включает дозатор-смеситель жидкого топлива и воды, диспергатор водо-топливной смеси (ВТС), контур подачи жидкого топлива, контур подачи воды, контур подачи ВТС, контур выдачи ВТЭ в магистраль насоса ДВС и сброса ВТЭ. Насос контура подачи воды выполнен струйным с использованием в качестве эжектируемой среды ВТС и размещением камеры в дополнительной ветви контура ВТС, сообщающейся с камерой смешивания дозатора-смесителя. Регулятор давления подачи воды выполнен в виде гидравлического исполнительного механизма, соединенного с магистралью насоса высокого давления ДВС и обеспечивающего подачу воды в струйный насос с давлением, обратно пропорциональным величине давления в магистрали насоса высокого давления. Контур подачи жидкого топлива дополнительно снабжен клапаном переключения. Технический результат состоит в упрощении конструкции и снижении эксплуатационных затрат на повышение плотности и равномерности распределения дисперсной фазы воды в ВТЭ. 1 ил.

Одно из направлений расширения возможностей использования водо-топливной эмульсии (ВТЭ) в качестве топлива для ДВС в целях повышения экономичности и снижения вредных видимых и невидимых выбросов в атмосферу связано с приготовлением ВТЭ непосредственно на транспортном средстве во время использования, получая при этом ВТЭ без эмульгирующих добавок. Эмульсия типа «вода в топливе», приготовленная без эмульгирующих добавок, является более экономичной с точки зрения стоимости и расхода и снижает загрязнение окружающей среды.

Несмотря на преимущества ВТЭ без эмульгирующих добавок ее приготовление непосредственно на транспортном средстве влечет за собой многочисленные проблемы и недостатки существующих топливных систем.

К их числу относятся, в частности, трудности, связанные с проблемами перехода от функционирования ДВС на ВТЭ к «чистому» топливу и обратно. Одно из известных решений этой проблемы заключается в том, что устройство питания ДВС содержит трубопровод питания жидким топливом, который образует контур питания и содержит входной трубопровод жидкого топлива, средства обработки и обеспечения циркуляции этого жидкого топлива, а также трубопровод введения воды в жидкое топливо. При этом точка присоединения трубопровода введения воды к трубопроводу питания жидким топливом расположена непосредственно на входе части этого трубопровода питания, а клапан перекрытия, выполненный с возможностью перекрытия трубопровода питания жидким топливом, расположен непосредственно за частью трубопровода питания жидким топливом. Точка присоединения трубопровода введения присадочной жидкости к трубопроводу питания жидким топливом представляет собой смеситель воды и жидкого топлива, который выполнен таким образом, что капельки присадочной жидкости имеют размеры, не превышающие 0,5 мм (описание к патенту RU 2172422 МПК⁷ F02M 25/00, опубликовано 2001.08.20).

Малое расстояние, предусмотренное между местом введения воды и магистралью питания насосов высокого давления в известном устройстве, приводит к отсутствию циркуляции водо-топливной смеси в контуре топливной системы, введению воды в грубых пропорциях и образованию неустойчивой или нестабильной ВТЭ.

Последнее является другой проблемой приготовления ВТЭ без эмульгирующих добавок.

Один из известных подходов решения этой проблемы предполагает наличие нескольких циркуляционных контуров и многократную циркуляцию ВТС в процессе приготовления ВТЭ перед подачей к насосу высокого давления ДВС (описание к патенту RU 2288776, В01F 3/08 (2006/01), опубликовано 2006.12.10).

Известное устройство обеспечивает безэмульгаторное приготовление водо-топливной эмульсии с одновременным обеспечением всережимности установки и постоянного содержания воды в эмульсии на частичных режимах потребления.

Недостаток известного устройства состоит в необходимости остановки работы ДВС при нештатных аварийных ситуациях отказа в системе приготовления ВТЭ вследствие невозможности перехода к штатной системе питания «чистого» топлива.

Известна система приготовления ВТЭ для ДВС, принятая в качестве ближайшего аналога (описание к патенту RU 2381826 В01F 3/08 (2006/01), опубликовано 2006.02.20), в которой проблема физико-химической стабильности ВТЭ без эмульгирующих добавок решается поддержанием оптимального давления в системе, совершенствованием функциональных узлов смешивания и диспергирования водной фазы в «чистом» топливе, а также многократной циркуляцией ВТС в контуре сброса излишков ВТЭ перед подачей к насосу высокого давления ДВС.

Совершенствование функциональных узлов в известной системе достигается, в частности, усложнением конструкции диспергатора с привлечением дополнительных энергетических ресурсов для привода, что влечет усложнение и повышение стоимости устройства

Задача, решаемая изобретением - создание простого в изготовлении и надежного в эксплуатации оборудования для приготовления двухкомпонентной стойкой эмульсии типа «вода в топливе» во время использования, которое монтируется на транспортном средстве в штатной топливной системе питания ДВС.

Получение стойкой ВТЭ в известной системе достигается усложнением конструкции диспергатора с привлечением дополнительных энергетических ресурсов в виде привода.

Задача изобретения - создание надежной системы приготовления стабильной ВТЭ в условиях непрерывного функционирования ДВС при смене режима питания ВТЭ на «чистое» топливо и наоборот.

Технический результат состоит в упрощении конструкции и снижении эксплуатационных затрат на повышение плотности и равномерности распределения дисперсной фазы воды в ВТЭ.

Технический результат достигается тем, что в системе приготовления ВТЭ для ДВС, включающей дозатор-смеситель топлива и воды, диспергатор ВТС, контур подачи жидкого топлива с регулятором давления и клапаном переключения подачи жидкого топлива на ветви подвода в камеру смешивания дозатора-смесителя и трубопровод выдачи ВТЭ для присоединения к магистрали насоса высокого давления ДВС, контур подачи воды с обратным клапаном, клапаном пульсирующей подачи и насосом, контур подачи ВТС с насосом и контур выдачи ВТЭ в магистраль насоса высокого давления с редукционным клапаном в циркуляционной ветви сброса ВТЭ, насос контура подачи воды выполнен струйным с использованием в качестве эжектируемой среды ВТС и размещением камеры в дополнительной ветви контура ВТС, сообщающейся с камерой смешивания дозатора-смесителя, а регулятор давления подачи воды выполнен в виде гидравлического исполнительного механизма, соединенного с магистралью насоса высокого давления ДВС и обеспечивающего подачу воды в струйный насос с давлением, обратно пропорциональным величине давления в магистрали насоса высокого давления, при этом клапан переключения подачи жидкого топлива выполнен в виде гидроклапана, соединенного с контуром подачи ВТС и редукционным клапаном циркуляционной ветви сброса ВТЭ, которая сообщается с камерой смешивания дозатора-смесителя.

На чертеже представлена блок-схема системы приготовления ВТЭ в штатной системе ДВС.

Система включает дозатор-смеситель 1 жидкого топлива и воды, диспергатор 2, действующий, например, на основе гидродинамического воздействия на ВТС, контур подачи жидкого топлива 3, контур подачи воды 4, контур подачи ВТС 5 и контур сброса ВТЭ 6.

Контур подачи жидкого топлива 3 снабжен регулятором давления 7, обратным клапаном 8 и клапаном 9 переключения подачи жидкого топлива на ветви подвода в камеру смешивания (не показана) дозатора-смесителя 1 и трубопровод 10 для присоединения к управляющему редукционному клапану 11 контура сброса ВТЭ 6. Регулятор давления 7 может быть выполнен в виде редукционного или клапана постоянного давления, обеспечивая поддержание постоянного давления в системе для стабильной работы и постоянства характеристик функциональных узлов. Клапан 9 выполнен в виде гидроклапана и дополнительно соединен с контуром подачи ВТС 5, обеспечивая автоматическое переключение режима работы ДВС с ВТЭ на жидкое топливо и наоборот.

Контур подачи воды 4 снабжен установленными последовательно на отводящем трубопроводе емкостью 12 с водой, обратным клапаном 13, регулятором давления 14 подачи воды и струйным насосом 15. Емкость 12 может быть выполнена из эластичного материала и снабжена фильтром и датчиками состояния воды (не показаны).

Регулятор давления 14 подачи воды выполнен в виде гидравлического исполнительного механизма, соединенного с магистралью 16 насоса высокого давления ДВС и обеспечивающего подачу воды в струйный насос 15 с давлением, обратно пропорциональным величине давления в магистрали 16.

Камера струйного насоса 15 размещена в дополнительной ветви контура 5 подачи ВТС, образующей замкнутый циркуляционный контур 17, сообщающийся с камерой смешивания дозатора-смесителя 1. Циркуляционный контур 17 снабжен электронасосом 18, размещенным со стороны выходного патрубка дозатора-смесителя 1.

Трубопровод выдачи ВТЭ из диспергатора 2 присоединен к магистрали 16 насоса высокого давления ДВС и контуру сброса ВТЭ 6. Контур сброса ВТЭ 6 снабжен управляющим редукционным клапаном 11, отводящая ветвь которого сообщается с камерой смешивания дозатора-смесителя 1. Управляющий редукционный клапан 11 обеспечивает формирование и поддержание заданного алгоритма изменения величины давления в магистрали 16 от объема подаваемой ВТЭ к насосу высокого давления ДВС.

Принцип работы системы безэмульгаторного приготовления ВТЭ в штатной системе питания ДВС на транспортном средстве.

Дизельное топливо из бака подается топливоподкачивающим насосом через фильтр тонкой очистки (не показаны), клапан постоянного давления 7 и топливный обратный клапан 8 в дозатор-смеситель 1.

Сюда же струйным насосом 15 подается необходимое количество воды, которое дозируется гидравлическим исполнительным механизмом 14.

Вода подается из водяной емкости 12 разряжением, создаваемым струйным насосом 15, через водяной фильтр (не показан), водяной обратный клапан 13 и электромагнитный клапан пульсирующей подачи (не показан).

В дозатор-смеситель 1 так же возвращаются излишки ВТЭ или, в зависимости от режима работы, чистого дизельного топлива из топливного насоса высокого давления и топливных форсунок.

Электробензонасос 18 забирает из дозатора-смесителя 1 ВТС и под определенным давлением подает в диспергатор 2 для гомогенизации и образования ВТЭ.

Одновременно это же давление закрывает гидроклапан 9, обеспечивая работу узлов системы в заданном режиме.

Часть смеси, прокачиваемой электробензонасосом 18, используется для работы струйного насоса 15 для подачи воды в дозатор-смеситель 1. Высоконапорной струей является часть ВТС контура 5.

Образовавшаяся в диспергаторе ВТЭ под заданным давлением, которое обеспечивает управляющий редукционный клапан 11, подается к насосу высокого давления для работы ДВС.

Под этим давлением работает и гидравлический исполнительный механизм 14 контура подачи воды 4, обеспечивая необходимое содержание воды в ВТЭ.

При аварийном отказе электробензонасоса 18 срабатывает гидроклапан 9, обеспечивая подачу дизельного топлива в топливный насос высокого давления напрямую, минуя узлы контуров 4, 5 системы.

Система приготовления водотопливной эмульсии (ВТЭ) для двигателя внутреннего сгорания (ДВС), включающая дозатор-смеситель жидкого топлива и воды, диспергатор водотопливной смеси (ВТС), контур подачи жидкого топлива с регулятором давления и клапаном переключения подачи жидкого топлива на ветви подвода в камеру смешивания дозатора-смесителя и трубопровод выдачи ВТЭ для присоединения к магистрали насоса высокого давления ДВС, контур подачи воды с обратным клапаном, клапаном пульсирующей подачи и насосом, контур подачи ВТС с насосом и контур выдачи ВТЭ в магистраль насоса высокого давления с редукционным клапаном в циркуляционной ветви сброса ВТЭ, отличающаяся тем, что насос контура подачи воды выполнен струйным с использованием в качестве эжектируемой среды ВТС и размещением камеры в дополнительной ветви контура ВТС, сообщающейся с камерой смешивания дозатора-смесителя, а регулятор давления подачи воды выполнен в виде гидравлического исполнительного механизма, соединенного с магистралью насоса высокого давления ДВС и обеспечивающего подачу воды в струйный насос с давлением, обратно пропорциональным величине давления в магистрали насоса высокого давления, при этом клапан переключения подачи жидкого топлива выполнен в виде гидроклапана, соединенного с контуром подачи ВТС и редукционным клапаном циркуляционной ветви сброса ВТЭ, которая сообщается с камерой смешивания дозатора-смесителя.

Изобретение относится к технике физико-химических превращений текучих сред и может использоваться в химических, пищевых, фармацевтических технологиях, а также для получения эмульсий, состоящих из трудно смешиваемых компонентов.

Способ очистки сточных вод // 2454371

Изобретение относится к регенеративным способам очистки сточных вод рыбообрабатывающих предприятий. .

Эмульгатор для получения эмульсии типа "масло в воде" и "вода в масле" // 2453362

Устройство приготовления высокодисперсных водотопливных эмульсий вращающимся в противоположных направлениях магнитным полем в двух рабочих зонах с наружными электромагнитными индукторами // 2446867

Изобретение относится к устройствам для получения водотопливных эмульсий и может использоваться в энергетической, нефтегазодобывающей, металлургической, химической, автомобильной и других областях промышленности, в частности, при сжигании топлива в котельных, котлах ТЭЦ, ТЭС, котлах цехов металлургических заводов.

Установка для эмульгирования и экстракции // 2445151

Изобретение относится к технологическим процессам, связанным с обработкой материалов, и может быть использовано для интенсификации процессов массообмена при тонкодисперсном измельчении и экстракции сырья и при получении микроэмульсий и наноэмульсий.

Агрегат для получения эмульсий // 2441694

Роторный гидродинамический кавитационный аппарат для обработки жидких сред (варианты) // 2438769

Способ приготовления наноэмульсий вода в масле и масло в воде // 2422192

Изобретение относится к способу приготовления наноэмульсий вода в масле или масло в воде, в котором дисперсная фаза распределена в дисперсионной фазе в виде капель, имеющих диаметр от 1 до 500 нм, включающему: 1) приготовление гомогенной смеси (1) вода/масло, характеризующейся поверхностным натяжением менее 1 мН/м, включающей воду в количестве от 30 до 70 масс.%, по меньшей мере два поверхностно-активных вещества с различным ГЛБ, выбираемыми из неионных, анионных, полимерных поверхностно-активных веществ, причем указанные поверхностно-активные вещества присутствуют в таком количестве, чтобы сделать смесь гомогенной; 2) разбавление смеси (1) в дисперсионной фазе, состоящей из масла или воды с добавлением поверхностно-активного вещества, выбираемого из неионных, анионных, полимерных поверхностно-активных веществ, причем количество дисперсионной фазы и поверхностно-активного вещества является таким, чтобы получить наноэмульсию с ГЛБ, отличающимся от ГЛБ смеси (1).

Эмульсия перфторорганических соединений медицинского назначения, способ ее приготовления и способ ее применения // 2393849

Система для приготовления и подачи водно-топливной эмульсии в двигатель внутреннего сгорания // 2390649

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к топливной аппаратуре двигателей внутреннего сгорания. .

Способ обводнения реактивного топлива, применяемого в летных испытаниях на обледенение топливной системы летательного аппарата // 2467325

Изобретение относится к приготовлению реактивного топлива с заданным содержанием воды для летных сертификационных испытаний на обледенение топливной системы летательных аппаратов

Установка получения водотопливной эмульсии // 2472028

Изобретение относится к технике приготовления эмульсии, которая может быть использована в качестве альтернативного топлива в двигателях внутреннего сгорания

Способ создания водотопливной эмульсии // 2488432

Изобретение относится к области приготовления эмульсий и может использоваться при производстве водотопливных эмульсий для двигателей и горелок, а также для создания коллоидных растворов в других областях техники: в химической промышленности, в строительстве, в сельском хозяйстве, в медицине при эмульгировании жидкостей с тяжелой и легкой фракцией, в том числе и для их стерилизации и обеззараживания

Мелкодисперсная эмульсия на основе воды и водонерастворимых веществ и способ ее получения // 2489202

Изобретение относится к способу получения устойчивых во времени мелкодисперсных водо-углеводородных эмульсий для экологически безопасных топливных присадок и битумного вяжущего в дорожном строительстве из воды и углеводородных составляющих, предварительно очищенных от механических примесей

Способ осуществления физико-химических превращений жидкофазных сред // 2490057

Изобретение относится к технике физико-химических процессов, включая проведение реакций, приготовление растворов, эмульсий, может быть использовано в качестве стенда в научно-исследовательских работах и в промышленных технологиях

Устройство для гидродинамического эмульгирования жидкого топлива // 2498158

Изобретение относится к области энергетики. Устройство для гидродинамического эмульгирования жидкого топлива содержит гидродинамический кавитационный аппарат, выполненный как тангенциально-осевой вихревой эмульгатор, состоящий из трубопровода обрабатываемых жидких топлив, трубопровода добавляемой жидкости - чистой, замазученной или замасленной воды, отработавших масел, горючих жидких отходов, присадок, цилиндрического корпуса эмульгатора с верхней и средней кольцевыми полостями и внутренней полостью, кавитационной зоной; верхняя и средняя кольцевые полости связаны тангенциально установленными соплами с внутренней полостью корпуса эмульгатора, обеспечивающими, соответственно, тангенциальный подвод в нее жидких топлив и добавляемой жидкости, трубопровод добавляемой жидкости соединен осевым патрубком с внутренней полостью корпуса эмульгатора, с возможностью подачи в его центральную осевую часть добавляемой жидкости; трубопровод добавляемой жидкости снабжен регулирующим вентилем с возможностью регулирования в эмульгированном топливе процентного соотношения обрабатываемого жидкого топлива и добавляемой жидкости. Задача изобретения - повышение эффективности эмульгирования жидкого топлива с целью улучшения процесса его сгорания, утилизация замазученных и замасленных вод, подмешивание к топливу отработавших масел и других горючих жидких отходов и уменьшение концентрации вредных веществ в отходящих газах. 2 ил.

Устройство для приготовления водотопливной эмульсии // 2498846

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано для приготовления водотопливных эмульсий для котельных промышленных предприятий, судовых энергетических установок (главных двигателей, газотурбинных, вспомогательных котлов). Устройство содержит топливную накопительную цистерну, эмульгатор, трубопроводы, соединяющие эмульгатор и цистерну. Эмульгатор выполнен с двумя приемными патрубками, в накопительной цистерне на переднем днище установлены два приемных трубопровода, соединенных с приемными патрубками эмульгатора, один приемный трубопровод установлен внутрь цистерны на 1/3 длины цистерны, а второй - внутрь цистерны на 2/3 длины цистерны. Напорный патрубок эмульгатора соединен с верхней частью цистерны у заднего днища. На линии приемных трубопроводов перед эмульгатором установлены фильтры. В качестве эмульгатора установлен роторный смеситель-диспергатор. Технический результат состоит в уменьшении энергозатрат и времени для приготовления эмульсии. 2 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

Эмульсер // 2502549

Изобретение относится к пищевой промышленности, в частности к получению смесей из многокомпонентных смесей с добавлением жидких ингредиентов. В верхней части прямоугольного корпуса установлены два наклонных подающих лотка, нижняя плоскость которых обогревается горячей водой. Под лотками в двух противоположных боковых стенках корпуса установлены распылительные форсунки для подачи жидких компонентов. Прямоугольный корпус вертикально установлен на смеситель, имеющий корытообразную форму. Смеситель содержит две последовательно расположенные камеры, причем первая камера находится под цилиндрическим прямоугольным корпусом, а вторая - в конусообразной части, выходящей за пределы корпуса. Внутри смесителя коаксиально расположены быстроходный и тихоходный валы, причем тихоходный вал расположен внутри быстроходного и проходит через две камеры, а быстроходный вал - только через первую камеру. Конусообразная часть смесителя имеет двутельный корпус с патрубками для подвода и отвода холодной воды. На быстроходном валу смесителя закреплены две ленточные спирали разного диаметра с противоположной навивкой и нагнетающий шнек. На тихоходном валу смонтирован конусообразный нагнетающий шнек переменного шага и диаметра. Технический результат состоит в повышении однородности и гомогенности эмульсии. 2 ил.

Установка для приготовления топливных смесей // 2519466

Изобретение предназначено для приготовления топливных смесей. Установка содержит источники нефтепродукта и воды, парогенератор, насосы, паропроводы, трубопроводы, подогреватели воды и нефтепродукта, роторный аппарат, накопительную емкость, контуры обработки нефтепродукта, систему подготовки дозируемых компонентов, систему парораспределения, систему дренажной пропарки и очистки оборудования. Первый контур обработки нефтепродукта включает стартовый насос, вход которого сообщен с источником нефтепродуктов, а выход - с входом узла грубой очистки. Выход узла грубой очистки сообщен со входом первого подогревателя каскада подогревателей нефтепродукта. Выход последнего подогревателя сообщен с промежуточной демпферной емкостью. Второй контур обработки нефтепродукта включает финишный насос, вход которого сообщен с первым выходом промежуточной демпферной емкости, а выход сообщен со входом первого узла тонкой очистки. Второй контур обработки нефтепродукта содержит предварительный смеситель, выход которого через второй узел тонкой очистки сообщен со входом роторного аппарата. Система подготовки дозируемых компонентов включает узел дозирования нефтепродукта, вход которого сообщен с выходом первого узла тонкой очистки и снабжена водоподогревателем, вход которого через запорный вентиль сообщен с источником воды, а выход через узел дозирования воды сообщен со входом водяного насоса, выход которого сообщен со входом третьего узла тонкой очистки. Выход третьего узла тонкой очистки и выход узла дозирования нефтепродукта сообщены со входом предварительного смесителя. Парогенератор сообщен с теплоотдающими элементами фильтров грубой и тонкой очистки, подогревателем и водоподогревателем. Полости фильтров узлов грубой очистки и первого и второго узлов тонкой очистки, подогревателя, водоподогревателя и роторного аппарата с модуляцией потока сообщены с парогенератором. Технический результат: высокие эксплуатационные характеристики. 14 з.п. ф-лы, 2 ил.

Способ подготовки топочного мазута к сжиганию // 2531299

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано для улучшения физико-химических и эксплуатационных характеристик топочных мазутов на тепловых электрических станциях, в котельных промышленных предприятий, котельных агропромышленного комплекса и ЖКХ. В способе подготовки топочного мазута к сжиганию из всего объема основного потока мазута отбирают объем бокового потока мазута, равный 1,5 - 2% объема основного потока мазута. Основной поток мазута направляют в линию бокового потока мазута. Подогревание потока мазута, смешивание присадки и мазута осуществляют в линии бокового потока мазута, параллельно подключенной к линии основного потока мазута. Смешивание объема бокового потока мазута и присадки осуществляют без участия подвижных механических устройств посредством смесителя, выполненного в виде устройства статического перемешивания мазута и присадки. Присадку подают в линию бокового потока мазута до процесса статического перемешивания мазута и присадки. Техническим результатом изобретения является упрощение технологической схемы с сохранением высоких эксплуатационных характеристик топочного мазута за счет высокой гомогенизации вводимой присадки и мазута путем интенсивного смешения и автоматизации приготовления однородной смеси мазута и присадки, эффективная подготовка и сжигание жидкого топлива с выделением меньшего количества токсичных веществ, повышение надежности, экономичности и экологической безопасность котельных установок. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.