Устройство обработки жидкого углеводородного топлива для изменения его группового и фракционного состава под воздействием электрического поля (варианты)

Авторы патента:

Анисимов Павел Федорович (RU)

Анисимов Сергей Павлович (RU)

F02M27/04 - электрическими средствами или магнитным полем

Владельцы патента RU 2614562:

Анисимов Сергей Павлович (RU)

Изобретение относится к устройствам для подготовки топлива перед сжиганием. Предложенное устройство содержит корпус 1 с расположенными в нем электродами 4, подключенными к источнику переменного напряжения. Частота переменного электрического поля, физические характеристики топлива и геометрические размеры устройства обработки устанавливаются в соответствии с выражением:

f_эф=βЕвозбV/U²εаπℓt,

где: f_эф - частота колебания электрического поля - 1/с, β=(w/k)N_Авρ/М - глубина модификации топлива - 1/м³, w - скорость цепной химической реакции - с^-1, k - скорость гибели радикалов в реакциях обрыва цепи - с^-1, N_Ав - число Авогадро - моль^-1, ρ - плотность топлива - кг/м³, V - объем обрабатываемого топлива - м³, М - молярная масса топлива - кг/кмоль, U - амплитуда напряжения на электродах устройства обработки - В, εа=εε₀ - абсолютная диэлектрическая проницаемость топлива, 1, ℓ - длина электродов камеры обработки - м, t - время обработки топлива - с. С помощью предложенного устройства достигается улучшение качества топлива, повышение теплоты и полноты его сгорания. 6 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к устройствам обработки жидкого углеводородного топлива электрическими средствами для получения жидкого углеводородного топлива улучшенного качества и подготовки его к процессу сжигания в различных энергетических установках с целью уменьшения его расхода и улучшения экологических показателей энергетических установок.

Известен способ электрической обработки жидкого топлива и активатор для жидкого топлива (патент RU №2032107, опубликован 27.03.1995).

Согласно способу жидкое топливо перед диспергированием активируют в электрическом поле импульсного тока частотой 250-300 Гц и напряжением 20-25 кВ и разделяют на потоки противоположной полярности.

Активатор для жидкого топлива содержит корпус с входным и выходным патрубками, электроды, размещенные внутри активатора и подключенные к источнику тока высокого напряжения, и полупроницаемую мембрану для разделения заряженных потоков.

Недостатками известного способа и активатора являются: - разделение обрабатываемого топлива на два разнополярных потока не обеспечивает полной обработки всего потока топлива, так как после разделения на фракции на сжигание направляется только часть обработанного топлива:

- использование электрического поля импульсного тока частотой 250-300 Гц и напряжением 20-25 кВ снижает безопасность эксплуатации используемого оборудования.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому устройству является способ обработки топлива, заключающийся в пропускании потока топлива через участок топливопровода, в котором установлены электроды, на которые подается переменное напряжение с переменной частотой. Между разнополярными электродами в камере обработки размещен слой диэлектрического материала. При этом параметры электромагнитного воздействия на топливо устанавливаются в соответствии с установленным экспериментально соотношением и определенными числовыми значениями (патент RU №2038506, опубликован 27.06.1995).

К недостатку известного способа следует отнести следующее. За счет дополнительного энергетического потенциала под действием электромагнитного поля топливо дополнительно энергетизируется и дробится на мелкие фракции. При этом за счет более мелких фракций топлива происходит более полное его сгорание без изменения структуры молекулярного состава топлива и повышения теплоты его сгорания.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является устройство для обработки топлива, содержащее корпус в виде камеры с входным и выходным отверстиями, снабженный, по крайней мере, двумя разнополярными электродами для воздействия электрическим постоянным полем на поток топлива в камере обработки, подключенными к источнику питания, при этом корпус является одним из электродов, а другой внутренний электрод, размещенный в камере обработки, расположен коаксиально корпусу (патент RU №2156879, опубликован 27.09.2000 - прототип).

Недостатками известного устройства являются:

- применение сложной и дорогостоящей технологии изготовления диэлектрического материала толщиной 4×10^-6 до 0,5×10^-3;

- ограниченность применения из-за низкой температуры плавления диэлектрического материала;

- недостаточная механическая устойчивость к механическим примесям и абразивам, присутствующим в топливе;

- воздействие постоянным электрическим полем на поток топлива и размещение диэлектрического материала между разнополярными электродами не обеспечивает изменения структуры молекулярного состава топлива и повышения теплоты его сгорания.

Технической задачей изобретения является обработка жидкого углеводородного топлива для изменения его группового и фракционного состава, позволяющая улучшить качество жидкого углеводородного топлива, повысить его теплотворность и полноту сгорания.

Задача решена путем создания устройства обработки жидкого углеводородного топлива для изменения его группового и фракционного состава воздействием на него переменным электрическим полем. Устройство, в котором топливо размещается между электродами, на которые подают переменный электрический потенциал, в котором частота переменного электрического поля, физические характеристики топлива и геометрические размеры устройства для его обработки электрическим полем установлены в соответствии с выражением:

f_эф=βEвозбV/U²εaπℓt

где f_эф - частота колебания электрического поля - 1/с,

β=(w/k)N_Авρ/M - глубина модификации топлива - 1/м³,

w - скорость цепной химической реакции - с^-1,

k - скорость гибели радикалов в реакциях обрыва цепи - с^-1,

N_Ав - число Авогадро - моль^-1,

ρ - плотность топлива - кг/м³,

М - молярная масса топлива - кг/кмоль,

Евозб - энергия возбуждения колебательных и электронных уровней молекул - Дж,

V - объем топлива в устройстве, м³,

U - амплитуда напряжения на электродах устройства обработки - В,

εа=εε₀ - абсолютная диэлектрическая проницаемость топлива, 1,

ℓ - длина электродов камеры обработки - м,

t - время обработки топлива - с.

В таком устройстве обработки жидкого углеводородного топлива для изменения его группового и фракционного состава под воздействием переменного электрического поля, улучшающего его качество, повышающего теплотворность и полноту сгорания, предпочтительно соблюдать следующие соотношения:

- массу топлива в зоне обработки устанавливают в соответствии с соотношением

m=(V_к-V_э)×ρ,

где m - масса топлива в зоне обработки – кг,

V_к - объем зоны обработки – м³,

V_э - суммарный объем электродов, размещенных внутри зоны обработки - м³,

ρ - плотность топлива - кг/м³;

- сечение входного отверстия S_вх и площадь сечения камеры обработки S_к находятся в соотношении S_вх≤S_к.

В одном частном случае обработку топлива осуществляют в его неподвижном состоянии относительно электродов. В другом частном случае обработку топлива осуществляют в процессе его движения через зону обработки.

Устройство (фиг. 1 и 2) состоит из корпуса 1, имеющего входное 2 и выходное 3 отверстия с установленными на них соответственно входным 7 и выходным 8 патрубками; в камере обработки топлива 5 установлены одна и более пар электродов 4, которые подключены к разным полюсам источника переменного напряжения с изменяемыми параметрами (на схеме не показан), которые фиксируются в статическом положении с помощью изолирующих вставок 6 и 9; изолирующие вставки 6 переменной длины позволяют изменять расстояние между электродами 4.

В одном частном случае корпус 1 изготовлен из трубы круглого сечения (фиг. 1), в другом - трапециевидного сечения (фиг. 2).

Электроды 4 изготовлены в разных вариантах и представляют собой пластину с множеством отверстий или сетку с различными размерами отверстий или ячеек соответственно, которые имеют в зависимости от формы корпуса и ориентации расположения электродов внутри корпуса круглую или трапециевидную форму, которые располагаются поперек или вдоль течения струи топлива.

На фиг. 1 представлен продольный разрез и поперечное сечение устройства обработки топлива для изменения его группового и фракционного состава под воздействием электрического поля, улучшающего качество топлива, повышающего теплоту и полноту его сгорания, в котором корпус цилиндрической формы, а электроды, выполненные в виде дисков, расположены поперек потока топлива.

На фиг. 2 представлен продольный разрез устройства, в котором корпус и электроды трапециевидной формы и электроды расположены вдоль потока топлива.

Топливо через входное отверстие 2 входного патрубка 7 подается в камеру обработки 5 и делится на несколько потоков между корпусом 1 и электродами 4. Под воздействием переменного электрического поля, созданного между электродами 4, происходит обработка и улучшение качества топлива, обусловленное изменением его структуры, фракционного и группового состава. Воздействие переменного электрического поля на молекулы углеводородов приводит к изменению структуры топлива, уменьшению вязкости и коэффициента поверхностного натяжения, улучшению смесеобразования и сгорания топлива, повышению теплоты и полноты его сгорания. Реструктуризированное топливо выходит из камеры обработки 5 через выходное отверстие 3 выходного патрубка 8. Наличие изолирующих вставок 9 позволяет центрировать электроды 4 по продольной оси камеры обработки 5 и устанавливать необходимое расстояние между корпусом 1 и электродами 4. Кроме того, введение изолирующих вставок переменной длины 6 позволяет изменять расстояние между электродами 4, что, в свою очередь, позволяет изменять напряженность электрического поля и мощность источника питания в зависимости от вида применяемого жидкого углеводородного топлива.

Технические результаты заявляемого изобретения подтверждаются данными лабораторных исследований топлива, подвергнутого воздействию переменного электрического поля, а также результатами стендовых испытаний различных ДВС в сертифицированной лаборатории Санкт-Петербургского политехнического университета, в ходе которых зарегистрировано уменьшение удельных расходов топлива при той же мощности ДВС и уменьшение содержания в отработавших газах СО, СН и твердых частиц, а также индикаторными диаграммами ДВС, работающих на обработанном топливе.

При теплотехнических измерениях на котельных агрегатах, работающих на тяжелых сортах углеводородного топлива, было зарегистрировано уменьшение удельного расхода топлива при постоянной теплопроизводительности котельной установки, а также уменьшение выбросов вредных веществ в отходящих газах.

Результаты научных экспериментальных исследований опубликованы в следующих изданиях:

1. Мурамович В.Г., Анисимов П.Ф., Петухов В.В., Лямин П.Л., Туев С.В. Повышение экономических и экологических характеристик судовых двигателей внутреннего сгорания. // Журнал «Судостроение» 2012, №1, с. 38-41.

2. Мурамович В.Г., Анисимов П.Ф., Туев С.В. Молекулярная модификация неподвижного углеродного топлива электрическим полем в большом объеме. / Труды Международной научно-практической конференции ИПТ РАН «Транспорт России: проблемы и перспективы - 2012», Санкт-Петербург, 2012, с. 140-142.

3. Мурамович В.Г., Анисимов П.Ф., Туев С.В. Молекулярная модификация моторного топлива и ее влияние на характеристики и ресурс ДВС. // Справочник. Инженерный журнал. 2013, №4, с. 15-19.

1. Устройство для обработки жидкого углеводородного топлива электрическими средствами для получения жидкого углеводородного топлива улучшенного качества и подготовки его к процессу сжигания в различных энергетических установках, состоящее из корпуса с входным и выходным патрубками, камеры обработки топлива и электродов, которые подключены к источнику электрического напряжения, отличающееся тем, что принцип работы устройства заключается в размещении топлива между электродами, на которые подан переменный электрический потенциал, частота переменного электрического поля которого, физические характеристики топлива и геометрические размеры устройства устанавливаются в соответствии с выражением

f_эф=βEвозбV/U²εaπℓt,

где f_эф - частота колебания электрического поля - 1/с,

β=(w/k)N_Авρ/M - глубина модификации топлива - 1/м³,

w - скорость цепной химической реакции - с^-1,

k - скорость гибели радикалов в реакциях обрыва цепи - с^-1,

N_Ав - число Авогадро - моль^-1,

ρ - плотность топлива - кг/м³,

М - молярная масса топлива - кг/кмоль,

Евозб - энергия возбуждения электронных или колебательных уровней молекул - Дж,

V - объем обрабатываемого топлива - м³,

U - амплитуда напряжения на электродах устройства обработки - В,

εа=εε₀ - абсолютная диэлектрическая проницаемость топлива, 1,

ℓ - длина электродов камеры обработки - м,

t - время обработки топлива - с.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что корпус устройства имеет в сечении круглую или трапециевидную форму.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в камере обработки топлива установлены одна и более пар электродов.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что электроды в корпусе установлены или вдоль потока топлива, или поперек.

5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что электроды изготовлены круглой или трапециевидной формы.

6. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что изолирующие вставки между электродами имеют переменную длину, что позволяет менять расстояние между ними и, как следствие, менять напряженность электрического поля.

7. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что электроды изготовлены или в виде пластины с отверстиями, или в виде сетки.

Изобретение относится к обработке жидкостей электромагнитными импульсами и может быть использовано в теплоэнергетике, коммунальном хозяйстве, медицине, быту и на транспорте.

Способ подготовки топлива и устройство для его осуществления // 2603877

Изобретение относится к способам и устройствам для подготовки топлива или горючей смеси перед сжиганием в двигателях внутреннего сгорания. Предложено устройство для подготовки топлива, содержащее полый корпус 1, выполненный из диэлектрического материала, входной 2 и выходной 3 штуцеры, первый электрод 4, выполненный в виде ерша с радиально расположенными щетинками 5 в виде заостренных на конце металлических проволок-иголок, и второй электрод, представляющий собой равноудаленную от кончиков игл цилиндрическую электропроводящую поверхность и выполненный в виде металлической сетки 6.

Устройство для магнитной обработки углеводородного топлива в теплоэнергетических установках // 2596086

Изобретение относится к области теплоэнергетики, в частности к двигателям внутреннего сгорания, газотурбинным двигателям и котлам, работающим на углеводородных топливах.

Магнитно-трибоэлектрический активатор // 2593874

Изобретение относится к теплоэнергетике, а конкретно к предварительной подготовке топлива в теплосиловых установках и двигателях, в том числе внутреннего сгорания.

Устройство для обработки жидкого и газообразного углеводородного топлива // 2591746

Изобретение может быть использовано в системах топливоподачи двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Предложено устройство для обработки жидкого и газообразного углеводородного топлива, содержащее корпус 1, имеющий внутреннюю полость и подсоединенный к выводу 2 источника электропитания, два стержня 3 и 5, подсоединенные к выводам 7, 8 источника электропитания и две диэлектрические втулки 11, 12.

Способ повышения эффективности распыла топлива // 2582376

Изобретение относится к авиастроению, в частности к способам распыла различных видов жидкого углеводородного топлива и подготовки топливно-воздушной смеси перед ее сжиганием, и может найти применение в системах питания турбореактивных, газотурбинных двигателей, двигателей внутреннего сгорания, в двигателях Стирлинга, а также в иных энергетических установках, например в горелках котельных и электростанций.

Стенд для испытания тепловых двигателей // 2581503

Изобретение относится к области испытаний машин и двигателей, в частности к стендам для испытаний тепловых двигателей. Стенд для испытания тепловых двигателей содержит контур питания испытуемого двигателя штатным топливом, блок контроля параметров работы двигателя, контур подготовки исследуемого топлива, ультразвуковой проточный реактор и контур охлаждения излучателя ультразвукового проточного реактора.

Двигатель внутреннего сгорания // 2576099

Изобретение относится к двигателестроению, конкретно к средствам воспламенения топливовоздушной смеси в двигателях внутреннего сгорания (ДВС). Техническим результатом является повышение полноты сгорания, снижение эмиссии вредных веществ и уменьшение затрат энергии на воспламенение.

Двигатель внутреннего сгорания и воспламенитель // 2574197

Группа изобретений относится к двигателестроению, конкретно к средствам воспламенения в двигателях внутреннего сгорания (ДВС). Техническим результатом является повышение полноты сгорания, улучшение удельных характеристик и уменьшение эмиссии вредных веществ.

Способ повышения эффективности сгорания углеводородного топлива // 2562505

Изобретение относится к способам и устройствам для обработки различных видов жидкого углеводородного топлива перед его сжиганием и может найти применение в системах питания турбореактивных, газотурбинных двигателей, двигателей внутреннего сгорания, в двигателях Стирлинга, а также в иных энергетических установках, например в горелках котельных и электростанций и других.

Устройство для обработки смеси ископаемого топлива с водой перед сжиганием в двигателях внутреннего сгорания // 2615291

Изобретение может быть использовано в системах топливоподачи энергетических установок, сжигающих ископаемое топливо, или топливных элементах. Предложено устройство для обработки смеси ископаемого топлива с водой, содержащее блок обработки смеси ископаемого топлива с водой, содержащий впускное отверстие (36), выпускное отверстие (38) и узел из двух или более труб (31) из немагнитного материала, имеющих круглое поперечное сечение, разные диаметры и расположенных концентрично, образуя множество промежуточных пространств и, таким образом, обеспечивая проточные каналы для смеси ископаемого топлива с водой между впускным отверстием (36) и выпускным отверстием (38). Внутренняя труба (32) и внешняя труба (33) электрически подсоединены к генератору (35) электрического тока, приспособленному для подачи импульсного тока, для обработки смеси ископаемого топлива с водой электромагнитным полем. 3 н. и 11 з.п. ф-лы, 5 ил.

Топливная форсунка газотурбинного двигателя // 2615618

Изобретение относится к авиастроению. Топливная форсунка газотурбинного двигателя, в которой одним из электродов, соединенным с потенциальным выходом источника электрического напряжения, является металлический внутренний воздушный завихритель и соединенная проводящей перемычкой металлическая пленка на внутренней и внешней поверхности конфузора изолирующей втулки, одновременно образующие внутренний воздушный канал. При этом металлическая пленка на наружной поверхности конфузора изолирующей втулки является одновременно одной из стенок топливного канала с закрученным потоком топлива и распыливающим соплом. Другая стенка канала образует конфузорный участок распыливающего сопла и одновременно является вместе с металлическими корпусом, наружным воздушным завихрителем с соплом вторым электродом топливной форсунки. Изобретение позволяет улучшить параметры каплеобразования на выходе топливной форсунки. 4 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

Устройство для интенсификации горения топлива в двигателе внутреннего сгорания // 2619512

Изобретение относится к активаторам топлива для двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Предложено устройство для интенсификации горения, содержащее контакт источника питания, проводящий пластинчатый компонент (10) для активации газа и усилитель (30). Имеется устройство для повышения активации газа (20), которое содержит в своем составе частотно-резонансный катушечный источник питания (22), местный осцилляционный источник питания (25), схему детектирования (23), схему усиления мощности (24), усилитель мощности на интегральной схеме (27), при этом между упомянутыми контактом источника питания и проводящим пластинчатым компонентом включен источник питания (28) для усилителя. Технический результат – улучшение топливной экономичности и снижение токсичности двигателя. 3 з.п. ф-лы, 7 ил.

Топливная форсунка авиационного двигателя // 2636947

Изобретение относится к авиастроению, в частности к способам и устройствам для распыла различных видов жидкого углеводородного топлива и подготовки топливно-воздушной смеси перед ее сжиганием. Топливная форсунка авиационного двигателя, в которой одним из электродов, соединенным через один из резисторов с потенциальным выходом источника переменного электрического напряжения, является внутренний металлический воздушный завихритель с острой выходной кромкой и входным конфузором с размещенным центральным металлическим стержнем. Причем проводящая металлическая пленка нанесена на острой выходной кромке внутреннего воздушного завихрителя и на выходном торце изолирующей втулки в топливном канале с закрученным потоком топлива. В свою очередь, вторым электродом топливной форсунки, соединенным с выходом «земля» источника переменного электрического напряжения, является внутренняя поверхность распыливающего сопла в топливном канале вместе с металлическими корпусом и наружным воздушным завихрителем. Выходы источника переменного электрического напряжения соединены через один и другой резисторы. Изобретение позволяет обеспечить более полное сгорание мелкодисперсной топливно-воздушной смеси, а также позволяет снизить уровень токсичности выходных продуктов горения и повысить экономичность потребления топлива при обеспечении требуемой мощности авиадвигателя. 5 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

Способ очистки топливных смесей двигателей внутреннего сгорания автомобилей, в том числе бензиновых // 2637803

Изобретение относится к способам очистки и активации топливных смесей, используемых в двигателях внутреннего сгорания (ДВС). Предложен способ очистки топливных смесей ДВС, заключающийся в том, что смесь подвергают воздействию магнитного поля напряженностью 1700-2000 эрстед, пропуская через нечетное количество объединенных магнитопроводящим корпусом цилиндрической формы, разделенных паранитовыми прокладками и последовательно соединенных секций, каждая из которых включает кольцевые постоянные магниты с кольцевыми полюсными наконечниками, выполненными с выпуклой в нечетных секциях и вогнутой в четных секциях внешней поверхностью, располагающимися в чередующемся порядке по ходу движения смеси со скоростью 3-5 л/мин. Технический результат - снижение удельного расхода углеводородного топлива, уменьшение вредных выбросов с выхлопными газами и повышение эффективности работы двигателя. 1 ил., 3 табл.

Воздухоочистительное устройство газотурбинной установки // 2644004

Предлагаемое воздухоочистительное устройство газотурбинной установки выполнено для повышения мощности, отдаваемой от газотурбинной установки. Отличие предлагаемого устройства состоит в том, что оно снабжено вентилятором. Для снижения гидравлического сопротивления при повышенном объеме воздуха электростатический пылеосадитель-озонатор выполнен с шириной газовых проходов 0,3…0,6 м и с коронирующими элементами, выполненными из ленты, при этом плоскость ленты ориентирована вдоль газового потока. Для повышения эффективности электрической очистки воздуха и образования озона расстояние между фиксированными точками коронирования коронирующих элементов составляет 10…80 мм. Применение предлагаемого устройства позволяет обеспечить увеличение очищенного потока охлаждающего воздуха, что создает предпосылки для резкого увеличения мощности ГТУ. При этом не возникает необходимости в определении промежутка времени работы устройства в условиях повышенной мощности ГТУ, а также отсутствует необходимость внеплановой промывки компрессора. 2 ил.

Устройство для акустической и магнитной обработки топлива в двигателе внутреннего сгорания // 2646989

Изобретение относится к устройству для акустической и магнитной обработки топлива в двигателе внутреннего сгорания. Устройство включает источник питания, электромагнитную систему (4) с электрическими обмотками (6) с выводами, которые подключены к источнику питания, и ферритовый магнитопровод (5). Корпус (1) устройства является цилиндрическим, выполнен из диамагнитного материала, имеет сквозное осевое отверстие (2), проточку (3) для электромагнитной системы (4) и разъем (7) для подключения выводов обмотки (6) к источнику питания. Магнитопровод (5) выполнен тороидальным, и на нем расположена катушка, состоящая из по меньшей мере трех электрических обмоток (6) с выводами, подключенными к источнику питания по схеме "звезда". В качестве источника питания применяется источник трехфазного переменного напряжения. Причем источник питания создает переменное напряжение в резонансном звуковом диапазоне частот 32-35 кГц. Корпус (1) с электромагнитной системой (4) заполнен отвердителем – эпоксидной смолой. Технический результат заключается в повышении эффективности обработки топлива за счет одновременного воздействия акустического и магнитного полей. 5 ил.

Устройство для акустической и магнитной обработки топлива в двигателе внутреннего сгорания // 2646989