Способ генерации горючего газа и газогенератор двигателя внутреннего сгорания

 

Использование: системы питания двигателя внутреннего сгорания водородом и кислородом. Сущность изобретения: при производстве водорода при постоянной температуре в реакционную камеру дозатором и насосами подают воду, мелкораздробленный энергоноситель и активатор. Выдерживают соотношение масс реагентов (3-7):(1-5):(0,5-1,2). Активатор и воду смешивают и распылителем дробят на струи. Осуществляют реакцию. Водород направляют в двигатель. Механизмом регулируют подачу шлака в электролизер. В процессе электролиза шлака дополнительно извлекают водород, кислород и подают в двигатель. Регенерируют активатор и повторно используют. Из электролизера шлак механизмом сбрасывают в отстойник. 2 с.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к системам питания двигателя внутреннего сгорания, работающего на водороде.

Известен способ генерации горючего газа, включающий подачу энергоносителя и воды в реакционную камеру, проведение реакции, отделение горючего газа и пара от шлаковых продуктов реакции и удаление последних в отстойник, а также известен газогенератор, содержащий резервуар с энергоносителем, его дозатор, реакционную камеру и устройство для подачи воды, связанное с трубопроводом подачи воды.

Основной недостаток известного способа и известного устройства заключается в том, что для реализации способа возможно использование ограниченной номенклатуры энергоносителя, непосредственно реагирующего с водой. В связи с этим область применения устройства не распространяется на использование малоактивного к реакции энергоносителя. Другой недостаток заключается в отсутствии распылителя и механизма принудительного удаления шлака, что приводит к снижению эффективности.

Задачей изобретения является устранение вышеуказанных недостатков.

Поставленная задача решается тем, что способ генерации горючего газа включает в себя подачу энергоносителя и воды в реакционную камеру, проведение реакции, отделение горючего газа и пара от шлаковых продуктов реакции и удаление последних в отстойник, причем реакцию проводят при постоянной температуре, в реакционную камеру дополнительно подают активатор, активатор и воду перед подачей в реакционную камеру смешивают и дробят на струи, при этом соотношение масс воды, энергоносителя и активатора выдерживают в интервале (3-7):(1-5):(0,5-1,2), шлак удаляют из реакционной камеры со скоростью, пропорциональной скорости подачи энергоносителя в диапазоне 2,0:1-6,0:1, и непрерывно подвергают электрохимической обработке, дополнительно извлекают из него водород и регенерируют активатор, последний возвращают в газогенератор для повторного использования.

Поставленная задача в части устройства решается тем, что газогенератор содержит резервуар с энергоносителем, его дозатор, реакционную камеру и устройство для подачи воды, связанное с трубопроводом подачи воды, причем газогенератор дополнительно содержит механизм принудительного удаления шлака, снабженный шнеком и связанный с реакционной камерой и отстойником, камеру для сбора генерирующего водорода, подключенную к реакционной камере, теплообменник, выполненный в виде рубашки, охватывающей корпус газогенератора, крышку с цилиндрической горловиной резервуара с энергоносителем, электролизер, имеющий вход и четыре выхода, электродвигатель, вертикальный вал, две шестерни, блок питания, насосы воды и активатор с приводами, емкость с активатором, выполненную с крышкой и цилиндрической горловиной, форсунки, выполненные в виде полых заостренных цилиндров с отверстиями, вход активатора в устройство для подачи воды, выполненное в виде распылителя, и патрубок подачи кислорода, при этом выполнен в виде корпуса, шнека и подпружиненного клапана, реакционная камера выполнена в корпусе газогенератора, распылитель расположен в реакционной камере, дозатор размещен в цилиндрической горловине крышки резервуара с энергоносителем, шнек дозатора энергоносителя, подпружиненный клапан, первая шестерня, приводы насосов воды и активатора последовательно установлены на вертикальный вал, последний выполнен с приводом от электродвигателя, вход электролизера связан с камерой для сбора водорода через реакционную камеру и шнек механизма принудительного удаления шлака, кинематически связанный через вторую шестерню с вертикальным валом, первый выход электролизера связывает катодные камеры с камерой для сбора водорода, второй анодные камеры с патрубком подачи водорода в двигатель, третий - анодные камеры с форсунками через насос активатора, подключенный к трубопроводу подачи воды в теплообменник.

На чертеже изображена схема газогенератора. Реализация способа показана на примере работы газогенератора.

Газогенератор предназначен для получения водорода и кислорода при использовании малоактивных к реакции энергоносителей и активаторов реакции, а также для получения водорода, когда энергоносители непосредственно реагируют с водой.

Водородно-кислородный генератор, сочетающий в себе свойства реактора, теплообменного аппарата и электролизера, содержит резервуар 1 и емкость 2, заполненные энергоносителем и активатором в виде пасты, порошка или гранул. Резервуар 1 через реакционную камеру 3 связан с камерой 4 для сбора водорода и патрубком его подачи к двигателю внутреннего сгорания (ДВС).

Газогенератор содержит вертикальный вал 5, на котором установлены шнек 6 дозатора энергоносителя и первая шестерня 7. Вертикальный вал 5 связан с приводом насоса воды 8 и насоса 9 активатора электродвигателем 10. Шнек дозатора 6 снабжен подпружиненным клапаном 11 и помещен в резервуар 1, который имеет горловину 12 с крышкой (на чертеже не показана). Крышка прерывается шнеком 6 во время установки и закрепления резервуара 1. Распылитель 13 выполнен в виде диафрагмы с жиклерами, установленной перпендикулярно оси вала 5. Теплообменник охватывает корпус газогенератора охлаждаемыми полостями и имеет вход 14 и выход 15.

Корпус газогенератора снабжен углублениями 16, повторяющими форму горловины 12 резервуара 1 и емкости 2, последняя через форсунки 17 для смешения активатора и воды, выполненные в виде полых заостренных цилиндров с отверстиями, и вход 18 связана с распылителями 13. Емкость 2 имеет горловину с крышкой (на чертеже не показана). Крышка прерывается форсунками и заостренными кромками входа 18 во время установки и закрепления емкости 2.

В днище газогенератора расположен шнек 19 механизма принудительного удаления шлака со второй шестерней 20, связанной через первую шестерню 7 и вертикальный вал 5 с электродвигателем 10, катодные 21 и анодные камеры 22 с электродами 23, не растворяемыми в ходе электролиза, разделенные катионоактивными мембранами 24. Катодные и анодные камеры 21 и 22 подключены к реакционной камере 3 через шнек 19 механизма принудительного удаления шлака, причем катодные камеры 21 имеют дополнительное подключение к камере 4 для сбора водорода, а анодные 22 к патрубку 25 подачи кислорода к ДВС и насосу 9 активатора.

Электродвигатель 10 и электроды 23 подключены к бортовому источнику 26 постоянного тока.

В случае использования малоактивного к реакции энергоносителя получается водород и кислород.

При этом описываемый газогенератор работает следующим образом.

Резервуар 1 с энергоносителем и емкость 2 с активатором помещают в углубления 16 корпуса газогенератора. При этом шнек 6 дозатора энергоносителя и форсунки 17 активатора разрушают крышки горловин резервуара 1 и емкости 2.

Пуск газогенератора осуществляется включением электродвигателя 10 и подачей электрического тока к электродам 23 от бортового источника питания 26. Электродвигатель 10 приводит во вращение вертикальный вал 5, шнек 6 дозатора энергоносителя, шестерни 7 и 20, шнек 19 механизма принудительного удаления шлака, насосы 8 и 9 воды и активатора.

К насосу 8 подается вода с заданной температурой из системы термостатирования (на чертеже не показана). От насоса 8 вода направляется к входу 14 теплообменника газогенератора и через насос 9 активатора, форсунки 17 в емкость 2, где происходит смешение активатора с водой. Полученная смесь активатора и воды поступает через вход 18 активатора к распылителю 13, где активатор и воду перед подачей в реакционную камеру дробят на струи.

Энергоноситель с помощью шнека 6 дозатора отжимает пружину клапана 11 и поступает в реакционную камеру 3. Струйка воды и активатора смешивают энергоноситель, образуя коллоидно-дисперсную суспензию, например, состоящую из порошков кремния Si и/или алюминия Al, едкого натра NaOH и воды. Соотношение масс воды, энергоносителя и активатора выдерживают в интервале (3-7):(1-5): (0,5-1,2), которое достигается соответствующими скоростями подачи исходных компонентов.

Реагирующая суспензия поступает на вращающийся шнек 19 механизма принудительного удаления шлака, на котором происходит превращение суспензии в шлак Na₂SiO₃ и/или 2 AlNa₂O₂. Время пребывания частиц энергоносителя и время удаления шлака из нее достигают соответствующими скоростями удаления и подачи энергоносителя в диапазоне 2,0:1-6,0:1.

В электролизере происходит электрохимическая обработка шлака, при которой дополнительно получают водород, кислород и регенерируют NaOH, последний направляется в емкость 2 через насос 9 активатора, а полученные дополнительно водород и кислород, разделенные катионоактивной мембраной 24, поступают раздельно через камеру для сбора водорода и патрубок 25 подачи кислорода в ДВС.

После регенерации NaOH шлак в виде, например, H₂SiO₃ сбрасывается в отстойник (на чертеже не показан) для использования в рамках безотходной технологии. Теплота, образованная во время работы газогенератора, передается путем теплопередачи циркулирующей воде в охлаждаемых полостях его корпуса. Поддержание заданной температуры реакции осуществляется путем автоматического изменения температуры воды на входе 14 охлаждаемой полости теплообменника. Система термостатирования на чертеже не показана.

При изменении режима работы ДВС автоматически изменяется частота вращения вала электродвигателя 10, насосов 8 и 9 воды и активатора 9, вертикального вала 5, шнека 6 дозатора энергоносителя, шнека 19 механизма принудительного удаления шлака. При этом изменяется подача энергоносителя из резервуара 1 через подпружиненный клапан 11, воды и активатора через распылитель 13 и скорость происхождения шлака через шнек 19 принудительного удаления шлака из реакционной камеры 3 в электролизер.

Скорость электрохимической обработки шлака регулируют изменением силы электростатического тока к электродам 23 от бортового источника питания 26. Система регулирования скорости электролиза шлака на чертеже не показана.

Остановку газогенератора осуществляют отключением электродвигателя 10 и электродов 23 от бортового источника 26 постоянного тока.

В случае использования энергоносителя, непосредственно реагирующего с водой, получается водород.

При этом газогенератор работает следующим образом.

Резервуар 1 с энергоносителем, непосредственно реагирующим с водой, и емкость 2 без активатора ("пустышка") помещают в углубления 16 корпуса газогенератора. Отключают патрубок 25 подачи кислорода к ДВС, анодные камеры 22 от насоса 9 активатора, а электроды 23 от блока питания 26.

Пуск и остановка газогенератора осуществляется включением и отключением электродвигателя 10.

Таким образом достигается поставленная задача повышение экономичности и эффективности путем расширения номенклатуры использования энергоносителя. Кроме того, положительный эффект достигается и за счет дополнительного извлечения водорода, кислорода и регенерации активатора. И, наконец, появляется возможность повышения удельной мощности двигателя и полного избавления от окислов азота в отработавших газах за счет применения кислорода в качестве окислителя топлива.

Предлагаемые способ и устройство предназначены для производства водорода и кислорода в системе питания ДВС. Однако они могут быть использованы для производства любых горючих газов.

Формула изобретения

1. Способ генерации горючего газа, включающий подачу энергоносителя и воды в реакционную камеру, проведение реакции, отделение горючего газа и пара от шлаковых продуктов реакции и удаление последних в отстойник, отличающийся тем, что реакцию проводят при постоянной температуре, в реакционную камеру дополнительно подают активатор, причем активатор и воду перед подачей в реакционную камеру смешивают и дробят на струи, при этом соотношение масс воды, энергоносителя и активатора выдерживают в интервале (3 7) (1 5) (0,5 1,2), шлак удаляют из реакционной камеры со скоростью, пропорциональной скорости подачи энергоносителя в диапазоне 2,0 1 6,0 1, и непрерывно подвергают электрохимической обработке, дополнительно извлекают из него водород, кислород и регенерируют активатор, последний возвращают в газогенератор для повторного использования.

2. Газогенератор, содержащий резервуар с энергоносителем, его дозатор, реакционную камеру и устройство для подачи воды, связанное с трубопроводом подачи воды, отличающийся тем, что газогенератор дополнительно содержит механизм принудительного удаления шлака, снабженный шнеком и связанный с реакционной камерой и отстойником, камеру для сбора генерируемого водорода, подключенную к реакционной камере, теплообменник, выполненный в виде рубашки, охватывающей корпус газогенератора, крышку с цилиндрической горловиной резервуара с энергоносителем, электролизер, имеющий вход и четыре выхода, электродвигатель, вертикальный вал, две шестерни, блок питания, насосы воды и активатора с приводами, емкость с активатором, выполненную с крышкой и цилиндрической горловиной, форсунки, выполненные в виде полых заостренных цилиндров с отверстиями, вход активатора в устройство для подачи воды, выполненное в виде распылителя, и патрубок подачи кислорода, причем дозатор выполнен в виде корпуса, шнека и подпружиненного клапана, реакционная камера выполнена в корпусе газогенератора, распылитель расположен в реакционной камере, дозатор размещен в цилиндрической горловине крышки резервуара с энергоносителем, шнек дозатора энергоносителя, подпружиненный клапан, первая шестерня, приводы насосов воды и активатора последовательно установлены на вертикальный вал, последний выполнен с приводом от электродвигателя, вход электролизера связан с камерой для сбора водорода через реакционную камеру и шнек механизма принудительного удаления шлака, кинематически связанный через вторую шестерню с вертикальным валом, первый выход электролизера связывает катодные камеры с камерой для сбора водорода, второй анодные камеры с патрубком подачи водорода в двигатель, третий анодные камеры с форсунками через насос активатора, подключенный к трубопроводу подачи воды в теплообменник.