RU2440507C1 - Device for pre-startup heating of engine, independent heating, generation of hydrogen-bearing gas and operating method of device - Google Patents
Device for pre-startup heating of engine, independent heating, generation of hydrogen-bearing gas and operating method of device Download PDFInfo
- Publication number
- RU2440507C1 RU2440507C1 RU2010121389/11A RU2010121389A RU2440507C1 RU 2440507 C1 RU2440507 C1 RU 2440507C1 RU 2010121389/11 A RU2010121389/11 A RU 2010121389/11A RU 2010121389 A RU2010121389 A RU 2010121389A RU 2440507 C1 RU2440507 C1 RU 2440507C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fuel
- converter
- air
- engine
- hydrogen
- Prior art date
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Landscapes
- Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к системам нагрева двигателя, системам отопления транспортных средств, работающих на топливе, системам конвертирования различных видов транспортных топлив (газообразных и жидких углеводородов, спиртов, эфиров и др.) в синтез-газ непосредственно на борту транспортных средств.The invention relates to engine heating systems, heating systems for fuel-powered vehicles, systems for converting various types of transport fuels (gaseous and liquid hydrocarbons, alcohols, esters, etc.) into synthesis gas directly on board vehicles.
Прогрев двигателя и салона автомобиля перед пуском, а иногда и во время движения - необходимое условие его нормальной эксплуатации в условиях низких отрицательных температур окружающей среды. Для решения этой проблемы известны устройства-подогреватели двигателя и салона, работающие на топливе из бака автомобиля (US 4718602, В60Н 1/22, 12.01.1988). Предпусковой подогреватель представляет собой прибор, который преимущественно устанавливается в моторном отсеке. Конструктивно такой прибор с сопутствующими устройствами состоит из нескольких основных частей: системы подачи воздуха и системы подачи топлива, соединенной с топливным баком автомобиля; камеры с системой поджига, в которой происходит пламенное сгорание подаваемого топлива; теплообменника, который подсоединяется к охлаждающему контуру двигателя, системы электронного управления, подключаемой к бортовой сети транспортного средства. Прогрев двигателя осуществляется за счет полного сгорания подаваемого в прибор топлива и нагрева теплоносителя в теплообменнике дымовыми газами. Нагретый теплоноситель проходит через охлаждающий контур выключенного двигателя, за счет чего достигается его предварительный предпусковой прогрев до заданной температуры. Кроме этого при включении системы циркуляции воздуха (системы кондиционирования) внутри автомобиля может быть осуществлен прогрев его салона.Warming up the engine and the passenger compartment before starting, and sometimes while driving, is a necessary condition for its normal operation in low negative ambient temperatures. To solve this problem, device-heaters for the engine and the interior are known that operate on fuel from the vehicle’s tank (US 4718602, B60H 1/22, 01/12/1988). The pre-heater is a device that is primarily installed in the engine compartment. Structurally, such a device with related devices consists of several main parts: an air supply system and a fuel supply system connected to the vehicle’s fuel tank; chambers with an ignition system, in which the combustion of the supplied fuel takes place; a heat exchanger that connects to the cooling circuit of the engine, an electronic control system connected to the vehicle's on-board network. The engine is heated by complete combustion of the fuel supplied to the device and heating of the heat carrier in the flue gas heat exchanger. The heated coolant passes through the cooling circuit of the switched off engine, due to which it is preliminarily preheated to a predetermined temperature. In addition, when you turn on the air circulation system (air conditioning system) inside the car, it can be heated inside.
В городских условиях эксплуатации автомобиля его двигатель в основном работает в режимах малых и средних нагрузок, что приводит к значительным выбросам вредных продуктов неполного сгорания. Для экономии углеводородного топлива, снижения выбросов углекислого газа и улучшения экологических характеристик двигателя внутреннего сгорания (ДВС) при городском цикле езды необходимо использовать обедненную топливную смесь, т.е. при соотношении кислород/топливо (α) больше стехиометрического, причем, чем смесь будет более бедная, тем большая экономия топлива будет достигаться. Однако, когда смесь становится беднее определенного уровня, обеспечить устойчивую работу двигателя становится невозможным, поскольку искра свечи зажигания перестает воспламенять такую смесь. Известно, что добавки водорода, водородсодержащих газовых смесей или синтез-газа (смеси водорода и монооксида углерода) к бедным топливным смесям, позволяют производить их воспламенение в ДВС при более высоких значениях α, что приводит к снижению общего расхода топлива, а также уменьшает вредные выбросы СО и оксидов азота (US 6397790, F02B 43/08, 04.06.2002).In urban vehicle operating conditions, its engine mainly operates in low and medium load conditions, which leads to significant emissions of harmful products of incomplete combustion. To save hydrocarbon fuel, reduce carbon dioxide emissions and improve the environmental performance of an internal combustion engine (ICE) in an urban driving cycle, it is necessary to use a lean fuel mixture, i.e. when the oxygen / fuel ratio (α) is more stoichiometric, and the more lean the mixture, the greater fuel economy will be achieved. However, when the mixture becomes poorer than a certain level, it becomes impossible to ensure stable engine operation, since the spark of the spark plug ceases to ignite such a mixture. It is known that the addition of hydrogen, hydrogen-containing gas mixtures or synthesis gas (a mixture of hydrogen and carbon monoxide) to lean fuel mixtures allows their ignition in ICE at higher values of α, which leads to a decrease in total fuel consumption and also reduces harmful emissions СО and nitrogen oxides (US 6397790, F02B 43/08, 06/04/2002).
Кроме этого также известно (US 2005/0287049, F01N 3/00, 29.12.2005), что уменьшение выбросов оксидов азота в отработавших газах дизельных двигателей может достигаться путем добавок к ним восстановителя. Восстановитель реагирует с оксидами азота с образованием безопасного молекулярного азота. В качестве такого восстановителя также может использоваться водород, водородсодержащие газовые смеси или синтез-газ.In addition, it is also known (US 2005/0287049, F01N 3/00, December 29, 2005) that the reduction of nitrogen oxide emissions in the exhaust gases of diesel engines can be achieved by adding a reducing agent to them. The reducing agent reacts with nitrogen oxides to form safe molecular nitrogen. Hydrogen, hydrogen-containing gas mixtures or synthesis gas can also be used as such a reducing agent.
Использование баллонного водорода на транспорте даже в небольших количествах нежелательно по причинам высокой взрыво- и пожароопасности водорода и отсутствия развитой инфраструктуры снабжения транспорта водородом. Практическим вариантом решения этой проблемы может быть получение водородсодержащего газа или синтез-газа из углеводородного топлива на борту автомобиля. В этом случае реализуются все преимущества применения водорода для воспламенения обедненных топливных смесей в искровых ДВС и проведения очистки от оксидов азота в дизельных ДВС, и исчезает необходимость в создании инфраструктуры снабжения транспорта водородом.The use of balloon hydrogen in transport, even in small quantities, is undesirable due to the high explosion and fire hazard of hydrogen and the lack of a developed infrastructure for supplying hydrogen to a transport. A practical solution to this problem may be the production of a hydrogen-containing gas or synthesis gas from hydrocarbon fuel on board an automobile. In this case, all the advantages of using hydrogen to ignite lean fuel mixtures in spark ICEs and to purify nitrogen oxides in diesel ICEs are realized, and the need to create an infrastructure for supplying transport with hydrogen disappears.
Наиболее близким является устройство-подогреватель двигателя и салона, работающее на топливе из бака автомобиля (US 4718602, В60Н 1/22, 12.01.1988). Недостатками известного устройства является то, что его работа осуществляется за счет пламенного сгорания топлива, что сильно ограничивает возможность регулирования параметров процесса (в первую очередь температуры и состава выходящих дымовых газов, состоящих в этом случае в основном из CО2 и паров Н2О). Кроме этого во время пламенного сгорания углеводородного топлива может происходить образование оксидов азота за счет локальных перегревов из-за неоднородной структуры пламени. В целом, расход топлива на транспортном средстве, оборудованном таким устройством, возрастает.The closest is a heater device for the engine and the interior, which runs on fuel from the vehicle’s tank (US 4718602, B60H 1/22, 01/12/1988). The disadvantages of the known device is that its operation is carried out due to the flame combustion of fuel, which greatly limits the ability to control process parameters (primarily the temperature and composition of the exhaust flue gases, which in this case mainly consist of CO 2 and H 2 O vapors). In addition, during the flame combustion of hydrocarbon fuels, the formation of nitrogen oxides due to local overheating due to the inhomogeneous structure of the flame can occur. In general, fuel consumption on a vehicle equipped with such a device increases.
Предлагаемое изобретение позволяет решать как задачу предпускового прогрева двигателя и прогрева салона автомобиля, так и задачу получения синтез газа на борту автомобиля с целью дальнейшего его использования для различных нужд.The present invention allows to solve both the problem of engine preheating and warming up the car interior, and the task of producing synthesis gas on board the car with a view to its further use for various needs.
Задача решается благодаря использованию устройства предпускового подогрева двигателя, автономного отопления, генерации водородсодержащего газа (далее Генератор Тепла и Газа, сокращенно ГТГ), а также при помощи способа его работы.The problem is solved through the use of engine preheating devices, autonomous heating, hydrogen-containing gas generation (hereinafter referred to as Heat and Gas Generator, abbreviated as GTG), as well as using the method of its operation.
Предлагаемое устройство предпускового подогрева двигателя, автономного отопления, генерации водородсодержащего газа состоит из системы запуска, конвертора, теплообменника, системы управления, в конверторе установлен катализатор, позволяющий проводить паровоздушную или воздушно-углекислотную, или паро-воздушно-углекислотную конверсию топлива, продукты которой, проходя через теплообменник, производят нагрев теплоносителя, циркулирующего через теплообменник.The proposed device for engine preheating, autonomous heating, hydrogen-containing gas generation consists of a starting system, a converter, a heat exchanger, a control system, and a catalyst is installed in the converter that allows steam-air or carbon-dioxide or steam-carbon-dioxide conversion of fuel, the products of which, passing through a heat exchanger, the heat carrier circulating through the heat exchanger is heated.
В результате конверсии топлива в качестве ее продуктов образуется водородсодержащий газ, который далее может использоваться при работе различных систем транспортного средства.As a result of the conversion of fuel, a hydrogen-containing gas is formed as its products, which can then be used in the operation of various vehicle systems.
В конверторе расположен катализатор, в качестве активного компонента которого используют различные комбинации оксидов алюминия, кремния, переходных и редкоземельных элементов 4-6 периодов, в основном четвертого и пятого периодов, преимущественно Со, Ni, Mn, Ti, Zr, La, Се, Y, Sm, Pr, Gd, и металлов платиновой группы, в основном Pt, Pd, Rh, Ir, Ru, преимущественно Pt, Rh, Ru.A catalyst is located in the converter, the active component of which is used various combinations of aluminum oxides, silicon, transition and rare-earth elements of 4-6 periods, mainly of the fourth and fifth periods, mainly Co, Ni, Mn, Ti, Zr, La, Ce, Y , Sm, Pr, Gd, and platinum group metals, mainly Pt, Pd, Rh, Ir, Ru, mainly Pt, Rh, Ru.
Катализатор может представлять собой армированный пористый материал, выполненный в виде плоских и гофрированных газопроницаемых армированных лент, комбинации которых образуют газопроницаемые каталитически активные каналы различной формы и геометрии.The catalyst may be a reinforced porous material made in the form of flat and corrugated gas-permeable reinforced tapes, combinations of which form gas-permeable catalytically active channels of various shapes and geometries.
Катализатор может иметь форму блоков на металлическом, керамическом или металлокерамическом носителе.The catalyst may be in the form of blocks on a metal, ceramic or cermet support.
Металлический, керамический или металлокерамический носитель для катализатора представляет собой прямоканальный блок, в том числе микроканальный, блочный материал со сложной конфигурацией каналов и пеноматериал.The metal, ceramic or ceramic-metal support for the catalyst is a direct channel block, including microchannel, block material with a complex configuration of channels and foam.
Катализатор может иметь вид гранул различной формы и геометрии.The catalyst may take the form of granules of various shapes and geometries.
Преимущества каталитической паровоздушной или воздушно-углекислотной, или паро-воздушно-углекислотной конверсии топлива по сравнению с воздушной конверсией заключаются в следующем:The advantages of catalytic vapor-air or air-carbon dioxide or steam-air-carbon dioxide fuel conversion compared to air conversion are as follows:
- варьирование соотношения воздух/пары воды, воздух/углекислый газ, воздух/пары воды/углекислый газ позволяет изменять состав получаемого водородсодержащего газа в более широких пределах (например, соотношения Н2/СО, общего соотношения водорода к углеродсодержащим продуктам конверсии и др.), тем самым значительно расширяются возможности его применения для различных нужд на транспортном средстве;- varying the ratio of air / water vapor, air / carbon dioxide, air / water vapor / carbon dioxide allows you to change the composition of the resulting hydrogen-containing gas in a wider range (for example, the ratio of H 2 / CO, the total ratio of hydrogen to carbon-containing conversion products, etc.) , thereby significantly expanding the possibilities of its application for various needs on a vehicle;
- наличие в исходной смеси паров воды и/или углекислого газа позволяет предотвращать или, по крайней мере, значительно уменьшать скорость зауглероживания катализатора.- the presence in the initial mixture of water vapor and / or carbon dioxide can prevent or at least significantly reduce the rate of carbonization of the catalyst.
В системе запуска используют электрический либо пламенный нагреватель, работающий на воздухе и исходном топливе.The start-up system uses an electric or flame heater that runs on air and the original fuel.
Система запуска, конвертор, теплообменник, система управления представляют собой раздельные конструкции или могут быть интегрированы друг с другом.The start-up system, converter, heat exchanger, control system are separate designs or can be integrated with each other.
Конструкция предлагаемого устройства позволяет проводить предварительный нагрев или испарение компонентов реакционной топливосодержащей смеси перед подачей в систему запуска и/или конвертор.The design of the proposed device allows for pre-heating or evaporation of the components of the reaction fuel-containing mixture before being fed to the start-up system and / or converter.
Система запуска включает в себя систему подачи и дозирования топлива, воздуха, паров воды и углекислого газа.The start-up system includes a system for supplying and dispensing fuel, air, water vapor and carbon dioxide.
Система охлаждения двигателя внутреннего сгорания и/или система кондиционирования/отопления салона транспортного средства объединена с теплообменником устройства, за счет чего осуществляют предварительный подогрев двигателя перед его запуском при низких температурах и обогрев салона транспортного средства.The cooling system of the internal combustion engine and / or the air conditioning / heating system of the vehicle interior is combined with the heat exchanger of the device, due to which the engine is preheated before starting it at low temperatures and the vehicle interior is heated.
Задача решается также способом работы устройства предпускового подогрева двигателя, автономного отопления, генерации водородсодержащего газа, состоящего из системы запуска, конвертора, теплообменника, характеризуется тем, что в конверторе установлен катализатор, позволяющий проводить паровоздушную или воздушно-углекислотную, или паро-воздушно-углекислотную конверсию топлива, продукты которой, проходя через теплообменник, производят нагрев теплоносителя, циркулирующего через теплообменник.The problem is also solved by the method of operation of the engine preheating device, autonomous heating, hydrogen-containing gas generation, consisting of a starting system, a converter, a heat exchanger, characterized in that a converter is installed in the converter, which allows steam-air or air-carbon dioxide or steam-air-carbon dioxide conversion fuel, the products of which, passing through the heat exchanger, produce heating of the heat carrier circulating through the heat exchanger.
Запуск устройства осуществляют путем нагрева конвертора до температуры начала каталитической реакции при помощи электрического нагревателя и/или пламенного нагревателя, работающего на воздухе и топливе.The device is started by heating the converter to the temperature of the onset of the catalytic reaction using an electric heater and / or a flame heater operating on air and fuel.
Разогрев конвертора при запуске может быть осуществлен путем пропускания электрического тока непосредственно через электропроводящие элементы катализатора.Warming up the converter at startup can be accomplished by passing an electric current directly through the electrically conductive elements of the catalyst.
По достижении температуры начала каталитической реакции устройство переводят в режим протекания в конверторе каталитической реакции конверсии топлива.Upon reaching the temperature of the onset of the catalytic reaction, the device is transferred to the mode of occurrence in the converter of the catalytic reaction of fuel conversion.
В результате паровоздушной или воздушно-углекислотной, или паро-воздушно-углекислотной конверсии топлива в качестве ее продуктов образуется водородсодержащий газ, который далее может использоваться при работе различных систем транспортного средства.As a result of steam-air or air-carbon dioxide, or steam-air-carbon dioxide conversion of fuel, a hydrogen-containing gas is formed as its products, which can then be used in the operation of various vehicle systems.
Пары воды и/или углекислый газ получают, например, на выходе из пламенного нагревателя (по сути проводящего реакцию глубокого окисления топлива), из выхлопных газов ДВС (которые также преимущественно состоят из паров воды и углекислого газа) или других источников. При этом количество и соотношение паров воды и углекислого газа, используемое для проведения паровоздушной или воздушно-углекислотной, или паро-воздушно-углекислотной конверсии топлива и подаваемое в ГТГ, можно при необходимости регулировать путем конденсации, сепарации, адсорбции, абсорбции, конденсации с последующим испарением и другими возможными методами.Water vapor and / or carbon dioxide are obtained, for example, at the outlet of a flame heater (essentially carrying out a deep fuel oxidation reaction), from the exhaust gases of an internal combustion engine (which also mainly consist of water vapor and carbon dioxide) or other sources. The amount and ratio of water vapor and carbon dioxide used to conduct steam-air or air-carbon dioxide or steam-air-carbon dioxide fuel conversion and supplied to the Tretyakov Gallery can, if necessary, be controlled by condensation, separation, adsorption, absorption, condensation followed by evaporation and other possible methods.
Для получения водородсодержащего газа необходимого состава соотношение воздуха к подаваемому топливу α на входе в конвертор устанавливают выше 0,25, преимущественно α=0,25-0,45. Пары воды подают в количестве не менее 0.00005 об.%, преимущественно не менее 0.001 об.%. Углекислый газ подают в количестве не менее 0.001 об.%, преимущественно не менее 0.03 об.%.To obtain a hydrogen-containing gas of the required composition, the ratio of air to fuel supplied α at the inlet to the converter is set above 0.25, mainly α = 0.25-0.45. Water vapor is supplied in an amount of not less than 0.00005 vol.%, Mainly not less than 0.001 vol.%. Carbon dioxide is supplied in an amount of not less than 0.001 vol.%, Mainly not less than 0.03 vol.%.
В результате паровоздушной или воздушно-углекислотной, или паро-воздушно-углекислотной конверсии топлива в качестве ее продуктов образуется водородсодержащий газ, в котором суммарное содержание водорода и оксида углерода составляет не менее 30 об.%.As a result of steam-air or air-carbon dioxide, or steam-air-carbon dioxide conversion of fuel, a hydrogen-containing gas is formed as its products, in which the total content of hydrogen and carbon monoxide is at least 30 vol.%.
В результате паровоздушной или воздушно-углекислотной, или паро-воздушно-углекислотной конверсии топлива в качестве ее продуктов образуется водородсодержащий газ, который содержит моноксид углерода в количестве не менее чем 25% от полученного количества водорода.Steam-air or air-carbon dioxide or steam-air-carbon dioxide conversion of fuel produces hydrogen-containing gas as its products, which contains carbon monoxide in an amount of not less than 25% of the obtained amount of hydrogen.
Режим генерации водородсодержащего газа осуществляют при помощи каталитической паровоздушной или воздушно-углекислотной, или паро-воздушно-углекислотной конверсии при временах контакта выше 10-3 с, преимущественно в интервале от 10-1 до 1 с.The mode of generating hydrogen-containing gas is carried out using catalytic vapor-air or air-carbon dioxide, or steam-air-carbon dioxide conversion at contact times above 10 -3 s, mainly in the range from 10 -1 to 1 s.
В качестве топлива используют либо углеводороды, либо спирты, либо эфиры, преимущественно природный газ, пропан-бутановую смесь, бензин, дизельное топливо, либо биодизельное топливо, либо метанол, либо этанол, либо диметиловый эфир.The fuel used is either hydrocarbons, or alcohols, or ethers, mainly natural gas, a propane-butane mixture, gasoline, diesel fuel, or biodiesel, or methanol, or ethanol, or dimethyl ether.
В качестве топлива, подаваемого на конвертирование в устройство, и основного топлива, подаваемого непосредственно в двигатель, используют топливо одного или разного состава.As the fuel supplied for conversion to the device, and the main fuel supplied directly to the engine, use fuel of one or different composition.
Система охлаждения двигателя внутреннего сгорания и/или система кондиционирования/отопления салона транспортного средства объединена с теплообменником устройства, за счет чего осуществляют предварительный подогрев двигателя перед его запуском при низких температурах и обогрев салона транспортного средства.The cooling system of the internal combustion engine and / or the air conditioning / heating system of the vehicle interior is combined with the heat exchanger of the device, due to which the engine is preheated before starting it at low temperatures and the vehicle interior is heated.
Отличительным признаком является применение в устройстве катализатора, позволяющего проводить конвертирование используемого топлива при помощи каталитической паровоздушной или воздушно-углекислотной, или паро-воздушно-углекислотной конверсии до различных конечных продуктов (как до продуктов полного окисления - CO2 и Н2О, так и до водородсодержащего газа или синтез-газа, содержащих Н2 и СО) в зависимости от задаваемого режима работы ГТГ, кроме конвертора, содержит систему запуска, теплообменник и систему управления. Система охлаждения двигателя внутреннего сгорания и система кондиционирования салона автомобиля присоединяются к теплообменнику ГТГ, за счет чего осуществляется прогрев салона автомобиля и предварительный прогрев ДВС перед его запуском при низких температурах окружающей среды. Конструктивно, система запуска, конвертор, теплообменник и система управления могут представлять собой как отдельные части ГТГ, так и быть интегрированы друг с другом.A distinctive feature is the use of a catalyst in the device, which allows the conversion of used fuel using catalytic vapor-air or air-carbon dioxide, or steam-air-carbon dioxide conversion to various end products (both to the products of complete oxidation - CO 2 and Н 2 О, and to hydrogen-containing gas or synthesis gas containing H 2 and CO), in addition to the converter, contains a start-up system, a heat exchanger and a control system, depending on the specified operating mode of the GTG. The cooling system of the internal combustion engine and the air conditioning system of the vehicle interior are connected to the GTG heat exchanger, due to which the vehicle interior is heated and the engine is preheated before starting it at low ambient temperatures. Structurally, the start-up system, the converter, the heat exchanger and the control system can be both separate parts of the GTG and can be integrated with each other.
В качестве системы запуска используется электрический и/или пламенный нагреватель, работающий на воздухе и исходном топливе. При запуске разогрев конвертора может осуществляться путем пропускания электрического тока непосредственно через электропроводящие элементы катализатора либо путем пламенного поджига топливо-воздушной смеси. При достижении в конверторе заданной температуры реакцию конверсии топлива переводят в каталитический режим, осуществляя паровоздушную или воздушно-углекислотную, или паро-воздушно-углекислотную конверсию. Причем в зависимости от подаваемого соотношения воздуха к топливу, а также количества подаваемого углекислого газа и паров воды, протекание реакции в конверторе может осуществляться в различных режимах, например может быть переведено как в режим полного окисления, так и в режим генерации водородсодержащего газа или синтез-газа. Продукты реакции поступают в теплообменник, нагревая теплоноситель, циркулирующий по системе охлаждения ДВС и/или системе кондиционирования/обогрева автомобиля. В результате происходит прогрев ДВС перед его пуском и прогрев салона автомобиля. Прогрев ДВС и прогрев салона автомобиля можно осуществлять как одновременно, так и отдельно друг от друга, если таковая возможность предусмотрена в конструкции транспортного средства, либо путем установки дополнительного необходимого для этого оборудования. Изменение соотношения воздуха к топливу, количества подаваемого углекислого газа и паров воды, а также скорости их подачи будет приводить к изменению выделяемой тепловой мощности, за счет чего можно проводить варьирование скорости прогрева ДВС и салона автомобиля. При возникающей необходимости, ГТГ путем задания необходимого соотношения воздуха к топливу, а также количества подаваемого углекислого газа и паров воды, переводится в режим генерации водородсодержащего газа или синтез-газа, и образующиеся продукты реакции используются на борту автомобиля для различных нужд.As the starting system, an electric and / or flame heater is used, operating on air and the source fuel. At start-up, the converter can be heated by passing electric current directly through the electrically conductive elements of the catalyst or by flame igniting the fuel-air mixture. When the set temperature is reached in the converter, the fuel conversion reaction is transferred to the catalytic mode by vapor-air or air-carbon dioxide or steam-air-carbon dioxide conversion. Moreover, depending on the supplied ratio of air to fuel, as well as the amount of supplied carbon dioxide and water vapor, the reaction in the converter can be carried out in various modes, for example, can be transferred both to the full oxidation mode and to the mode of generating a hydrogen-containing gas or synthesis gas. gas. The reaction products enter the heat exchanger, heating the coolant circulating through the ICE cooling system and / or the air conditioning / heating system of the car. As a result, the internal combustion engine warms up before it starts and the car interior warms up. Warming up the internal combustion engine and warming up the car interior can be carried out both simultaneously and separately from each other, if such a possibility is provided for in the design of the vehicle, or by installing additional equipment necessary for this. A change in the ratio of air to fuel, the amount of carbon dioxide and water vapor supplied, as well as their feed rate will lead to a change in the generated heat output, due to which it is possible to vary the heating rate of the internal combustion engine and the passenger compartment. When the need arises, the GTG, by setting the required ratio of air to fuel, as well as the amount of supplied carbon dioxide and water vapor, is transferred to the mode of generating hydrogen-containing gas or synthesis gas, and the resulting reaction products are used on board the car for various needs.
В качестве основного топлива, подаваемого непосредственно в двигатель, и топлива, подаваемого в ГТГ, может использоваться топливо одного или разного состава - либо углеводороды, либо спирты, либо эфиры, преимущественно природный газ, попутный нефтяной газ, пропан-бутановая смесь, бензин, дизельное топливо, либо биодизельное топливо, либо метанол, либо этанол, либо диметиловый эфир. Каталитическая паровоздушная или воздушно-углекислотная, или паро-воздушно-углекислотная конверсия осуществляется при временах контакта выше 10-3 с, в основном в интервале 10-2-1 с, преимущественно 10-1-1 с.As the main fuel supplied directly to the engine, and the fuel supplied to the State Tretyakov Gallery, fuel of one or different composition can be used - either hydrocarbons, or alcohols, or ethers, mainly natural gas, associated petroleum gas, propane-butane mixture, gasoline, diesel fuel, or biodiesel, or methanol, or ethanol, or dimethyl ether. Catalytic vapor-air or air-carbon dioxide, or steam-air-carbon dioxide conversion is carried out at contact times above 10 -3 s, mainly in the range of 10 -2 -1 s, mainly 10 -1 -1 s.
В качестве конвертора используется каталитический реактор, содержащий катализатор, обеспечивающий конверсию топлива до продуктов полного окисления или генерацию водородсодержащего газа или синтез-газа. Катализатор в каталитическом реакторе может помещаться в виде гранул различной формы и размера, блоков и пеноматериала с системой газопроницаемых каналов. Для улучшения теплопроводности катализатор может дополнительно наноситься на металлический, керамический или металлокерамический носитель. Этот носитель может быть сформирован в структуру, содержащую систему каналов (в том числе и микроканалов) различной геометрии и конфигурации, обеспечивающих газопроницаемость через каталитический блок.A catalytic reactor containing a catalyst is used as a converter, which provides the conversion of fuel to the products of complete oxidation or the generation of a hydrogen-containing gas or synthesis gas. The catalyst in the catalytic reactor can be placed in the form of granules of various shapes and sizes, blocks and foam with a system of gas-permeable channels. To improve thermal conductivity, the catalyst can additionally be applied to a metal, ceramic or cermet carrier. This carrier can be formed into a structure containing a system of channels (including microchannels) of various geometries and configurations providing gas permeability through a catalytic unit.
В качестве примера, на чертеже схематично изображено предлагаемое устройство предпускового подогрева двигателя, автономного отопления, генерации водородсодержащего газа в сопряжении с основными системами, обеспечивающими его функционирование.As an example, the drawing schematically depicts the proposed device preheating engine, autonomous heating, the generation of hydrogen-containing gas in conjunction with the main systems that ensure its operation.
Один из вариантов способа работы ГТГ заключается в следующем.One of the options for the way the GTG works is as follows.
Для запуска ГТГ, топливо из автомобильного бака или баллона 1 при помощи системы подачи и дозирования 2, включающей соответствующие устройства, через теплообменник 5 подают в систему запуска 6, снабженную при необходимости системой предварительного подогрева. Туда же с помощью системы подачи 3 и дозирования 4, через теплообменник 5 подают воздух в качестве окислителя. Смесь воздуха и топлива подают в соотношении, превышающем стехиометрическое значение для реакции полного окисления на 15-20%. Подготовленную смесь воспламеняют свечой системы запуска 6. Продуктами горения разогревают конвертор 7 генератора тепла и газа, удаляя продукты реакции горения через систему выпуска 9. По мере нагрева катализатора в конверторе реакцию переводят из режима пламенного горения в режим каталитической реакции, подавая часть образующихся паров воды и углекислого газа обратно с помощью системы подачи 3 и дозирования 4, через теплообменник 5 на вход в конвертор 7 генератора тепла и газа, осуществляя тем самым паровоздушную или воздушно-углекислотную, или паро-воздушно-углекислотную конверсию. При этом количество и соотношение подаваемых паров воды и углекислого газа предварительно регулируют, например путем конденсации или конденсации с последующим испарением. Горячие продукты реакции (ПР), проходя через теплообменник 5, производят нагрев холодного теплоносителя (XT). Горячий теплоноситель (ГТ), циркулируя через систему охлаждения двигателя и систему кондиционирования салона автомобиля, производит предпусковой нагрев двигателя и нагрев салона транспортного средства. Необходимость в первоначальном воспламенении топливно-воздушной смеси пропадает, если для первоначального разогрева катализатора в конверторе ГТГ используют, например, электрический нагрев. Теплообменник 5, система запуска 6, конвертор 7 и система управления 9 могут быть выполнены как отдельные части ГТГ, так и быть интегрированы друг с другом.To start the GTG, the fuel from the car tank or cylinder 1 using the feed and batching system 2, including the corresponding devices, is fed through the heat exchanger 5 to the start-up system 6, which is equipped with a preheating system if necessary. There, using the feed system 3 and dosing 4, air is supplied through the heat exchanger 5 as an oxidizing agent. The mixture of air and fuel is supplied in a ratio exceeding the stoichiometric value for the complete oxidation reaction by 15-20%. The prepared mixture is ignited by a candle of the start-up system 6. The combustion products of the heat and gas generator 7 are heated by the combustion products, removing the products of the combustion reaction through the exhaust system 9. As the catalyst is heated in the converter, the reaction is transferred from the flame combustion mode to the catalytic reaction mode, supplying part of the generated water vapor and carbon dioxide back using the supply system 3 and dosing 4, through the heat exchanger 5 to the inlet of the converter 7 of the heat and gas generator, thereby realizing steam-air or carbon-dioxide uy, or vapor-air-carbon dioxide conversion. The amount and ratio of the supplied water vapor and carbon dioxide is pre-regulated, for example by condensation or condensation followed by evaporation. Hot reaction products (PR), passing through the heat exchanger 5, produce heating of the coolant (XT). Hot coolant (GT), circulating through the engine cooling system and the air conditioning system of the vehicle interior, produces engine pre-heating and vehicle interior heating. The need for the initial ignition of the air-fuel mixture disappears if, for example, electric heating is used for the initial heating of the catalyst in the GTG converter. The heat exchanger 5, the start-up system 6, the converter 7 and the control system 9 can be performed as separate parts of the GTG, and can be integrated with each other.
При достижении заданной температуры в катализаторе, например 600°С, посредством систем подачи и дозирования 2 и 4 устанавливают соотношение между воздухом и топливом, α=0,4-0,45 от стехиометрического. В этом случае ГТГ переводится в режим генерации водородсодержащего газа. Получаемый водородсодержащий газ может быть далее использован в автомобиле для различных нужд (в двигателе внутреннего сгорания, в системах очистки отработанных газов и других системах). Необходимое количество паров воды и/или углекислый газ, требующееся для проведения паровоздушной или воздушно-углекислотной, или паро-воздушно-углекислотной конверсии, в этом случае, например, отбирается из выхлопных газов ДВС и подается с помощью системы подачи 3 и дозирования 4, через теплообменник 5 на вход в конвертор 7 генератора тепла и газа. В дальнейшем для работы устанавливают оптимальное соотношение между реакционными компонентами, подаваемыми в конвертор ГТГ 7, при помощи систем подачи и дозирования 2 и 4.Upon reaching a predetermined temperature in the catalyst, for example 600 ° C, the ratio between air and fuel, α = 0.4-0.45 of the stoichiometric value, is established by means of supply and dosing systems 2 and 4. In this case, the GTG is put into the mode of generating a hydrogen-containing gas. The resulting hydrogen-containing gas can be further used in a car for various needs (in an internal combustion engine, in exhaust gas purification systems and other systems). The required amount of water vapor and / or carbon dioxide, required for conducting steam-air or air-carbon dioxide, or steam-air-carbon dioxide conversion, in this case, for example, is taken from the exhaust gases of the internal combustion engine and fed using the feed system 3 and dosing 4, through a heat exchanger 5 at the entrance to the converter 7 of the heat and gas generator. Further, for work, the optimal ratio between the reaction components supplied to the GTG 7 converter is established using the feed and batching systems 2 and 4.
Управление запуском и работой ГТГ, а также всеми сопутствующими системами производят при помощи микропроцессорной системы (системы управления) 9, подключаемой к бортовой электрической системе транспортного средства. Такая микропроцессорная система может работать как автономно, так и совместно с электронной системой управления автомобиля.The start-up and operation of the State Tretyakov Gallery, as well as all associated systems, are controlled by a microprocessor system (control system) 9 connected to the vehicle’s on-board electrical system. Such a microprocessor system can work both autonomously and in conjunction with an electronic vehicle control system.
Рассмотренный пример не показывает и не ограничивает всех возможных вариантов реализации конструкции и способа работы ГТГ. Предлагаемый в настоящем изобретении способ позволяет, с одной стороны, при помощи протекания каталитической реакции проводить быстрый прогрев двигателя и салона автомобиля, а с другой стороны, производить генерацию водородсодержащего газа на борту транспортного средства.The considered example does not show and does not limit all possible options for the implementation of the design and method of operation of the State Tretyakov Gallery. Proposed in the present invention, the method allows, on the one hand, by using a catalytic reaction to quickly warm up the engine and the passenger compartment of the car, and on the other hand, to generate hydrogen-containing gas on board the vehicle.
Проведение паровоздушной или воздушно-углекислотной, или паро-воздушно-углекислотной конверсии позволяет избегать зауглероживания катализатора, увеличить ресурс работы системы и продлить срок ее службы.Carrying out steam-air or air-carbon dioxide, or steam-air-carbon dioxide conversion allows you to avoid carbonization of the catalyst, increase the life of the system and extend its service life.
Таким образом, предлагаемое изобретение улучшает показатели безопасности, комфорта, экономичности, долговечности и экологической чистоты автомобиля, так как до начала поездки: двигатель прогрет и легко заводится, что не только экономит время и силы, но и позволяет заметно снизить потребление топлива, общую нагрузку на аккумулятор, износ двигателя и объем вредных выбросов; в салоне тепло, что повышает удобство вождения, улучшает реакцию и дает возможность спокойно пристегнуть ремень (не нужно сидеть в машине в громоздкой верхней одежде); стекла свободны ото льда и снега, не запотевают, не примерзают "дворники", что обеспечивает хороший обзор с самого начала поездки.Thus, the present invention improves the safety, comfort, economy, durability and environmental cleanliness of the car, since before the trip: the engine is warm and easy to start, which not only saves time and effort, but also significantly reduces fuel consumption, the overall load battery, engine wear and emissions; the interior is warm, which increases driving comfort, improves reaction and makes it possible to easily fasten your seat belt (no need to sit in the car in bulky outer clothing); the windows are free of ice and snow, they do not fog up, and the wipers do not freeze, which provides a good overview from the very beginning of the trip.
Использование предлагаемого изобретения для получения водородсодержащего газа на борту автомобиля с искровым ДВС позволяет существенно уменьшать токсичность выхлопных газов при одновременном снижении расхода топлива, что достигается благодаря добавкам водородсодержащего газа к основному топливу и перевода двигателя на работу с обедненными топливными смесями.The use of the present invention to produce hydrogen-containing gas on board a vehicle with a spark internal combustion engine can significantly reduce the toxicity of exhaust gases while reducing fuel consumption, which is achieved due to the addition of hydrogen-containing gas to the main fuel and the transfer of the engine to work with lean fuel mixtures.
Использование предлагаемого изобретения для получения водородсодержащего газа на борту автомобиля с дизельным ДВС будет существенно уменьшать токсичность выхлопных газов, в первую очередь за счет снижения в них концентрации оксидов азота при использовании получаемого водородсодержащего газа в соответствующих системах очистки.The use of the present invention to produce hydrogen-containing gas on board a car with a diesel engine will significantly reduce the toxicity of exhaust gases, primarily by reducing the concentration of nitrogen oxides in them when using the resulting hydrogen-containing gas in the respective cleaning systems.
Claims (25)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010121389/11A RU2440507C1 (en) | 2010-05-26 | 2010-05-26 | Device for pre-startup heating of engine, independent heating, generation of hydrogen-bearing gas and operating method of device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010121389/11A RU2440507C1 (en) | 2010-05-26 | 2010-05-26 | Device for pre-startup heating of engine, independent heating, generation of hydrogen-bearing gas and operating method of device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2440507C1 true RU2440507C1 (en) | 2012-01-20 |
Family
ID=45785733
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2010121389/11A RU2440507C1 (en) | 2010-05-26 | 2010-05-26 | Device for pre-startup heating of engine, independent heating, generation of hydrogen-bearing gas and operating method of device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2440507C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2014168503A1 (en) * | 2013-04-11 | 2014-10-16 | Общество с ограниченной ответственностью "Уникат" | Device for preheating an internal combustion engine and/or automatic heating |
| CN114955994A (en) * | 2022-06-14 | 2022-08-30 | 中南大学 | Hydrogen production device and system by cracking alcohol fuel |
-
2010
- 2010-05-26 RU RU2010121389/11A patent/RU2440507C1/en active
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2014168503A1 (en) * | 2013-04-11 | 2014-10-16 | Общество с ограниченной ответственностью "Уникат" | Device for preheating an internal combustion engine and/or automatic heating |
| CN114955994A (en) * | 2022-06-14 | 2022-08-30 | 中南大学 | Hydrogen production device and system by cracking alcohol fuel |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6655130B1 (en) | System and controls for near zero cold start tailpipe emissions in internal combustion engines | |
| US6302683B1 (en) | Catalytic combustion chamber and method for igniting and controlling the catalytic combustion chamber | |
| RU2593736C2 (en) | Method for operation of heating device and heating device | |
| EP1030394A2 (en) | Power generation system using a solid oxide fuel cell and method | |
| US20050274107A1 (en) | Reforming unvaporized, atomized hydrocarbon fuel | |
| US20030000145A1 (en) | Method for starting a fast light-off catalytic fuel reformer | |
| US20060179819A1 (en) | System and method for reducing vehicle emissions and/or generating hydrogen | |
| US6887436B1 (en) | Fast light-off catalytic reformer | |
| US20080107937A1 (en) | Electrically-heated metal vaporizer for fuel/air preparation in a hydrocarbon reformer assembly | |
| JP5159800B2 (en) | Hydrogen supply device for internal combustion engine and operation method of internal combustion engine | |
| JP2007040203A (en) | Internal combustion engine and start control device for internal combustion engine | |
| CN101023024A (en) | A process for the catalytic partial oxidation of a liquid hydrocarbonaceous fuel | |
| US7047909B1 (en) | Methods of operating a compression ignition engine and a vehicle system | |
| US6244044B1 (en) | Method for reducing cold-start hydrocarbon emissions in a gasoline, natural gas, or propane fueled engine | |
| JP2005183397A (en) | Fuel cell system | |
| RU2399507C1 (en) | Device for engine prestart warm-up, heating, hydrogen-containing gas generation and method of its operation | |
| US20070084116A1 (en) | Reformer system having electrical heating devices | |
| US20050198900A1 (en) | Method and apparatus for fuel/air preparation for a hydrocarbon reformer | |
| JP2004115013A (en) | Heating system for vehicle | |
| RU2440507C1 (en) | Device for pre-startup heating of engine, independent heating, generation of hydrogen-bearing gas and operating method of device | |
| WO2004110596A1 (en) | Process and apparatus for catalytic conversion of hydrocarbons for generating a gas rich in hydrogen | |
| CN101457715A (en) | Mobile hydrogen making engine fuel system and device thereof | |
| RU99384U1 (en) | DEVICE FOR PRE-STARTING HEATING OF THE ENGINE, AUTONOMOUS HEATING, HYDROGEN-CONTAINING GAS GENERATION | |
| CN103210193B (en) | Fuel reformer | |
| RU2488013C2 (en) | Method of operating internal combustion engine |