CZ21909U1 - Energetický systém kogenerační jednotky s generátorem vodíku a kyslíku pro řízené dávkování paliv a směsi vodíku a kyslíku do spalovacího prostoru motoru kogenerační jednotky - Google Patents

Description

Oblast techniky

Technické řešení umožňuje řízené dávkování paliv a směsi vodíku a kyslíku ze zdroje vodíkového generátoru do spalovacího prostoru motoru kogenerační jednotky bez nutnosti skladování směsi vodíku a kyslíku, s cílem dosažení výrazného zvýšení účinnosti motoru, výrazného snížení spotřeby paliva a snížení produkce toxických plynů.

Dosavadní stav techniky to V současné době jsou v České republice a v Evropské unii využívány kogenerační jednotky s alternativami zdrojů paliva - zemní plyn, topné oleje, bioplyn, rostlinný olej, nafta a dřevoplyn.

Při využívání těchto zdrojů paliv dochází k nežádoucím emisím toxických látek do ovzduší, k tvorbě skleníkových plynů a k nízkému potenciálu energetického využívání paliv.

Navrhovaný energetický systém kogenerační jednotky s generátorem vodíku a kyslíku pro řízené dávkování paliv a směsi vodíku a kyslíku do spalovacího prostoru motoru kogeneračních jednotek není v České republice vyvinut a využíván. V někteiých zemích Evropské unie v současné ^j době probíhá vývoj a zkušební provoz s dávkováním paliv a směsi vodíku a kyslíku z vodíkových generátorů do spalovacích prostor motoru kogeneračních jednotek, výstupy tohoto vývoje a funkčních zkoušek nejsou v současné době v těchto zemích využívány komerčně.

Jedním z pozitivních efektů navrhovaného energetického systému vazby kogenerační jednotky s generátorem vodíku a kyslíku k jeho dávkování do spalovacího prostoru motoru kogenerační jednotky je mimo efektu výrazného snížení spotřeby paliva a snižování emisí kysličníku uhličitého, uhelnatého a oxidu dusíku, vyloučení nežádoucího skladovacího efektu vodíku a tím i nebezpečí výbuchu, včetně náročného a nákladného vytváření směsi vodíku a kyslíku ze skladovaného zdroje vodíku.

Podstata řešení

Uvedené nevýhody odstraňuje energetický systém kogenerační jednotky s generátorem vodíku a kyslíku pro řízené dávkování paliv a směsi vodíku a kyslíku do spalovacího prostoru motoru kogenerační jednotky, obsahující generátor vodíku a kyslíku a motor s kogenerační jednotkou, jehož podstata je v tom, že komora suchého lamelového elektrolyzéru generátoru vodíku a kyslíku je propojena svou horní částí shromažďování kyslíku a vodíku přes potrubí do zásobníku elektrolytu s tím, že prodloužené potrubí prochází vnitrním prostorem zásobníku elektrolytu do jeho spodní části, přičemž následný vnitřní prostor na trase probublávajícího plynu je ve vrchní části zásobníku elektrolytu napojen na výstupní potrubí vodíku a kyslíku, které je přes spojovací hadici a přes vzduchový filtr napojen do sacího potrubí a do spalovacího prostoru motoru kogenerační jednotky, přičemž generátor vodíku a kyslíku je napojen na ovládací zdroj stejnosměrného proudu.

Navrhovaný energetický systém kogeneračních jednotek s generátory vodíku a kyslíku pro řízené dávkování paliv a směsi vodíku a kyslíku do spalovacích prostor motoru kogeneračních jednotek, vykazuje při optimálním dávkování paliv a směsi vodíku a kyslíku do spalovacích prostor motoru těchto kogeneračních jednotek výrazné pozitivní efekty:

- snížení spotřeby paliva o 10 až 15 % s možností dalšího snižování spotřeby paliva s postupujícím vývojovým procesem

- zvýšení výkonu na hřídeli motoru o 5 % přesunem z tepelné energie, kde dochází ke snížení výroby tepla cca o 15 %

-1 CZ 21909 Ul

- prodloužení životnosti motoru

- snížení emisí kysličníku uhličitého až o 50 %

- snížení emisí kysličníku uhelnatého až o 90 %

- snížení emisí oxidů dusíku až o 20 %

- snížení produkce prachových částic až o 81 %.

Přehled obrázků na výkresech

Řešení bude blíže osvětleno na připojených výkresech, které znázorňují energetický systém kogenerační jednotky s generátorem vodíku a kyslíku pro řízené dávkování paliv a směsi vodíku a kyslíku do spalovacího prostoru motoru kogenerační jednotky v nárysném pohledu z pravého a levého boku (obr. 1, obr. 2).

Příklad provedení technického řešeni

Proces dávkování vodíku a kyslíku probíhá ze zdroje generátoru vodíku a kyslíku 1 do spalovacího prostoru 2 motoru 3 kogenerační jednotky 4; je založen v komoře 5 suchého lamelového elektrolyzéru 6, přičemž v horní části komory 5 lamelového elektrolyzéru 6 se vodík a kyslík hromadí, odtud je veden prostřednictvím potrubí 7 do zásobníku elektrolytu 8 s tím, že prostřednictvím prodlouženého potrubí 7, pronikajícím vnitřním prostorem zásobníku elektrolytu 8 do jeho spodní části, z této spodní Části probublává vnitřním prostorem zásobníku elektrolytu 8 do jeho vrchní Části, a dále je pak výstupním potrubím 9 vodíku a kyslíku odváděn prostřednictvím spojovací hadice 10 do vzduchového filtru 11 nebo přímo do sacího potrubí 12 a do spalovacího prostoru 2 motoru 3 kogenerační jednotky 4. Založení procesu výroby vodíku a kyslíku vodíkového generátoru I je ovládáno zapínáním nebo vypínáním zdroje stejnosměrného proudu 13.

Prostřednictvím bezpečnostní a kontrolní jednotky 14, která je součástí řídicí jednotky 15 vodíkového generátoru 1 a prostřednictvím elektrického vedení Γ7 mezi bezpečnostní a kontrolní jednotkou 14 a palivovým čerpadlem 16 je zajištěno ovládání procesu výroby vodíku a kyslíku vodíkovým generátorem 1 v závislosti na chodu motoru 3, kogenerační jednotky 4.

Funkce

Proces dávkování směsi vodíku a kyslíku ze zdroje generátoru vodíku a kyslíku do spalovacího prostoru motoru kogenerační jednotky lze orientovat na kogenerační jednotky v alternativách:

- kapalná paliva - nafta, topný olej, rostlinný olej,

- plynná paliva - zemní plyn, bioplyn, dřevoplyn

- kombinovaná paliva - nafta - zemní plyn nafta - bioplyn nafta - dřevoplyn.

Využitím směsi vodíku a kyslíku jeho dávkováním z výše uvedeného generátoru I vodíku a kyslíku, je efekt vznikající specielně využitím této směsi ve spalovacím prostoru 2 motorů 3 kogeneračních jednotek 4, který nelze dosáhnout klasickým dávkováním normálního molekulárního vodíku. Získávání této mimořádně účinné dávkovači směsi vodíku a kyslíku jeho komprimací, bez využití libovolného generátoru či zdroje vodíku a kyslíku, by bylo natolik nákladné, že by byly výše uvedené výrazné pozitivní efekty bez navrhovaného řešení ekonomicky neproveditelné.

Energetický systém kogenerační jednotky s generátorem I vodíku a kyslíku pro řízené dávkování paliv a směsi vodíku a kyslíku do spalovacího prostoru 2 motoru 3 kogenerační jednotky 4 je založen na výrobě ionizovaného vodíku a kyslíku procesem elektrolýzy v suchém lamelovém elektrolyzéru 6, který je opatřen systémem lamelových elektrod 18.

Směs elektrolýzou získaného vodíku a kyslíku vzniklého působením pulzního napětí a proudu řízeného pulzním měničem, který je součástí řídicí jednotky 15, s bezpečnostní a kontrolní jed-2CZ 21909 Ul notkou 14, ze zdroje 13 stejnosměrného proudu probíhajícím mezi anodou 19 a katodou 20 a doplňkovými elektrodami v suchém lamelovém elektrolyzéru 6, je dále vedena prostřednictvím potrubí 7 do zásobníku 8 elektrolytu, kterým v jeho vnitřním prostoru probublává ze spodní části tohoto prostoru do jeho vrchní části, s tím, že je pak přes výstupní potrubí 9 spojovací hadicí 10 veden do vzduchového filtru H nebo přímo do sacího potrubí 12 a dále do spalovacího prostoru 2 motoru 3 kogenerační jednotky 4 s tím, že v tomto spalovacím prostoru 2, do kterého vstupuje v optimálním množství a poměru oproti spalovací směsi vzduchu a paliva ve spalovacím prostoru 2 motoru 3.

Efekt snižování spotřeby paliva motoru 3 kogenerační jednotky 4 a prodlužování životnosti motoru 3 vzniká zrychlováním průběhu hoření s vyšší term řekou účinností a dokonalejším spalováním nespálených uhlovodíků HC vlivem dávkované směsi vodíku a kyslíku z generátoru 1 vodíku a kyslíku, do základní výbušné směsí ve spalovacím prostoru 2 motoru 3. Výsledným efektem dávkování směsi vodíku a kyslíku do spalovacího prostoru 2 motoru 3 kogenerační jednotky 4 je dále výrazné zvýšení účinnosti motoru 3 na jeho hřídeli, při současném snížení produkce tepla a teploty výfukových plynů. Tím dochází i ke snížení tvorby oxidu dusíku.

Dalším efektem spalovacího procesu motoru 3 s využitím dávkování směsi vodíku a kyslíku je snížení emisí kysličníku uhličitého až o 50 %, snížení emisí kysličníku uhelnatého až o 90 %, snížení emisí oxidu dusíku až o 20 % a současně i snížení produkce prachových částic až o 80 %.

Využití dávkování směsi vodíku a kyslíku z generátoru I vodíku a kyslíku do motorů 3 kogeneračních jednotek 4 je nová oblast využívání této směsi z tohoto zdroje, zejména při využívání u kogeneračních jednotek s výkonem nad 100 KWe.

Průmyslová využitelnost

Energetický systém kogenerační jednotky s generátorem vodíku a kyslíku pro řízené dávkování paliv a směsi vodíku a kyslíku do spalovacího prostoru motoru kogeneračních jednotek odstraňující nedostatky stávajících systémů kogeneračních jednotek, které tento systém nevyužívají, jako jsou pří využívání nafty, topných olejů, rostlinných olejů a plynných paliv nežádoucí emise toxických látek do ovzduší, tvorba skleníkových plynů a nižší potenciál energetického využívání paliv, se využije ve všech oblastech průmyslu a spotřebitelské sféře, kde je potřeba efektivně řešit výše uvedené problémy.

Claims (1)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Energetický systém kogenerační jednotky s generátorem vodíku a kyslíku pro řízené dávkování paliv a směsi vodíku a kyslíku do spalovacího prostoru motoru kogenerační jednotky, obsahující generátor (1) vodíku a kyslíku a motor (3) s kogenerační jednotkou (4), vyznačující se tím, že komora (5) suchého lamelového elektrolyzéru (6) generátoru (1) vodíku a kyslíku je propojena svou horní částí shromažďování kyslíku a vodíku přes potrubí (7) do zásobníku (8) elektrolytu s tím, že prodloužené potrubí (7) prochází vnitřním prostorem zásobníku (8) elektrolytu do jeho spodní části, přičemž následný vnitřní prostor na trase probublávajícího plynuje ve vrchní části zásobníku (8) elektrolytu napojen na výstupní potrubí vodíku a kyslíku generátoru (1) vodíku a kyslíku, které je přes spojovací hadici (10) a přes vzduchový filtr (11) napojen do sacího potrubí a do spalovacího prostoru (2) motoru (3).