EA024668B1 - Двигатель внутреннего сгорания с устройством для разложения воды на водород и кислород и газогенератором жидкого топлива - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к отрасли машиностроения, в частности к двигателестроению, а именно к конструкциям двигателей внутреннего сгорания, работающих на водороде и углеводородном топливе. Предлагаемое изобретение повышает экономическую и экологическую эффективность, обеспечивает взрывобезопасность устройства, а также дает возможность широко использовать более дешевый источник энергии и тепла. Достигается это тем, что выпускной коллектор сконструирован как парогенератор, соединённый трубопроводом с одной стороны с насосом и водяным баком, а с другой стороны через электрический нагреватель с электролизёром; в цилиндрическом герметичном корпусе электролизёра смонтирован набор дисковых пластин, выполняющих функцию электродов, на которые подаётся постоянный ток высокого напряжения, который составляет приблизительно 6000 вольт, возбуждающий электромагнитное поле, и функцию направляющих для движения перегретого водяного пара с температурой от 500 до 550°С между электродами по винтовой траектории и образующего при движении гравитационное поле. Под воздействием электрического и гравитационного полей водяной пар разлагается на водород и кислород. Центробежные силы гравитационного поля отбрасывают кислород на периферию электролизёра, а центростремительные силы гравитационного поля притягивают водород к её центру. Электролизёр соединён трубопроводом с охлаждаемой аккумулирующей ёмкостью водорода и отдельным трубопроводом с охлаждаемым кислород газогенератором, в котором содержится и поддерживается определённое количество топлива и в котором в результате неполного окисления жидкого топлива поступающим из

Description

Область техники

Изобретение относится к отрасли машиностроения, в частности к двигателестроению, а именно к конструкциям двигателей внутреннего сгорания, работающих на водороде и углеводородном топливе. Такие двигатели могут найти применение во всех областях применения современных ДВС, в том числе, на автомобилях, тракторах и танках, на морских и речных судах, в авиации.

Уровень техники

Известен двигатель внутреннего сгорания с устройством для генерирования горючих газов из смеси углеводородного топлива с водой. Двигатель содержит подогреватель смеси, установленный в выхлопном коллекторе, и газогенератор, который выполнен в виде кольца, внутри которого смонтирован ряд жаропрочных труб, и установлен между цилиндровой втулкой и крышкой цилиндра, в верхней части камеры сгорания (патент РФ № 2468222 от 27.11.12). Известен способ получения водорода и кислорода из водяного пара. Перегретый водяной пар с температурой от 500 до 550°С пропускают через постоянное электрическое поле высокого напряжения приблизительно 6000 В с получением водорода и кислорода (патент РФ № 2142905 от 20.12.1999 г.). Известен двигатель внутреннего сгорания, содержащий по меньшей мере один цилиндр, герметичный корпус электролизера, выполненный в виде герметичного катода цилиндрической формы, анод, выполненный в виде перфорированного цилиндра и концентрично корпусу-катоду с торцов закрепленный в нем диэлектрическими перфорированными вставками. Циркуляционный контур электролита выполнен в виде эжектора с возможностью в постоянно циркулирующем режиме подачи насосом и распыления форсункой в полость корпуса-катода (патент РФ № 2453715, Р02В 43/10, Р02М 27/04 от 20.06.2012). Наиболее близким из аналогов к предлагаемому изобретению является патент РФ № 2453715, который и выбран как прототип.

Недостатки

Во всех аналогах при разложении воды получают взрывоопасную смесь водорода с кислородом (именуемую гремучим газом или газом Брауна). Для генерирования горючего газа затрачивается значительная часть тепла и энергии. В прототипе применен традиционный высокоамперный электролизёр. Затраты на получение водорода и кислорода превышают стоимость эквивалентного количества топлива. Для уменьшения взрывоопасности смеси водорода и кислорода её смешивают с воздухом и направляют во впускной коллектор двигателя. Всё вышеуказанное снижает общий КПД двигателя.

Цель изобретения

Целью изобретения является: повышение экономической и экологической эффективности, обеспечение взрывобезопасности двигателя в эксплуатации, а также получение более дешевого источника энергии и тепла. Цель достигается благодаря тому, что двигатель внутреннего сгорания, содержащий по меньшей мере один цилиндр с впускным и выпускным клапанами, свечу зажигания, поршень и головку цилиндра, электролизёр с цилиндрическим герметичным корпусом электролизёра, впускной и выпускной коллекторы двигателя, отличается тем, что в выпускном коллекторе смонтирован парогенератор, соединённый трубопроводом с одной стороны с насосом и водяным баком, а с другой стороны через электрический нагреватель с электролизёром; в цилиндрическом герметичном корпусе электролизёра смонтирован набор дисковых пластин, выполняющих функцию электродов, на которые подаётся постоянный ток высокого напряжения, который составляет приблизительно 6000 вольт, возбуждающий электромагнитное поле, и функцию направляющих для движения перегретого водяного пара с температурой от 500 до 550°С между электродами по винтовой траектории и образующего при движении гравитационное поле; электролизёр соединён трубопроводом с охлаждаемой аккумулирующей ёмкостью водорода и отдельным трубопроводом с охлаждаемым кислород газогенератором, в котором содержится и поддерживается определённое количество топлива и в котором образуется в результате неполного окисления рабочей жидкости, поступающей из электролизёра, смесь горючих газов окиси углерода и водорода; при этом охлаждаемая аккумулирующая ёмкость водорода и охлаждаемый кислород газогенератор соединены трубопроводами через регулирующий вакуум редукторный клапан с впускным коллектором двигателя.

Сущность изобретения и его отличительные (от прототипа) признаки

На фигуре 1 изображен поперечный разрез традиционного карбюраторного двигателя внутреннего сгорания с горизонтальным разрезом парогенератора и схема соединения его с устройством для разложения водяного пара на водород и кислород и газогенератором для генерирования жидкого топлива и схема подачи горючих газов во всасывающий коллектор двигателя внутреннего сгорания.

На фигуре 2 изображён продольный и поперечный разрезы цилиндрического герметичного корпуса электролизёра, который может быть также определён как гравитационное электрическое водородное устройство.

Заявляемый двигатель внутреннего сгорания с устройством для разложения воды на водород и кислород и газогенератором жидкого топлива содержит по меньшей мере один цилиндр с впускным 2 и выпускным 4 клапанами, свечу зажигания 3 (для дизельного двигателя форсункой подачи топлива), поршень и головку цилиндра, электролизер 10 с цилиндрическим герметичным корпусом 19 электролизера, впускной 16 и выпускной коллекторы двигателя; отличается тем, что в выпускном коллекторе смонтирован парогенератор 5, соединенный трубопроводом с одной стороны с насосом 6 и водяным баком 8, а с

- 1 024668 другой стороны через электрический нагреватель 9 с электролизером 10, в котором смонтирован набор дисковых пластин 20, выполняющих функцию электродов, на которые подается постоянный ток высокого напряжения, который составляет приблизительно 6000 вольт, возбуждающий электромагнитное поле, и функцию направляющих для движения перегретого водяного пара с температурой от 500 до 550°С между электродами по винтовой траектории и образующего при движении гравитационное поле; электролизёр 10 соединен трубопроводом с охлаждаемой аккумулирующей ёмкостью 12 водорода и отдельным трубопроводом с охлаждаемым кислород газогенератором 11, в котором содержится и поддерживается определенное количество топлива и в котором образуется смесь горючих газов окиси углерода и водорода; при этом охлаждаемая аккумулирующая ёмкость 12 водорода и охлаждаемый кислород газогенератор 11 соединены трубопроводами 18 через регулирующий вакуум редукторный клапан 17 с впускным коллектором 16 двигателя.

Данный двигатель внутреннего сгорания отличается ещё тем, что газогенератор 11 сконструирован для генерирования жидкого топлива в результате неполного окисления рабочей жидкости, поступающей из электролизера 10.

Описание рисунков

Цилиндр 1 с впускным 2 и выпускным 4 клапанами, свечой зажигания 3 (для дизельного двигателя форсункой подачи топлива), поршень и головку цилиндра, впускной 16 и выпускной коллекторы двигателя, электролизер 10 с цилиндрическим герметичным корпусом 19 электролизера, соединён с одной стороны через электрический нагреватель 9 с парогенератором 5, а с другой стороны с охлаждаемым газогенератором 11 жидкого топлива и с охлаждаемой аккумулирующей ёмкостью 12 водорода; топливоподкачивающий насос 13, соединённый с одной стороны с топливным баком 14, а с другой с газогенератором 11 и с карбюратором 15, установленным на впускном коллекторе 16, который соединён трубопроводами 18 через вакуум редукторный клапан 17 с газогенератором 11 жидкого топлива и с охлаждаемой аккумулирующей ёмкостью 12 водорода. Электролизер 10 содержит: корпус 19, дисковые пластины 20 с разрезом 23, которые имеют по одному центральному отверстию для монтажа в них перфорированной трубы 21, по три отверстия с диаметром 4-6 мм и по три отверстия с диаметром 10 мм в районах внешнего и внутреннего диаметров диска; изоляторы 22, изолирующие пакет дисковых пластин 20 и перфорированную трубу 21 от корпуса 19; штоки 24, на которые монтируются отдельно четные и нечетные дисковые пластины 20; изоляторы 25, изолирующие друг от друга чётные и нечетные дисковые пластины 20. Пакет дисковых пластин 20 собран таким образом, что дисковые пластины 20 образуют двойной шнек, при этом одноимённые (чётные и нечётные) дисковые пластины 20 электрически соединены между собой и изолированы от разноимённых, выполняя функцию электродов (катод и анод) и функцию направляющих для движения пара воды по винтовой траектории. Шаг шнеков определяется по формуле 8 = δ +2 х С, где 8 - шаг шнека, δ - толщина диска, равная 0,8-1,5 мм, С - зазор между дисковыми пластинами 20. Винтовая форма дисковой пластины 20 достигается фиксацией дисковой пластины 20 в отверстиях меньшего размера в определённых по высоте местах на штоке 24, жёстко фиксированном относительно корпуса 19. Шток 24, соединяющий одноименные дисковые пластины 20 (чётные или нечётные), обеспечивает электрическую связь между ними. Шток 24, соединяющий чётные пластины, проходит через изолятор 25 нечётной дисковой пластины 20, установленный в отверстие большего диаметра дисковой пластины 20, и обеспечивает изоляцию чётной дисковой пластины 20 от нечётной пластины 20. К штокам 24 подводится постоянный ток высокого напряжения, который составляет приблизительно 6000 вольт (или импульсный резонансный, или постоянный и импульсно-резонансный от известных типов генераторов). Газогенератор 11 выполнен в виде баллона, в котором установлен регулятор уровня жидкого топлива, аналогичный регулятору уровня в карбюраторе, и перфорированная трубка подачи кислорода (не указанные на чертеже).

Двигатель работает следующим образом: двигатель запускается и работает в обычном своём режиме на жидком топливе, например бензине. Топливо-подкачивающий насос 13 двигателя подает топливо из топливного бака в газогенератор 11 и в карбюратор 15, где соответствующие регуляторы уровня поддерживают определённое количество топлива. После прогрева двигателя, при достижении в парогенераторе 5 температуры от 150 до 200 °С включается насос подачи воды 6 и вода из бака 8 запаса воды через регулирующий клапан 7 поступает в парогенератор 5. В парогенераторе 5 вода преобразуется в пар определенных параметров, соответствующих температуре выпускных газов.

Из парогенератора 5 образовавшийся влажный пар пропускают через электрический нагреватель 9, в котором он превращается в перегретый пар и поступает в электролизер 10 через трубопровод входа, смонтированный на наружном корпусе 19. Если для разложения водяного пара на водород и кислород в электролизёр 10 применяется постоянный электрический ток высокого напряжения, который составляет приблизительно 6000 вольт, температуру перегретого пара поддерживают в пределах от 500 до 550° С. В случае применения резонансно-импульсного электрического тока высоковольтного напряжения температуру пара снижают до приблизительно 120-150° С. Поступивший в гравитационное электрическое водородное устройство 10 пар движется в электрическом поле между дисковыми пластинами 20 вихреобразно по винтовой траектории, создавая гравитационное (инерционное) поле. Под воздействием электрического и гравитационного полей водяной пар разлагается на водород и кислород. Центробежные силы

- 2 024668 гравитационного поля отбрасывают кислород на периферию электролизёра 10, а центростремительные силы гравитационного поля притягивают водород к её центру. Образовавшийся водород через перфорированную трубу 21 поступает по трубопроводу выхода в охлаждаемую аккумулирующую ёмкость 12, а кислород поступает через трубопровод выхода, смонтированный на наружном корпусе 19, в газогенератор 11, в котором кислород смешивается с топливом, окисляет его, образуя смесь горючих газов окиси углерода и водорода. Смесь горючих газов СО + Н₂ из газогенератора 11, а водород из аккумулирующей ёмкости 12 через вакуум редукторный клапан 17 поступают во впускной коллектор 16 и далее в соответствующий цилиндр двигателя.

Преимущества примененного способа разложения на водород и кислород водяного пара и генерирования жидкого топлива в горючий газ обусловлены тем, что процесс парообразования воды происходит за счёт теплоты выхлопных газов. Процесс разложения водяного пара происходит под воздействием электрического и гравитационного полей, что снижает энергетические затраты, увеличивает производительность устройства, разделяет кислород от водорода и обеспечивает взрывобезопасность. Экологическая безопасность двигателя возрастает до требований ЕВРО 6 и выше. Устройство может быть применено как на четырехтактных, так и на двухтактных двигателях. Также оно может быть применено как на карбюраторных, так и на дизельных двигателях.

Источники информации

1. Способ получения водорода и кислорода из воды. Патент Российской Федерации КИ 2142905; МПК С01В 3/00, С01В 13/02; 27.04.1988 г.

2. Способ производства топливного газа: патент США № 4936961, 1990 г., патент США № 5149507, 1992 г.

3. Патент РФ № 2468222, Р02В 43/10, Р02М 43/00, Р02М 31/08 от 27.11.2012.

4. Патент РФ № 2453715, Р02В 43/10, Р02М 27/04, С25В 9/06 от 20.06.2012.

5. Шпильрайн Э.Э. и др. Введение в водородную энергетику. - М.: Энерго-атомиздат, 1984. - 264 с.: ил.

6. Канарёв Ф.М. Начало физхимии микромира. Монография./Ф.М. Канарёв, 15-е издание. - К.: Краснодар, 2010. - 487 с. [электронный ресурс]. - Режим доступа: 1ιΠρ://\γ\γ\γ.ιηίοΐΌ-\\Όΐ1ύ.5ΐι.

Claims (2)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Двигатель внутреннего сгорания, содержащий по меньшей мере один цилиндр с впускным (2) и выпускным (4) клапанами, свечу зажигания (3), поршень и головку цилиндра, электролизёр (10) с цилиндрическим герметичным корпусом (19) электролизёра, впускной (16) и выпускной коллекторы двигателя, отличающийся тем, что в выпускном коллекторе смонтирован парогенератор (5), соединённый трубопроводом с одной стороны с насосом (6) и водяным баком (8), а с другой стороны через электрический нагреватель (9) с электролизёром (10); в котором смонтирован набор дисковых пластин (20), выполняющих функцию электродов, на которые подаётся постоянный ток высокого напряжения, который составляет приблизительно 6000 В, возбуждающий электромагнитное поле, и функцию направляющих для движения перегретого водяного пара с температурой от 500 до 550°С между электродами по винтовой траектории и образующего при движении гравитационное поле; электролизёр (10) соединён трубопроводом с охлаждаемой аккумулирующей ёмкостью (12) водорода и отдельным трубопроводом с охлаждаемым кислород газогенератором (11), в котором содержится и поддерживается определённое количество топлива и в котором образуется смесь горючих газов окиси углерода и водорода; при этом охлаждаемая аккумулирующая ёмкость (12) водорода и охлаждаемый кислород газогенератор (11) соединены трубопроводами (18) через регулирующий вакуум редукторный клапан (17) с впускным коллектором (16) двигателя.
2. 2. Двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что газогенератор (11) сконструирован для генерирования жидкого топлива в результате неполного окисления рабочей жидкости, поступающей из электролизера (10).