LV14416B - Jonu ģenerators iekšdedzes dzinēju un apkures katlu darbības efektivitātes uzlabošanai - Google Patents

Description

Izgudrojuma apraksts

Izgudrojums attiecas uz transportlīdzekļu izplūdes gāzu samazināšanas un degvielas ekonomēšanas iekārtām, konkrēti - uz transportlīdzekļu un apkures katlu kurināmo ekonomēšanu un izplūdes gāzu (CO, HC un cieto daļiņu) samazināšanu, bagātinot minēto iekārtu ieplūdes gaisu ar jonizētu gaisu un tā izveidojot optimizētu (uzlabotu) degvielas un gaisa maisījumu.

Zināma tehnikas līmeņa analīze

Autotransporta radītais piesārņojums ir izjūtams visās pasaules lielajās pilsētās, arī Rīgā (D. Schwela, 0. Zaļi „Urban Traffic Pollutiori’WHO, CD Book, 2006; Kleperis J., Danilane D., Prūse I., Luneva J. „Air pollution in Riga”; see book: Urbān transport VI :urban transport and the environment for the 21st century, ROYAUME-UNI, 2000, pp. 423-432). Automašīnu iekšdedzes dzinējos tiek sadedzināti ogļūdeņraži (benzīns, dīzeļdegviela, biodegviela) un izplūdes gāzēs nonāk degšanas produkti - tvana gāze (CO), slāpekļa oksīdi (NO_X), kvēpi (elementārais ogleklis C), nesadeguši ogļūdeņraži. Katalizatori izpūtējos pārvērš tvana gāzi par videi un cilvēkiem nekaitīgo CO2, bet, nokļūstot atmosfērā, tā veicina siltumnīcas efektu un tas jau ir pamanīts, ka Zemes klimats neatgriezeniski mainās (Background on WARM and EPA Emission Factors, EPA Organics Workshop, May 13, 2008, Anne Choate, ICF International; Greenhouse gas pollution from transport). Slāpekļa oksīdus dīzeļdzinēju izplūdes gāzēs cenšas samazināt, smidzinot izpūtējā urīnvielas ūdens šķīdumu, kas karstumā pārvēršas par amonjaku un ogļskābo gāzi, jo amonjaks reducē slāpekļa oksīdus līdz N2 (SCR katalīzes cikls), bet gaisā aiziet CO2 vēl vairāk.

Apkures katlos problēmas bieži sagādā cietā kurināmā degšanas spēja. Cietais kurināmais ar lielu mitruma koeficientu slikti deg, radot pamatīgu dūmošanu un dūmvadu aizsērēšanu.

Tikai izmainot ieplūdes gaisu (bagātinot to ar spēcīgāku oksidantu, piemēram, ozonu) ir iespējams iekšdedzes dzinējus un apkures katlus padarīt daudz tīrākus un efektīvākus.

Ir zināmas ierīces degvielas sastāva uzlabošanai bez tiešas saskarsmes ar degvielu, izmantojot, piemēram, ierīci, kas definētas patentā US 3976726 (1976): Glen E. Johnson, Fuel activation apparatus, vai vienkāršu stipra magnēta gredzenu: http://www.fuelmax.lv/index.php?lang=lat), vai izmantojot magnētiskā lauka ietekmi uz degvielu, tai saskaroties ar ierīci (skat. patenta pieteikumu WO 00/06888 (2000): Chang Soo Kim, Submersed device for reducing the polluting emissions and saving energy in hydrocarbon combustion vehicles; vai izmantojot patentu US 7377269 B1 (2008): Chiech-Jung Lai, Automobile fuel saver, vai izmantojot patentu EP 0384943 (1989): Tada Hideyo, Akuzawa Hideaki, Fuel activation method and fuel activation device).

Ir zināms, ka ūdeņradis stehiometriskā proporcijā ar skābekli ir degviela, kuras siltumspēja vismaz tris reizes lielāka kā benzīnam (uz svara vienību). Ir daudz patentu, jau sākot no 1913.gada, kur piedāvātas dažādas elektrolīzes iekārtas gāzu H2 un O2 piedevai iekšdedzes dzinēja degvielai (piemēram, US 5293857 (1994): Stanley Meyer, Hydrogen gas fuel and management system for an internai combustion engine utilizing hydrogen gas fuel; US 7100542 B2 (2006): Kenneth L. Ehresman, Hydrogen oxygen generation system for an internai combustion engine). Pievienojot elektrolīzes gāzes degvielai, tiek veikta iejaukšanās degvielas padeves sistēmā, kas dažās valstīs, Latviju ieskaitot, tiek uzskatīts par neatļautu automašīnas tehnisko pārbūvi.

Ir zināmas ierīces gaisa-degvielas maisījuma aktivēšanai (skat. patentpieteikumu US 2006/0011175 Al: Otto Regner, Fuel saver), kas nemaina ieplūdes gaisa sastāvu, bet tikai uzlabo gaisa-degvielas sastāva sajaukšanos un sadegšanu. Izplūdes gāzēs ir nemainīgs daudzums slāpekļa oksīdu, samazinās tikai nesadegušie ogļūdeņraži un kvēpu daudzums.

Ir zināmas ierices ieplūdes gaisa aktivēšanai (skat. patentu US 5419357: D.M. McAllister, Air ionizer for internai combustion engines), kas tikai pārvērš gaisa skābekli par ozonu un slāpekli par slāpekļa oksīdiem, tādējādi uzlabojot degvielas sadegšanu un tikai nedaudz palielinot skābekļa koncentrāciju ieplūdes gaisā uz slāpekļa oksīdu rēķina. Izplūdes gāzēs joprojām ir daudz slāpekļa oksīdu, nemaz netiek samazinātas CO2 emisijas, samazinās tikai nesadegušie ogļūdeņraži un kvēpu daudzums. Arī patentā US 6675780B1, A.G.Wendels et.al. tiek patentēts gaisa jonizators ieplūdes gaisa bagātināšanai iekšdedzes dzinējos.

Izgudrojuma mērķis, tā būtība un īss izklāsts

Šis izgudrojums ir būtiski uzlabots gaisa jonizators ieplūdes gaisa bagātināšanai iekšdedzes dzinējos un apkures katlos. Izgudrojuma tehniskais mērķis ir uzlabot jonu ģeneratora jonizācijas kameras funkciju, lai nodrošinātu jonizēta gaisa un ūdens tvaiku plūsmu jonu vēja veidā. Jona ģeneratora barošanā tiek izmantota 12V akumulatora baterija vai ari 230V 50Hz tīkla spriegums. Nepieciešamības gadījumā var izmantot arī cita veida barošanas avotu.

Piedāvātā jonu ģeneratora 1.varianta blokshēma ir attēlota 1.zīmējumā. Tas sastāv no impulsa ģeneratora, kura ģenerētais impulss tiek pievadīts augstsprieguma transformatora primārajam tinumam. Augstsprieguma transformatora sekundārā tinuma spole caur sprieguma daudzkāršotāju un augstsprieguma diodi ir pieslēgta jonizācijas kamerai. Jonizācijas kamera ir ievietota iekšdedzes dzinēja ieplūdes gaisa kanālā tā, lai viss ieplūstošais gaiss ietu caur gaisa jonizācijas kameru. Jonizācijas kamera sastāv no plastikāta cilindra ar labām dielektriskām īpašībām un speciāli veidotiem izlādes elektrodiem caurules abos galos. Jonu ģenerators ir kombinēts ar iekšdedzes dzinējiem automobiļos un citās iekšdedzes dzinēju iekārtās, ievietojot tā jonizācijas kameru ieplūdes gaisa kanālā pirms gaisa filtra vai arī pēc tā. Jonu ģeneratoru var kombinēt arī ar cietā kurināmā apkures katlu, jonizācijas kameru novietojot tieši pie gaisa vilkmes atveres kurtuvē. Jonu ģenerators tiek iedarbināts, tiklīdz tiek iedarbināts iekšdedzes dzinējs vai arī iekurināts apkures katls. Piedāvātai jonu ģenerators, kurš jonizē ieplūdes gaisu iekšdedzes dzinējos un apkures katlos, ļauj ietaupīt degvielu un kurināmo līdz pat 30 procentiem un samazināt CO, HC un cietās daļiņas izplūdes gāzēs par 50 - 80% un ir atšķirīgs ar to, ka jonu ģeneratora jonizācijas kamerā tiek panākta jonizētā gaisa izteikta virziendarbība jonu vēja veidā.

Piedāvātā jonu ģeneratora 2.varianta blokshēma ir attēlota 2.zīmējumā. Tas sastāv no impulsa ģeneratora, kura ģenerētais impulss tiek pievadīts augstsprieguma transformatora primārajam tinumam. Augstsprieguma transformatora sekundārā tinuma spole caur sprieguma daudzkāršotāju un augstsprieguma diodi ir pieslēgta jonizācijas kamerai. Jonizācijas kamera ir ievietota iekšdedzes dzinēja ieplūdes gaisa kanālā tā, lai viss ieplūstošais gaiss ietu caur gaisa jonizācijas kameru. Jonizācijas kamera sastāv no plastikāta cilindra ar labām dielektriskām īpašībām un speciāli veidotiem izlādes elektrodiem caurules abos galos. Papildus gaisa jonizācijas kameras ieplūdē ir ievadīts ūdens tvaika padeves mehānisms. Tas sastāv no ūdens tvaika ģeneratora, kurā iztvaicē ūdeni. Ūdens tvaiki caur tvaika ieplūdi tiek iesmidzināti gaisa ieplūdes kanālā pie jonizācijas kameras ieplūdes. Ģenerators šajā variantā ir atšķirīgs ar to, ka jaudīgākos iekšdedzes dzinējos un it īpaši apkures katlos jonu ģeneratora jonizācijas kamerā papildus tiek smidzināts ūdens tvaiks, kas jonizācijas kamerā sadalās tādos radikāļos kā OH, H, O un HO2. Papildinot ieplūdes gaisu ar šiem savienojumiem un elementiem pēc 2.zīmējumā attēlotās blokshēmas, papildus uzlabojas degšana un samazinās kaitīgo izplūdes gāzu emisija

Izgudrojums detalizēti ir ilustrēts 3. un 4. zīmējumā, pie kam 3.zīmējumā ir attēlota jonu ģeneratora principiālā shēma 1.variantā, 4.zīmējumā ir attēlota jonu ģeneratora principiālā shēma

2.variantā.

Pievienotajos zīmējumos ir izmantoti sekojoši apzīmējumi: A ir augstsprieguma impulsu ģenerators; B ir jonizācijas kamera; C ir ūdens tvaiku ģenerators (tikai 4.zīm.); 1 ir barošanas avots; 2 ir vienpolāru impulsu ģenerators; 3 ir MOSFET tranzistors; 4 ir augstsprieguma transformators; 5 ir sprieguma daudzkāršotājs; 6 ir gaisa ieplūdes caurule; 7 ir jonizācijas kamera; 8 ir jonizācijas kameras blīvējums; 9 ir gaisa caurules izplūde; 10 ir ūdens tvaiku ieplūdes sprausla, 11 ir ūdens tvaiku ģenerators un 12 ir ūdens tvertne (pedejie trīs apzīmējumi ir tikai 4.zīm.).

Detalizēts izgudrojuma izklāsts

Jonu ģeneratora 1. variants strādā pēc 3.zīmējumā attēlotās principiālās shēmas. Ģeneratoru ir sadalīts divos blokos A un Β. A bloks ir augstsprieguma impulsa ģenerators un B bloks ir jonizācijas kamera. Augstsprieguma impulsa ģenerators sastāv no barošanas avota 1. Barošanas avots automobiļos ir akumulatora baterija, bet apkures katlos izmanto elektriskā tīkla spriegumu ģeneratora barošanā, to pirms tam pārveidojot ar sprieguma pārveidotāju. Barošanas avots ir pieslēgts vienpolāru impulsu ģeneratoram 2, kura frekvenci var mainīt plašā intervālā no 10 līdz 40 kHz. Frekvenci var mainīt manuāli ar ģeneratorā integrētu potenciometru vai ar atgriezenisku saiti atkarībā no automašīnas droseles atvēruma, dzinēja vai apkures katla siltumnesēja temperatūras un citiem parametriem. Ģenerators vada MOSFET tranzistoru 3, kurš ieslēgts barošanas ķēdē un tālāk pieslēgts augstsprieguma transformatora 4 primārajam tinumam. Augstsprieguma transformatora sekundārais tinums ir pievadīts sprieguma reizinātājam 5 un tālāk ir pievadīts jonizācijas kamerai B. Jonizācijas kamera B sastāv no plastikāta caurules, kuras galos ir iestiprināti divi vara elektrodi. Pozitīvais elektrods sastāv no vara gredzena, kurš ir piestiprināts vienam caurules galam un kuram piestiprinātas trīs vara adatas pa gredzena aploci ar 120 grādu nobīdi cita no citas. Adatas ir vērstas pa caurules iekšu uz pretējo galu un tās ir saliektas tā, lai saietu kopā un veidotu prizmas veidolu caurules vidusdaļā. Trīs adatu satikšanās vietā tās ir salodētas ar alvu. Negatīvais elektrods sastāv no vara gredzena, kurš ir piestiprināts caurules otrajā galā un kuram ir piestiprinātas trīs taisnas vara adatas pa gredzena aploci ar 120 grādu nobīdi cita no citas, kas vērstas uz pozitīvā elektroda pusi. Šādi viens pret otru novietoti elektrodi rada negatīvu centrāli orientētu elektrodu un pa perifēriju vērstu pozitīvu adatu elektrodu. Adatu skaits, kuras atiet no pozitīvā un negatīvā elektroda gredzeniem var tikt mainīts. Jonizācijas kamera ir ievadīta ieplūdes gaisa kanālā un tā malas ir noizolētas ar blīvējumu 8, tā panākot gaisa ieplūdi dzinējā tikai caur jonizācijas kameru. Apkures katlu gadījumā jonizācijas kameru novieto tuvu gaisa ieplūdes atverei kurtuvē un īpašas papildu konstrukcijas nav nepieciešamas.

Iedarbinot automašīnas dzinēju vai iekurinot apkures katlu, ieslēdzas jonu ģenerators, kurš blokā A ģenerē augstsprieguma impulsu. Padodot augstsprieguma impulsu uz jonizācijas kameras B elektrodiem, starp tiem rodas augstas intensitātes elektriskais lauks. Elektriskajā laukā rodas koronas izlāde gaisā. Koronas izlādē rodas ozons un joni, pie kuriem orientējas gaisa molekulas. Joni elektriskajā laukā pārvietojas uz pretēji lādēta elektroda pusi un velk sev līdzi noorientētās polāras gaisa molekulas. Tā rezultātā tiek radīts jonu vējš, kurš tiek virzīts ieplūdes gaisa virzienā.

Jonu ģeneratora 2.variants strādā pēc 4. zīmējumā attēlotās principiālās shēmas. Ģeneratoru ir sadalīts trīs blokos A, B un C. Bloks A ir augstsprieguma impulsa ģenerators un bloks B ir jonizācijas kamera. Augstsprieguma impulsu ģenerators sastāv no barošanas avota 1. Barošanas avots automobiļos ir akumulatora baterija, bet apkures katlos ģeneratora barošanai izmanto elektriskā tīkla spriegumu, pirms tam to pārveidojot ar sprieguma pārveidotāju. Barošanas avots ir pieslēgts vienpolāru impulsu ģeneratoram 2, kura frekvenci var mainīt plašā intervālā no 10 līdz 40 kHz. Frekvenci var mainīt manuāli ar ģeneratorā integrētu potenciometru vai ar atgriezenisku saiti atkarībā no automašīnas droseles atvēruma, dzinēja vai apkures katla siltumnesēja temperatūras un citiem parametriem. Ģenerators vada MOSFET tranzistoru 3, kurš ir ieslēgts barošanas ķēdē un tālāk pieslēgts augstsprieguma transformatora 4 primārajam tinumam. Augstsprieguma transformatora sekundārais tinums ir pievadīts sprieguma reizinātājam 5 un tālāk pievadīts jonizācijas kamerai B. Jonizācijas kamera B sastāv no plastikāta caurules, kuras galos ir iestiprināti divi vara elektrodi. Pozitīvais elektrods sastāv no nerūsējošā tērauda gredzena, kurš ir piestiprināts vienam caurules galam un kuram piestiprinātas trīs nerūsējošā tērauda adatas pa gredzena aploci ar 120 grādu nobīdi cita no citas. Adatas ir vērstas pa caurules iekšu uz pretējo galu un ir saliektas tā, lai saietu kopā un veidotu prizmas veidolu caurules vidusdaļā. Trīs adatu satikšanās vietā tās ir sametinātas. Negatīvais elektrods sastāv no nerūsējošā tērauda gredzena, kurš ir piestiprināts caurules otrajā galā un kuram ir piestiprinātas trīs taisnas nerūsējošā tērauda adatas pa gredzena aploci ar 120 grādu nobīdi cita no citas, kas vērstas uz pozitīvā elektroda pusi. Šādi novietoti abi elektrodi viens pret otru rada negatīvu centrāli orientētu elektrodu un pa perifēriju vērstu pozitīvu trīs adatu elektrodu. Adatu skaits, kuras atiet no pozitīvā un negatīvā elektroda gredzeniem, var tikt mainīts. Jonizācijas kamera ievadīta ieplūdes gaisa kanālā un tā malas ir noizolētas ar blīvējumu 8, tā panākot gaisa ieplūdi dzinējā tikai caur jonizācijas kameru. Apkures katlu gadījumā jonizācijas kameru novieto tuvu gaisa ieplūdes atverei kurtuvē un īpašas papildu konstrukcijas nav nepieciešamas. Bloks C sastāv no ūdens tvertnes 12. No ūdens tvertnes atiet vara caurulīte, kas savienota ar tvaika ģeneratoru

11. Vara caurulē pirms tvaika ģeneratora ir pievienots vienvirziena vārsts. Tvaika ģeneratora izejā ir pievienots spiediena vārsts, kas atveras pie noteikta spiediena (1,2 - 3 bar). Tvaika ģeneratora izeja ir savienota ar sprauslu 10, kas ievadīta jonizācijas kamerā 7 .

Iedarbinot automašīnas dzinēju vai iekurinot apkures katlu, ieslēdzas jonu ģenerators, kurš blokā A ģenerē augstsprieguma impulsus. Padodot augstsprieguma impulsus uz jonizācijas kameras B elektrodiem, starp tiem rodas augstas intensitātes elektriskais lauks. Elektriskajā laukā rodas koronas izlāde gaisā. Koronas izlādē rodas ozons un joni, pie kuriem orientējas gaisa molekulas. Joni elektriskajā laukā pārvietojas uz pretēji lādēta elektroda pusi un velk sev līdzi noorientētās polāras gaisa molekulas. Tā rezultātā tiek radīts jonu vējš, kurš tiek virzīts ieplūdes gaisa virzienā. Lai efektu pastiprinātu, jonizācijas gāzes tiek bagātinātas ar tādiem radikāļiem kā OH, H, 0 un HO2, kuri rodas koronas izlādei notiekot ūdens tvaiku atmosfērā. Tvaika ģenerators 11 izmanto iekšdedzes dzinēja izplūdes gāzu augsto temperatūru tvaika ģenerēšanai no ūdens. Tvaiki tiek iesmidzināti pirms jonizācijas kameras zem noteikta spiediena un jonizācijas kamerā tie pārveidojas par OH, H, 0 un HO? radikāļiem, tā vēl vairāk bagātinot ieplūdes gaisu ar skābekli un ūdeņradi.

Uzliekot jonu ģeneratoru uz automašīnas dzinēja, tika sasniegta degvielas samazināšanās līdz pat 30%, bet izplūdes gāzēs CH un CO koncentrācijas samazinājās pat par 80%. Ar jonu ģeneratoru automašīnas dzinējs strādāja ar lielāku griezes momentu un jaudu un tā darbība bija vienmērīgāka. Apkures katlos gandrīz pilnībā tika novērsta dūmvadu aizsērēšana. Kurināmā daudzums un pelnu daudzums kurtuvē samazinājās, nodrošinot tādu pat enerģijas plūsmu kā bez jonu ģeneratora.

Jonu ģeneratora 1. un 2. varianta uzstādīšana iekšdedzes dzinējos neliek iejaukties degvielas sistēmā un nav nepieciešama būtiska iekšdedzes dzinēju gaisa ieplūdes kanāla pārbūve, kā arī nav nepieciešama būtiska gaisa ieplūdes sistēmas pārbūve, aprīkojot cietā kurināmā apkures katlu ar jonu ģeneratoru.

Claims (6)

1. Pretenzijas

   1. Jonu ģeneratora 1. variants, kas parādīts 3. zīmējumā un satur barošanas avotu A, impulsu ģeneratoru B un augstsprieguma transformatoru C, raksturīgs ar to, ka tas papildus satur jonizācijas kameru D, kurā elektrodi ir orientēti tā, ka, notiekot gaisa jonizācijai, rodas jonizēta gaisa virziendarbība jonu vēja veidā.
2. 2. Jonu ģeneratora 2.variants, kas parādīts 4. zīmējumā un satur barošanas avotu A, impulsu ģeneratoru B, augstsprieguma transformatoru C un jonizācijas kameru D, kurā elektrodi ir orientēti tā, ka, notiekot gaisa jonizācijai, rodas jonizēta gaisa virziendarbību jonu vēja veidā, raksturīgs ar to, ka tas papildus satur: ūdens tvertni E un tvaika ģeneratoru F, kurā tiek ražots ūdens tvaiks, kas ar spiediena vārsta palīdzību zem spiediena tiek smidzināts jonizācijas kameras ieplūdē, pie kam jonizācijas kamerā papildus gaisa jonizācijai tiek jonizēts arī ūdens tvaiks tādos radikāļos kā OH, Η, O un HO2.
3. 3. Jonu ģenerators saskaņā ar 1. vai 2. pretenziju pielietojams ar cieto kurināmo apkurināmos katlos ieplūdes gaisa bagātināšanai, lai samazinātu kurināmā patēriņu un dūmeņu aizsērēšanu.
4. 4. Jonu ģenerators saskaņā ar 1. vai 2. pretenziju pielietojams iekšdedzes dzinēja ieplūdes gaisa bagātināšanai, lai līdz 30% samazinātu degvielas patēriņu, kā arī lai samazinātu izplūdes gāzu CO un HC daudzumu un cieto daļiņu koncentrāciju līdz 80%.
5. 5. Iekšdedzes dzinējs, kas aprīkots ar jonu ģeneratoru saskaņā ar 1. vai 2. pretenziju.
6. 6. Ar cieto kurināmo apkurināms katls, kas aprīkots ar jonu ģeneratoru saskaņā ar 1. vai 2. pretenziju.