RO126224A2 - Motor termic cu ardere internă în 4 timpi, care foloseşte apa drept combustibil în locul benzinei sau motorinei - Google Patents

Abstract

Invenţia se referă la un motor termic cu ardere internă, în 4 timpi, care foloseşte apa drept combustibil, în locul benzinei sau motorinei. Motorul conform invenţiei se poate construi pe un bloc motor MAC, pentru a cărui funcţionare trebuie să descompunem apa în hidrogen şi oxigen, cu o cantitate de energie mai mică de 57,8 kcal/mol, lucru realizabil, folosind cocsul drept catalizator la o granulaţie de 50...75 μ , acesta fiind adus în galeria de admisie a unei supape (34) ajutătoare, din rezervorul motorului, cu o pompă volumică, de aici, odată cu deschiderea unor supape (34 şi 25) de admisie, fiind aspirat într-un cilindru (48), unde, datorită compresiei la care este supus cocsul, temperatura acestuia ajunge la o valoare de 650...675°C, moment în care este injectată apa de către un injector (23), sub forma unor picături foarte fine, injecţia realizându-se cu un pulverizator ce are patru găuri foarte mici, după injecţie având loc scânteia electrică produsă de cele două bujii care aprind gazul detonant, după care are loc detenta şi pistonul se îndreaptă spre PME, acum având loc singurul timp motor, după aceea o supapă (17) de evacuare se deschide şi vaporii de apă, împreună cu cocsul existent în cilindru (48), sunt eliminaţi într-o galerie (18) de evacuare şi, de aici, la separatorul de tip ciclon, unde cocsul este recuperat în rezervor, iar vaporii de apă sunt eliminaţi în atmosferă, la acest motor nepoluant cocsul fiind folosit numai drept catalizator, acesta făcând ca apa să poată fi descompusă în hidrogen şi oxigen numai cu 21,6 kcal/mol în loc de 57,8 kcal/mol, rămânând disponibili 36,2 kcal/mol, care pot fi transform

Description

Apa este o substanța compusa formata din hidrogen si oxigen. Hidrogenul este unul dintre cei mai buni combustibili; are o putere caiouoa de 28.450 kcai/kg. dar este si cei mai ușor gaz (fiind mai ușor decât aerul de aproximativ 14 ori). Hidrogenul fiind gaz este foarte greu de manevrat, ei se lichifiaza la temperatura foarte joase, aproximativ 252° C. El se imbuteliaza in butelii de otel, care sunt foarte greu de manevrat. Cantitatea de hidrogen din scoarța pământului este foarte mare, putând reprezenta o sursa inepuizabila, dar pentru aceasta ar trebui sa descompunem apa in hidrogen si oxigen, folosind o cantitate de energie cat mai mica, oare sa fie sub 57, 8 kcal / mol. 57. 8 kcal / mol - energia necesara pentru descompunerea unui mol de apa in mdrogen si oxigen, care se afla in stare de vapori.

H2O(g) + ΛΗ H2(g) + % O2 (g)

ΔΗ = 57,8 kcal / mol - entalpie - energia de descompunere a apei

Aceasta energie se micșorează daca se folosesc diferite substanțe, care au m de catalizator. Una dintre acesta substanțe este cocsul, acesta fiind un produs ce se obține prin distilarea uscata a unor categorii de huila Cocsul este un materia! cenușie, lucios, dur, rezistent la compresie cu punct de aprindere m aer in jur ae 700° C, esra mult mai puțin reactive decât mangalul si se roloseste -a obținerea hidrogenului crin asa -- zisul procedeu “ gaz de generator^î! uncie pe langa hidrogen se mai obține s· oxid de carbon ( CO ) si dioxid de carbon ( CO ·.

H2O + C = CO + H2

2H2O + C = CO2 + 2H2 • -2ΰ05-0ϋ84ύ-2 5 -10- 2009

Aceste reacții au loc in funcție de tempei-ature care exima 'a locul de producere al lor si produsii obținuți sunt:

[CO2] [ Hz] I t= 680°C 83C C 986°C 1500°C

-------= Kp | [CO][H2] |Kp = 1,9 i 0,62 9.25

Kp - constanta de echilibru

Se observa ca la temperaturi joase, adica intre 500 - 1000°C predomina amestecul [ CO2 ] [ H2 ] din care se obține hidrogenul.

Din descompunerea apei se obține hidrogenul care este un foarte bun combustibil cu o putere calorica de 28.400 kcal/kg, precum s; oxigenul, care in cazul de fata poate fi un foarte bun oxidant pentru hidrogen. Pentru aceasta trebuie sa facem ca reacția dintre carbonul din cocs si oxigenai rezultat din descompunerea apei sa nu aiba loc , aceasta presupunând anumite condiții. Aceste condiții sunt’ existenta unei temperature de 600 - 650°C si a unui catalizator, care este cocsul precum si scânteia electrica, care face ca oxigenul sa nu se combine cu carbonul, ci printr-un proces de tonare acesta sa se combine cu hidrogena Aceste condiții se pot obține in incinta unui motor termic cu ardere interna in 4 timpi, ele depinzând de existenta unei camere închise, in care sa aiba loc reacția de descompunere a apei in hidrogen si oxigen inr-un timp foarte scurt. Tot in acest spațiu trebuie sa existe si un dispozitiv care sa produc?, scânteia electrica la timpul potrivit, adica 4000131 dup ace s-a produs injecția apei ir· cilindru. Pentru a ușura descompunerea ape’ m hidrogen si oxigen, aceasta se introduce in cilindru cu ajutorul unui injector, care face ca apa introdusa de acesta in cilindru sa fie aproape sub forma de vapori, lucru ce usureaza procesul de descopunere sl apei prin faptul ca energia de descompunere a apei scade de ia 6S,3 kcal / mol la 57.8 kcal / mol.

Astfel, intr-un kg de apa sunt O,¹ Ίκα de hidrogen si 0 39 kg de oxigen, care- este

>—2009-00840-2 5 -10- 2009 oxidantul necesar pentru arderea hidicgenub-i. Cocsul foiosrt drept catalizator este macinat si adus la o granulatie de 50 - ί 00 microni. Pentru a putea fi aspirat in cilindru si după ce participa la descompunerea ape; sa pc-ata ΰ evacuata din cilindru fara a produce stricăciuni cilindrului, pistonului si supapelor, organe ce se afla in compunerea unui motor termic cu ardere interna. Condiția de temperatura se poate obține intr-un motor termic cu ardere interna cu pistoni. Cu acest motor se poate obține hidrogenul si oxigenul din apa, care in prezenta scânteii electrice arde violent, amestecul de hidrogen si oxigen formează asa zisul “ gaz detonant'

2009-00840-2 5 -10- 2009

1. MOTORUL TERMIC CU PISTOL CARk FOLOSEȘTE APA DREPT

COMBUSTIBIL

Compunere:

Acest motor face transformarea energiei chimice a apei in energie termica, care după aceea se transforma in energie mecanica. Motorul termic este alcătuit din următoarele parti componente prezentate m olansele 1 si 2.

Manivela 1, biela 2, pistonul 3, cilindru 4, chiuloasa 5 supapa de evacuare 6 galeria de evacuare din chiuloasa 7, injector 8, supapa de admisie 9, galena de admisie din chiuloasa 10, supapa de admisie ajutătoare dm cniuioasa li galleria de admisie 12, conducta de alimentare 13, robinet închis deschis 14, rezervor 15, galeria de evacuare 16, recuperator de cocs 17, rezervor de cocs retur 15, bujii 19, pompa de injecție 20, conducta 21. Pistonul 3 se mișca alternativ intre punctul mort interior PMI si punctul mort exterior PME in cilindrul 4. Pistonul este legat de ansamblul biela manivela prin intermediul caruia se face transformarea mișcării liniar alternative in mișcare de rotatie In partea din fata, cilindrul este închis de către chiuloasa in care sunt montate injectorui 8, care are rolul de a injecta apa in cilindru si bujiile 19, care au rolul de a produce scânteia electrica. Tot pe chiuloasa sunt montate cele doua supape de evacuare 6 si de admisie 9. Chiuloasa mai are doua degajări ce formează galeria de admisie din chiuloasa 10 si galeria de evacuare din chiuroasa 7. In galleria de admisie din chiuloasa este montata supapa de admisie ajutătoare 11. care se închide si se deschide înaintea supape de admisie , in asa fel incat pulberea de cocs ce a mai ramas in galleria de admisie sa fie absorbita in cilindru, dând voie supapei de admisie sa se poata închid ·? perfect. In continuarea galeriei de admisie dm chiuloasa se afla gaiiena de admisie din care se face admisia cocsului. Aceasta are forma unei curbe descendente pentru a nu permite cocsului sa se acumuleze in fata supapei de admisie ajutătoare, Ir cG-’tnuarea galeriei de admisie se afla conducta de alimentare 13 ce face legătură intre rezervorul de cocs si galleria de admisie. Pe conducte de alimentare se afla montat robinetul 14 cu .'-2 0 0 9 - 0 0 8 10-2 5 -10- 2009 poziții care are rolul de a închide sau de a deschide drumul cocsului către cilindru. Pe partea cu supapa de evacuare se afla galeria de avacuare 16, care face legătură cu recuperatorul de particule 17. Acesta poate fi un recuperator de tip ciclon, care are rolul de a recupera integral pulberea de cocs ce ar juca roi de catalizator si care acum este evacuate de către motor după ce a ajutat la funcționarea lui.

Din recuperatorul de pulbere, aceasta curge in rezervorul 15 pana când acesta se umple după care se montează in locul rezervorului 15. Pe țeava de eșapament vor fi evacuate numai vapori de apa ce nu sunt poluanti. Motorul prezentat este o combinație intre un motor cu aprindere prin scânteie si unul cu aprindere prin compresie si nu este poluant..

Funcționare:

Motorul propus funcționează ca un motor in 4 timpi după următoarea diagrama de funcționare ce este o diagrama teoretica.

Timpul I - Admisia (porțiunea AB)

Timpul II - Compresia , injecția, scânteia,

Explozia (porțiunea BCi)

Timpui III - Detenta ( porțiunea CiD)

Timpul IV - Evacuarea (porțiunea DA)

Timpul I - Admisia

Acest timp se desfasoara in intervalul in care pistonul se afla poziționat intre punctual mort interior PMI si punctual mort exterior PME cat timp supapa de admisie este deschisa. In acest interval de timp au loc următoarele procese: in momentul in care pistonul se afla la PMI supapa de admisie ajutătoare si supapa de admisie se deschid. Mai intai supapa de admisie ajutătoare, iar in timpul imediat următor, cea de admisie.

: -2U î - <; rj 3 4 C - 2 5 -1(1- 2009

Supapa de admisie ajutătoare se deschide complet, pe când supapa de ac misie se deschide si închide progresiv, închiderea m deschiderea fiind comandata de; către o cama. Odata cu începerea deschideni supape· de admisie ircepe introducerea in cilindru a amestecului de pulbere de cocs si aei ( spunem amestec de cocs si aer pentru ca spațiul dintre particulele de cocs este ocupat de aec care este intr-o ca.nt tate foarte mica in comparație cu cocsul).

Odata cu decshiderea celorlalte supape de admisie in galeria ce admisie din chiuioasa si cilindru se creeaza o depresiune care face ca particulele de cocs si aer sa fie admise in cilindru pe durata cat supapele sunt deschise Admisia se face progresiv, la început mai puțin, urmând ca tot mai rnuit pana ajunge ia un maxim, dupe care incepe sa scada la 0 când supapa de admisie ajuta tos re si supapa de admisie se închid. Acest lucru se intampla in momentul in care pistonu! ajunge la punctul mort exteror.

închiderea se face astfel: se închide mai întâi supapa de admisie ajutătoare pentru a nu permite cocsului sa mai intre in gaiieria de admisie din chiuioasa Odata cu închiderea supapei de admisie ajutătoare, particulele de cocs care mai sunt in galeria de admisie din chiuioasa sunt absorbite m cilindru, astfel incat aerul supapei de admisie este eliberat de particulele de cocs ce ar putea ramane pe taler si nu ar permite închiderea perfecta a acestuia.

Prin neinchiderea perfecta a supape^-· de admisto o parte din gazelle formate m cilindru vor ieși in galeria de admisie ingre·.mand desfssurarea proceselor armatoare. Odata supapa de admisie închisa, timpul i se termina si incepe timpul I!

Timpul II - compresia, injecția, scânteia, explozia

Acest timp incepe când pistonul a aiuns ia ourctual mort exterioi PME si se îndreaptă spre punctual mort interior PMi. Acum incece compresia amestecului de cocs si a puținul aer din cilindru ce a fost admis ir· timpul anterior. Prin compresia amestecului creste agitația termica din cilindru, precum si temperatura Creșterea temperaturii si presiunii se face pana când aceasta atinge mioarea de 600 - 550 °C suficienta pentru ^-2009-00840-2 5 -10- 2009 descompunerea apei in hidrogen si oxigen Land temperatura atinge valoare de 600 650 °C ( punctul E de pe diagrama de funcționare cu ajutorul injectorului montat in chiuloasa se injectează apa in cilindru. Injeciorui este prevăzut cu un puiverizator, ce are 4 orificii foarte mici, care permit formarea unei perdele de ceata in cilindru. Particulele de apa injectate sub presiune se transforma in vapori după care, aceștia se ciocnesc cu cele de cocs, care au temperatura de 600 - 650°C. In urma ciocnirii are loc următoare reacție chimica:

C + 2H2O = CO2 + 2H2

Aceata reacție are loc cu un aport de energie:

ΔΗ = 21,6 Kcal/mol

ΔΗ este energia necesara discocierii apei in prezenta cocsului. Aceasta energie este luata de la particulele de cocs existente in cilindru si care ajung la temperaturi de 600 - 650°C datorita procesului de compresie din cilindru

Oxigenul liber format in urma disocierii are tendința de a se combina cu carbonul din cocs la temperaturi de 600 - 650°C din cilindru si sa formeze dioxid de carbon, dar datorita faptului ca cocsul este mai puțin reactiv, ii trebuie un timp ca sa reacționeze cu oxigenul. Pentru a împiedica aceasta reacție imediat după injecție se produc de către cele doua bujii o scânteie electrica in punctul S ai curbei de funcționare, punct ce esle foarte aproape de punctul E (imediat după terminarea procesului de injecție)

Reacția chimica ia următoare forma: osfo reacția de descompunere a apei

C+ 2H2O = C + 2H2 +Ο2+ΔΗ

ΔΗ = 21,6 Kcal/mol

Aceasta este valabila numai pe timpul scânteii electrice

In urma producerii acestei scântei amestecul formal din hidrogen si oxigen, care este asa - zisul “ gaz detonam” se aprinde si arde violent sub forma unei explozii conform reacției:

^-2009-00840-2 5 -10- 2009

Η2 + 72 02 = Η2θ + ΔΗ ; ΔΗ = 57, 8 Kca> ' mm

Acest proces de descompunere ai a; ei in oxigen si hidrogen, cu o cantitate de energie mai mica decât cea de formare, are oc datorita folosirii coxului drept catalizator. Acesta face ca descompunerea sa fie nurrev cu 21,7 Kcal / mol ramanad disponibili 35,2 Kcal / mol, care vor fi transformate in lucru mecanic de către ansamblul motor.

Acest lucru are loc datorita scânteii electrice, care va fi reglata astfei încât intre momentul injecției, după care are loc recatia de descompunere a apei si ce! ai apariției scânteii electrice sa existe o diferența de timp, care sa nu permită reacția oxigenului cu carbonul din cocs, știind ca cocsul este mult mai puțin reactiv decât cărbunele de lemn.

După explozie, pistonul parcurge distanta SCi sub influenta inerției pe care o are ansamblul piston - biela - manivela pana cana pistonul ajunge in punctul mort interior PMI, după care pistonul se indreapta in punctual mort exterior PME. In acest moment timpul II se sfarseste si începe timpul IU.

Timpul III - Detenta

Acest timp se desfasoara intre punctul Ci si D al diagramei de funcționare, pistonul se deplasează de la PMI la PME sub acțiunea vaporilor de apa, care in acest timp se destind de la presiunea si temperatura maxima la presiunea si temperatura minima in punctul D.

In acest timp energia termica ce s-a cotiaut prin transformarea energiei chimice a apei face ca pistonul sa se deplaseze de la PMI la PME. In acest timp, mișcarea alternativa dintre cele doua puncte se transforma prin intermediul mecanismului biela manivela in mișcare de rotatie, care este greiuata de către arborele cotii al motorului.

Datorita transformărilor de energie chimica in energie termica si mai pe urma m energie mecanica, timpul III este numit Timp motor.

Adunând reacțiile:

(k“ 2 0 0 9 ~ 0 0 8 4 0 -2 5 -10- 2009 cocs

H2O--»H2+1/2O2 fH = 21.6 Kcal/mol

Ha ₊1/2 O2 = H2O___________δΗ = -57,8 Kcal / moi

ΔΗ = - 35,2 Kcal / mol

Diferența dintre cele 2 reacții este destul de apreciabila si poate fi transformata in energie mecanica ce poate fi folosita in diferim scopuri.

Timpul IV - Evacuarea

Acesta se desfasoara in intervalul cai pistonul se deplasează intre PME si PMI. In acest interval de timp supapa de evacuare se descnide si începe evacuarea cocsului si vaporilor de apa formați in cilindru in timpul II. Evacuarea se face progresiv prin intermediul supapei de avacuare a care deschidere este comadnata de o cama. Evacuarea se face pana când pistonul ajunge la punctul mort PMI, punct in care supapa de evacuare se închide si ciclul motor se reia din nou Vaporii de apa vor trece prin recuperatorul de particule de tip ciclon, ca.^re are rolul de a recupera cocsul folosit in procesul ce s-a desfasurat in cilindru. Din cele prezentate mai sus. rezulta ca cocsui folosit de către motor nu se consuma, ei fiind folosit numai in calitate de catalizator, cam face ca reacția de descompunere a apei H2O -- H2 + V C2 sa aiba loc cu un consum de energie mai mic decât energia obtinuta 'a agerea violenta a hidrogenului in amestec cu oxigenul.

Din cele prezentate rezulta, ca vorbim despre un motor nepoluant, care folosește un combustibil foarte ieftin, care se gaseste in _antitati foarte mari pe suprafața pământului Cocsul fiind recuperat se poate folosi de un număr mare de ori. aceasta depinzând dc performantele recuperatorului.

Claims (2)

1. REVENDICĂRI

   1. Apa este un combustibil nou, iefti.· si nepoluant, ce poate fi foiosit pentru alimentarea unui motor termic cu ardere interna in 4 timpi.
2. 2. Cocsul este un catalizator folosit la descompunerea apei in hidrogen si oxigen.