RU2120041C1

RU2120041C1 - Power plant

Info

Publication number: RU2120041C1
Application number: RU97111154A
Authority: RU
Inventors: Александр Иванович Глушков
Original assignee: Александр Иванович Глушков
Priority date: 1997-07-14
Filing date: 1997-07-14
Publication date: 1998-10-10

Abstract

FIELD: power engineering; plants operating on fuel gases. SUBSTANCE: power plant has internal combustion engine with fuel system and exhaust manifold, fuel reservoir and thermochemical reactor. Power plant has hydraulic reactor connected with thermochemical reactor according to ring circuit and connected with fuel system of internal combustion engine whose exhaust manifold is connected with working zone of thermochemical reactor and fuel reservoir, in its turn, is connected with its outer hood. EFFECT: reduced consumption of fuel, increased efficiency of power plant with provision of ecologically clean operation of power plant. 2 dwg

Description

Изобретение относится к двигателестроению и силовым установкам, работающим на горючих смесях или газах. The invention relates to engine building and power plants operating on combustible mixtures or gases.

Известна система питания двигателя внутреннего сгорания (ДВС), описанная в патенте СССР N 493073, МПК F 02 M 21/00; 1976, которая содержит реактор для получения из жидкого топлива и кислородсодержащего газа смеси, имеющей окись углерода и метан, снабженный катализатором, теплообменником, связанным с выхлопным трубопроводом двигателя, трубопроводами подачи смеси, жидкого топлива и кислородсодержащего газа, последний из которых имеет регулирующий орган, и отводным трубопроводом, подключенным к впускному трубопроводу двигателя с дроссельной заслонкой. Одной из задач, решаемых данным техническим решением, является снижение токсичности отработавших газов, которая решается тем, что двигатель работает на смеси газов, имеющей окись углерода и метан, что снижает токсичность отработавших газов. A known power system for an internal combustion engine (ICE) is described in USSR patent N 493073, IPC F 02 M 21/00; 1976, which contains a reactor for producing from a liquid fuel and an oxygen-containing gas a mixture having carbon monoxide and methane, equipped with a catalyst, a heat exchanger associated with an engine exhaust pipe, a mixture supply pipe, a liquid fuel and an oxygen-containing gas, the latter of which has a regulatory body, and a bypass pipe connected to the intake manifold of the engine with a throttle valve. One of the problems solved by this technical solution is to reduce the toxicity of exhaust gases, which is solved by the fact that the engine runs on a mixture of gases having carbon monoxide and methane, which reduces the toxicity of exhaust gases.

Известна конструкция двигателя внутреннего сгорания по а.с. СССР N 1071790, МПК F 02 B 43/10, 1984, которая содержит термохимический реактор, заполненный катализатором, подогреватель воздуха, топливный бак с топливопроводом, воздухопроводом, подогреватель реактора, сообщенный с системой выпуска отработавших газов, причем реактор снабжен датчиком температуры, содержит водяной и топливный испарители, смеситель паров воды, топлива с воздухом и отработавшими газами двигателя, накопительную емкость для синтез-газа, дожигатель отработавших газов, причем смеситель подключен к входу реактора, накопительная емкость установлена на выходе из реактора и дожигатель отработавших газов подключен своим входом к системе выпуска отработавших газов при помощи ответвления, а своим выходом ориентирован на поверхности испарителей и снабжен дополнительной камерой воспламенения, связанной и топливопроводом и снабженной электрической спиралью накаливания. Known design of an internal combustion engine according to.with. USSR N 1071790, IPC F 02 B 43/10, 1984, which contains a thermochemical reactor filled with a catalyst, an air heater, a fuel tank with a fuel pipe, an air pipe, a reactor heater in communication with the exhaust system, the reactor being equipped with a temperature sensor, contains a water and fuel evaporators, a mixer of water vapor, fuel with air and engine exhaust gases, a storage tank for synthesis gas, an exhaust gas afterburner, the mixer being connected to the reactor inlet, a storage tank s is installed at the outlet of the reactor and the afterburner exhaust gas is connected with its input to the exhaust system by means of a branch, and its output is focused on the surface of evaporators and provided with additional ignition chamber, and associated fuel line and provided with an electric coil filament.

Поставленная цель в данном решении - повышение экономичности и снижение токсичности решается вводом в систему выпуска двигателя дополнительного устройства -дожигателя. The goal in this solution is to increase efficiency and reduce toxicity by solving an additional burner device in the engine exhaust system.

Вышеуказанные решения только частично решают проблемы снижения токсичности отработавших газов и экономичности за счет улучшения процесса сгорания, за счет применения топлив, не имеющих токсичных компонентов, например, присадок или отработавшие газы дожигаются с помощью специальных устройств - дожигателей. The above solutions only partially solve the problems of reducing exhaust toxicity and economy by improving the combustion process, through the use of fuels that do not have toxic components, for example, additives or exhaust gases are burned using special afterburners.

Это относится к недостаткам данных решений. This refers to the disadvantages of these solutions.

Известно техническое решение по авторскому свидетельству N 1321872, МПК F 02 B 43/10, 1987 под названием "Силовая установка", включающая двигатель внутреннего сгорания с системой питания и термохимический реактор, выполненный в виде реакционной камеры с подогревателем, сообщенным с выпускным трактом двигателя, водяной испаритель, подключенный с одной стороны при помощи магистрали к реактору, а с другой посредством канала к водяному баку, накопительную емкость для синтез-газа, подключенную к реактору при помощи трубопровода, связанного со смесителем системы питания, и орган управления двигателем, причем реактор снабжен датчиком температуры, канал и трубопровод выполнены с органами их перекрытия, подключенными к органу управления двигателем. A technical solution is known according to the copyright certificate N 1321872, IPC F 02 B 43/10, 1987 under the name "Power plant", including an internal combustion engine with a power system and a thermochemical reactor, made in the form of a reaction chamber with a heater in communication with the engine exhaust path, a water evaporator connected on one side by a line to the reactor, and on the other through a channel to a water tank, a storage tank for synthesis gas connected to the reactor using a pipe connected to the mixer m of the power system, and the engine control, moreover, the reactor is equipped with a temperature sensor, the channel and pipeline are made with bodies of their overlap connected to the engine control.

К недостаткам аналога относятся следующие моменты:
1. многокомпонентная загрузка (топливо, уголь, вода),
2. трудоемкость замены угля - вскрытие термохимического реактора, вскрытие реакционной камеры и их герметизация,
3. косвенный нагрев реакционной камеры выхлопными газами,
4. выбросы окислительных газов в атмосферу.The disadvantages of the analogue include the following points:
1. multicomponent loading (fuel, coal, water),
2. the complexity of replacing coal - opening the thermochemical reactor, opening the reaction chamber and sealing them,
3. indirect heating of the reaction chamber by exhaust gases,
4. emissions of oxidizing gases into the atmosphere.

Наиболее близким техническим решением к заявленному является силовая установка, известная из патента РФ N 2059845, МПК F 02 B 43/10, 1996, содержащая двигатель внутреннего сгорания с системой питания и выпускным трактом, топливную емкость и термохимический реактор, причем выпускной тракт соединен с рабочей зоной термохимического реактора. The closest technical solution to the claimed one is a power plant, known from RF patent N 2059845, IPC F 02 B 43/10, 1996, containing an internal combustion engine with a power system and an exhaust tract, a fuel tank and a thermochemical reactor, the exhaust tract being connected to the working zone thermochemical reactor.

Недостаток известной силовой установки заключается в неполном сгорании топлива, что снижает коэффициент полезного действия силовой установки. A disadvantage of the known power plant is the incomplete combustion of fuel, which reduces the efficiency of the power plant.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является более полное сгорание топлива, снижение расхода топлива, увеличение КПД силовой установки при одновременном достижении экологической чистоты работы заявляемой силовой установки. The task to which the claimed technical solution is directed is to more fully burn the fuel, reduce fuel consumption, increase the efficiency of the power plant while achieving environmental cleanliness of the claimed power plant.

Указанный технический результат при осуществлении заявляемого технического решения достигается тем, что силовая установка содержит двигатель внутреннего сгорания с системой питания и выпускным трактом, топливную емкость, термохимический реактор, выпускной тракт соединен с рабочей зоной термохимического реактора, причем система снабжена гидрореактором, обеспечивающим взаимодействие газа из термохимического реактора с катализатором и превращение газа в жидкое углеродное топливо и соединенным с термохимическим реактором по кольцевой схеме, а также с системой питания двигателя внутреннего сгорания, топливная емкость, в свою очередь, соединена с внешней оболочкой термохимического реактора. The specified technical result in the implementation of the claimed technical solution is achieved by the fact that the power plant contains an internal combustion engine with a power system and an exhaust tract, a fuel tank, a thermochemical reactor, an exhaust tract connected to the working zone of a thermochemical reactor, and the system is equipped with a hydroreactor that provides gas interaction from the thermochemical a reactor with a catalyst and the conversion of gas into liquid carbon fuel and connected to the thermochemical reactor in rings In this scheme, as well as with the power supply system of the internal combustion engine, the fuel tank, in turn, is connected to the outer shell of the thermochemical reactor.

На фиг. 1 изображена силовая установка с двигателем внутреннего сгорания, на фиг. 2 изображена силовая установка с топкой печи. In FIG. 1 shows a power plant with an internal combustion engine, FIG. 2 shows a power plant with a furnace furnace.

Силовая установка содержит двигатель внутреннего сгорания 1 с системой питания, включающий карбюратор 2, выпускной тракт 3, соединенный с рабочей зоной 4 термохимического реактора 5. Топливная емкость 6 соединена с внешней оболочкой 7 термохимического реактора 5. Гидрореактор 8 соединен с термохимическим реактором 5 по кольцевой схеме. Тумблер 9 предназначен для включения электроподогрева угля 10 термохимического ректора 5. Канал 11 соединяет рабочую зону 4 термохимического реактора 5 с гидрореактором 8 и через переключатель газового потока 12 с карбюратором 2 ДВС 1. Канал 13 соединяет гидрореактор 8 с внешней оболочкой 7 термохимического реактора 5, в канал 14 - с карбюратором 2. The power plant contains an internal combustion engine 1 with a power system, including a carburetor 2, an exhaust tract 3 connected to the working area 4 of the thermochemical reactor 5. The fuel tank 6 is connected to the outer shell 7 of the thermochemical reactor 5. The hydroreactor 8 is connected to the thermochemical reactor 5 in a ring circuit . The toggle switch 9 is designed to turn on the electrical heating of coal 10 of the thermochemical reactor 5. Channel 11 connects the working area 4 of the thermochemical reactor 5 to the hydroreactor 8 and through the gas flow switch 12 to the carburetor 2 of the internal combustion engine 1. Channel 13 connects the hydroreactor 8 to the outer shell 7 of the thermochemical reactor 5, in channel 14 - with a carburetor 2.

Силовая установка работает следующим образом. The power plant operates as follows.

Для запуска ДВС 1 при отсутствии газа в гидрореакторе 8 тумблером 9 включается нагрев угля 10 в термохимическом реакторе 5, стартером двигателя (на чертеже не показан) продавливается порция воздуха через термохимической реактор 5. Воздух, реагируя с раскаленным углем реактора 5 и парами воды в воздухе, образует газы CO₂ и H₂. Этот газ из рабочей зоны 4 по каналу 11 поступает в карбюратор 2 ДВС 1. При наличии топливного газа в объеме гидрореактора 8 ДВС 1 запускается без электроразогрева угля 10 в термохимическом реакторе 5. При работающем двигателе внутреннего сгорания 1 выхлопные газы CO₂ и H₂ при температуре 800-1100^oC, давлении 1-2 атмосферы поступают из ДВС 1 по выпускному тракту 3 в рабочую зону 4 термохимического реактора 5, нагревают уголь и, вступая с ним в реакцию, восстанавливаются до CO и H - топливных газов. В пусковом режиме переключатель газового потока 12, находящийся в открытом положении, направляет топливный газ по каналу 11 в карбюратор 2 ДВС 1. При прогреве ДВС 1 переключатель газового потока 12 соединяет посредством канала 11 термохимический реактор 5 с карбюратором 2. При прогретом ДВС 1 переключатель 12 соединяет посредством канала 11 термохимический реактор 5 с гидрореактором 8. С прогревом двигателя часть газа уходит из термохимического реактора 5 по каналу 11 в гидрореактор 8, взаимодействуя с катализатором, превращается в углеводородное жидкое топливо C_nH_m и подается по каналу 13 во внешнюю оболочку 7 термохимического реактора 5, где протекает через разогретый угольный слой 10, при этом легкие углеводородные топливные фракции уходят по каналу 11 в ДВС 1, а тяжелые в виде коксового остатка остаются в слое угля 10 термохимического реактора 5, увеличивая его объем (компенсируя расход угля).To start the internal combustion engine 1 in the absence of gas in the hydroreactor 8, the toggle switch 9 turns on the heating of coal 10 in the thermochemical reactor 5, a portion of air is forced through the thermochemical reactor 5 by the engine starter (air) reacting with the hot coal of reactor 5 and water vapor in the air forms gases CO ₂ and H ₂ . This gas from the working zone 4 through the channel 11 enters the carburetor 2 of the internal combustion engine 1. If there is fuel gas in the volume of the hydroreactor 8, the internal combustion engine 1 is started without electrical heating of coal 10 in the thermochemical reactor 5. When the internal combustion engine is running 1, the exhaust gases CO ₂ and H ₂ at a temperature of 800-1100 ^o C, a pressure of 1-2 atmospheres come from ICE 1 through the exhaust path 3 to the working area 4 of the thermochemical reactor 5, heat the coal and, reacting with it, are reduced to CO and H - fuel gases. In the starting mode, the gas flow switch 12, in the open position, directs the fuel gas through channel 11 to the carburetor 2 of the engine 1. When the internal combustion engine 1 is heated, the gas flow switch 12 connects the thermochemical reactor 5 to the carburetor 2 through the channel 11. When the internal combustion engine 1 is heated, the switch 12 connects through channel 11 a thermochemical reactor 5 with a hydroreactor 8. With the engine warming up, part of the gas leaves the thermochemical reactor 5 through a channel 11 into a hydroreactor 8, interacting with the catalyst, turns into a hydrocarbon dkoe fuel C _n H _m and is fed through the channel 13 into the outer shell 7 thermochemical reactor 5, which flows through the heated carbon layer 10, the light hydrocarbon fuel fractions go through the channel 11 in the internal combustion engine 1, and heavy as the coke residue remain in the layer coal 10 of the thermochemical reactor 5, increasing its volume (compensating for the consumption of coal).

Непрореагировавшая часть топливного газа очищенной поступает из гидрореактора 8 по каналу 14 в карбюратор 2 ДВС 1. По мере необходимости из топливной емкости 6 во внешнюю оболочку 7 термохимического реактора 5 подается порция углеводородного топлива. The unreacted portion of the purified fuel gas is supplied from the hydroreactor 8 through a channel 14 to the carburetor 2 of the internal combustion engine 1. As necessary, a portion of the hydrocarbon fuel is supplied from the fuel tank 6 to the outer shell 7 of the thermochemical reactor 5.

Затем циклы повторяются. Then the cycles are repeated.

Аналогичным образом работает силовая установка, показанная на фиг. 2. Здесь камерой сгорания является топка печи, а вместо тяги, создаваемой выхлопными газами, применен центробежный насос-нагнетатель (на черт. показан поз. 15), что не меняет сущности заявленного изобретения. Уменьшение расхода угля или его компенсация зависит от качества каталитических процессов синтеза углеводородов в гидрореакторе 8. The power plant shown in FIG. 2. Here, the combustion chamber is the furnace of the furnace, and instead of the draft created by the exhaust gases, a centrifugal pump-supercharger (shown in fig. Pos. 15) is used, which does not change the essence of the claimed invention. The decrease in coal consumption or its compensation depends on the quality of the catalytic processes of hydrocarbon synthesis in the hydroreactor 8.

Преимущества заявленного изобретения состоят в следующих моментах:
1. силовая установка имеет замкнутую циклическую систему работы без выброса газа в атмосферу, налицо экономия топлива и улучшение экологии,
2. способ подачи топлива осуществлен не в карбюратор, как во всех известных установках, а во внешнюю оболочку термохимического реактора,
3. система компенсации расходуемого угля в термохимическом реакторе,
4. непосредственный нагрев угля термохимического реактора отработавшими газами,
5. однокомпонентная универсальная топливная загрузка.The advantages of the claimed invention are as follows:
1. the power plant has a closed cyclic system of operation without emission of gas into the atmosphere, there is a fuel economy and environmental improvement,
2. the method of supplying fuel is carried out not in the carburetor, as in all known installations, but in the outer shell of the thermochemical reactor,
3. a system for compensating for consumed coal in a thermochemical reactor,
4. direct heating of coal from a thermochemical reactor with exhaust gases,
5. One-component universal fuel loading.

Снижается себестоимость получения энергии (тепловой, электрической, движения), так как заявляемую силовую установку можно применять с универсальным топливом - от бензина до древесных опилок при использовании с ныне существующими устройствами сгорания (ДВС, печи металлургические, ТЭЦ и так далее). The cost of generating energy (heat, electricity, movement) is reduced, since the claimed power plant can be used with universal fuel - from gasoline to sawdust when used with existing combustion devices (ICE, metallurgical furnaces, thermal power plants, and so on).

Замкнутый цикл позволяет значительно уменьшить потери тепловой энергии как внутри, так и на внешней стороне системы. Увеличивается КПД существующих устройств сжигания. Заявляемая силовая установка становится в основе экологически чистой при переработке углеводородного мусора (пластмассы, резины, ткани, бумаги, кожи, испорченные продукты растительного и животного происхождения, фильтраты фекальных стоков канализаций и др.). Создание жилищных энергетических комплексов на этой основе позволит решать многие проблемы жилищно-коммунального хозяйства - очистка воды активированным углем, нагрев воды и обогрев зданий. Для этого в качестве топлива предлагается использовать бытовые отходы, а значит, решается проблема уборки и утилизации. В металлургии появляется возможность устранения дымовых выбросов и возврата из них металлов. A closed loop can significantly reduce the loss of thermal energy both inside and on the outside of the system. The efficiency of existing combustion devices is increasing. The inventive power plant becomes environmentally friendly during the processing of hydrocarbon debris (plastic, rubber, fabric, paper, leather, spoiled products of plant and animal origin, leachate from sewage sewage effluents, etc.). The creation of housing energy complexes on this basis will allow solving many problems of the housing and communal services - water treatment with activated carbon, heating water and heating buildings. To do this, it is proposed to use household waste as fuel, which means that the problem of cleaning and disposal is solved. In metallurgy, it becomes possible to eliminate smoke emissions and return metals from them.

Claims

A power plant comprising an internal combustion engine with a power system and an exhaust tract, a fuel tank, a thermochemical reactor, the exhaust tract being connected to a working zone of a thermochemical reactor, characterized in that it is equipped with a hydroreactor that provides gas from the thermochemical reactor to interact with the catalyst and converts gas into liquid hydrocarbon fuel and connected to a thermochemical reactor in a ring circuit, as well as to a power system of an internal combustion engine, moreover, fuel The inline tank, in turn, is connected to the outer shell of the thermochemical reactor.