RU2301908C1 - High-temperature polyfunctional electrochemical device - Google Patents

High-temperature polyfunctional electrochemical device Download PDF

Info

Publication number
RU2301908C1
RU2301908C1 RU2005135734/06A RU2005135734A RU2301908C1 RU 2301908 C1 RU2301908 C1 RU 2301908C1 RU 2005135734/06 A RU2005135734/06 A RU 2005135734/06A RU 2005135734 A RU2005135734 A RU 2005135734A RU 2301908 C1 RU2301908 C1 RU 2301908C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
heat exchanger
heater
water
air
electrochemical
Prior art date
Application number
RU2005135734/06A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Георгий Николаевич Волощенко (RU)
Георгий Николаевич Волощенко
Николай Евгеньевич Кухаркин (RU)
Николай Евгеньевич Кухаркин
Валерий Петрович Пахомов (RU)
Валерий Петрович Пахомов
Николай Николаевич Пономарев-Степной (RU)
Николай Николаевич Пономарев-Степной
Original Assignee
Георгий Николаевич Волощенко
Николай Евгеньевич Кухаркин
Валерий Петрович Пахомов
Николай Николаевич Пономарев-Степной
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Георгий Николаевич Волощенко, Николай Евгеньевич Кухаркин, Валерий Петрович Пахомов, Николай Николаевич Пономарев-Степной filed Critical Георгий Николаевич Волощенко
Priority to RU2005135734/06A priority Critical patent/RU2301908C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2301908C1 publication Critical patent/RU2301908C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)

Abstract

FIELD: mechanical engineering; engines.
SUBSTANCE: invention relates to electrochemical devices used to get hydrogen from water and to oxidize organic products. Proposed high-temperature polyfunctional electrochemical device designed for producing hydrogen from water and oxidizing organic products contains housing with heat insulation, inlet and outlet branch pipes, electrochemical modules, inlet and outlet manifolds of electrochemical modules, steam heat exchanger-heater and outlet heat exchanger. High-temperature polyfunctional electrochemical device contains additionally water feed valve, water evaporator, air heat exchanger-heater and air feed valve. Inlet branch pipe of electrochemical device is connected with exhaust branch pipe of internal combustion engine, and outlet branch pipe of electrochemical device is connected with inlet branch pipe of muffler. Inlet manifold of electrochemical modules is connected at one side through steam heat exchanger-heater, water evaporator and water feed valve with water reservoir, and at other side, through air heat exchanger-heater and air feed valve with air source, for instance, with air intake. Outlet manifold of electrochemical modules is connected through outlet heat exchanger with air intake of internal combustion engine. Air heat exchanger-heater, outlet heat exchanger, electrochemical modules, steam heat exchanger-heater and water evaporator are installed after inlet branch pipe of high-temperature polyfunctional electrochemical device in succession in direction of exhaust gas flow.
EFFECT: improved combustion of fuel and ecological characteristics of internal combustion engine.
2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к электрохимическим устройствам для получения водорода из воды и окисления органических продуктов и может быть использовано для улучшения работы двигателей внутреннего сгорания (ДВС), работающих на органическом топливе.The invention relates to electrochemical devices for producing hydrogen from water and the oxidation of organic products and can be used to improve the operation of internal combustion engines (ICE) running on fossil fuels.

Известно высокотемпературное электрохимическое устройство, содержащее корпус с теплоизоляцией, электрохимические модули, входные и выходные патрубки и коллекторы, теплообменник-нагреватель (Пат. США №4728584 от 01.03.1988 г.).Known high-temperature electrochemical device containing a housing with thermal insulation, electrochemical modules, inlet and outlet pipes and collectors, heat exchanger-heater (US Pat. US No. 4728584 from 01.03.1988).

Известно также высокотемпературное электрохимическое устройство, содержащее корпус с теплоизоляцией, электрохимические модули, входной и выходной коллекторы, патрубки подачи воды и воздуха (Пат. Франции №2125729 от 18.02.1971 г.).Also known is a high-temperature electrochemical device comprising a housing with thermal insulation, electrochemical modules, input and output collectors, water and air supply pipes (Pat. France No. 2125729 from 02/18/1971).

Известные высокотемпературные электрохимические устройства не могут быть эффективно использованы для улучшения работы ДВС, так как не имеют необходимого набора и нужного взаимного расположения конструктивных элементов.Known high-temperature electrochemical devices cannot be effectively used to improve the operation of the internal combustion engine, since they do not have the necessary set and the necessary mutual arrangement of structural elements.

Предлагаемое высокотемпературное полифункциональное электрохимическое устройство (ВПЭУ) для получения водорода из воды и окисления органических продуктов, включающее корпус с теплоизоляцией, входной и выходной патрубки, электрохимические модули, входной и выходной коллекторы электрохимических модулей, теплообменник-нагреватель водяного пара, выходной теплообменник, согласно изобретению дополнительно содержит клапан подачи воды, испаритель воды, теплообменник-нагреватель воздуха и клапан подачи воздуха, причем входной патрубок ВПЭУ соединен с выхлопным патрубком двигателя внутреннего сгорания (ДВС), а выходной патрубок ВПЭУ соединен с входным патрубком глушителя, входной коллектор электрохимических модулей соединен с одной стороны через теплообменник-нагреватель водяного пара, испаритель воды и клапан подачи воды с резервуаром для воды, а с другой стороны через теплообменник-нагреватель воздуха и клапан подачи воздуха с источником воздуха, например воздухозаборником, а выходной коллектор электрохимических модулей соединен через выходной теплообменник с воздухозаборником ДВС. За входным патрубком устройства последовательно по потоку выхлопных газов могут быть установлены теплообменник-нагреватель воздуха, выходной теплообменник, электрохимические модули, теплообменник-нагреватель водяного пара и испаритель воды.The proposed high-temperature multifunctional electrochemical device (VPEU) for producing hydrogen from water and the oxidation of organic products, including a housing with thermal insulation, input and output pipes, electrochemical modules, input and output collectors of electrochemical modules, a heat exchanger-heater, water vapor, an output heat exchanger, according to the invention additionally contains a water supply valve, a water evaporator, an air heat exchanger-heater, and an air supply valve, wherein the air inlet The EA is connected to the exhaust pipe of the internal combustion engine (ICE), and the outlet pipe of the HPE is connected to the inlet pipe of the muffler, the input collector of the electrochemical modules is connected on one side through a heat exchanger-heater of water vapor, a water evaporator and a water supply valve with a water tank, and with on the other hand, through an air heat exchanger-heater and an air supply valve with an air source, such as an air intake, and the output collector of the electrochemical modules is connected through the output heat exchanger to the air engine intake. Behind the inlet pipe of the device, a heat exchanger-air heater, an output heat exchanger, electrochemical modules, a heat exchanger-water vapor heater and a water evaporator can be sequentially installed in the exhaust gas stream.

Совокупность приведенных выше существенных признаков приводит к тому, что за счет добавки водорода в воздух, поступающий в камеры сгорания ДВС, увеличивается полнота сгорания топлива и таким образом повышается его эффективность, а выхлопные газы, содержащие недоокисленные продукты в виде монооксида углерода и углеводородов, окисляются на электрохимических модулях, что улучшает экологические показатели ДВС.The combination of the above essential features leads to the fact that due to the addition of hydrogen to the air entering the combustion chambers of the internal combustion engine, the completeness of combustion of the fuel increases and thus its efficiency increases, and the exhaust gases containing unoxidized products in the form of carbon monoxide and hydrocarbons are oxidized to electrochemical modules, which improves the environmental performance of internal combustion engines.

На фиг.1 приведена схема предлагаемого высокотемпературного полифункционального электрохимического устройства (ВПЭУ), гдеFigure 1 shows a diagram of the proposed high-temperature multifunctional electrochemical device (VPEU), where

1 - выходной коллектор электрохимических модулей,1 - output collector of electrochemical modules,

2 - электрохимические модули,2 - electrochemical modules,

3 - входной коллектор электрохимических модулей,3 - input collector of electrochemical modules,

4 - клапан подачи воды,4 - water supply valve,

5 - резервуар для воды,5 - water tank,

6 - входной патрубок глушителя,6 - inlet pipe of the muffler,

7 - выходной патрубок ВПЭУ,7 - output pipe VPEU,

8 - испаритель воды,8 - water evaporator,

9 - теплообменник-нагреватель водяного пара,9 - heat exchanger-heater water vapor,

10 - корпус с теплоизоляцией,10 - case with thermal insulation,

11 - выходной теплообменник,11 - output heat exchanger,

12 - теплообменник-нагреватель воздуха,12 - heat exchanger-air heater,

13 - входной патрубок ВПЭУ,13 - inlet nozzle VPEU,

14 - выхлопной патрубок ДВС,14 - exhaust pipe of the internal combustion engine,

15 - воздухозаборник ДВС,15 - engine intake

16 - клапан подачи воздуха.16 - air supply valve.

На фиг.2 представлен график изменения температуры выхлопных газов внутри ВПЭУ, иллюстрирующего эффективность предлагаемой последовательности расположения элементов конструкции внутри устройства по потоку выхлопных газов.Figure 2 presents a graph of the temperature of the exhaust gases inside the VPEU, illustrating the effectiveness of the proposed sequence of arrangement of structural elements inside the device for the exhaust gas flow.

Предлагаемое устройство расположено между выхлопным патрубком ДВС 14 и входным патрубком глушителя 6 и состоит из корпуса с теплоизоляцией 10, имеющего входной 13 и выходной 7 патрубки, внутри корпуса расположены электрохимические модули 2 с входным 3 и выходным 1 коллекторами, теплообменником-нагревателем воздуха 12, выходным теплообменником 11, теплообменником-нагревателем водяного пара 9 и испарителем воды 8. Входной коллектор 3 электрохимических модулей соединен с одной стороны через теплообменник-нагреватель водяного пара 9, испаритель воды 8 и клапан подачи воды 4 с резервуаром для воды 5, а с другой стороны через теплообменник-нагреватель воздуха 12 и клапан подачи воздуха 16 с источником воздуха, например воздухозаборником, а выходной коллектор 1 электрохимических модулей соединен через выходной теплообменник 11 с воздухозаборником ДВС 15.The proposed device is located between the exhaust pipe of the internal combustion engine 14 and the inlet pipe of the muffler 6 and consists of a housing with thermal insulation 10 having an input 13 and an output 7 pipe, inside the housing are electrochemical modules 2 with input 3 and output 1 collectors, air heat exchanger-heater 12, output a heat exchanger 11, a heat exchanger-heater of water vapor 9 and a water evaporator 8. The input collector 3 of the electrochemical modules is connected on one side through a heat exchanger-heater of water vapor 9, the evaporator 8 and a water supply valve 4 with a water tank 5, and on the other hand through an air heat exchanger 12 and an air supply valve 16 with an air source, for example an air intake, and the output manifold 1 of the electrochemical modules is connected through an output heat exchanger 11 with an air intake of the engine 15 .

Предлагаемое устройство работает следующим образом. При открытом клапане подачи воздуха 16 и закрытом клапане подачи воды 4 воздух подается через теплообменник-нагреватель 12 и входной коллектор 3 внутрь электрохимических модулей 2, где под действием электрического тока из воздуха выделяется кислород и переносится через твердый электролит к наружной поверхности модулей 2, на которой происходит окисление всех недоокисленных продуктов, содержащихся в выхлопных газах ДВС. Воздух, прошедший через модули 2, собирается выходным коллектором 1 и отводится через выходной теплообменник 11 в воздухозаборник ДВС 15. В этом режиме работы при открытом клапане 16 и закрытом клапане 4 предлагаемое устройство очищает выхлопные газы ДВС от монооксида углерода и углеводородов.The proposed device operates as follows. When the air supply valve 16 is open and the water supply valve 4 is closed, air is supplied through the heat exchanger-heater 12 and the input collector 3 into the electrochemical modules 2, where oxygen is generated from the air and transferred through the solid electrolyte to the outer surface of the modules 2, on which all under-oxidized products contained in the exhaust gases of the internal combustion engine are oxidized. The air passing through the modules 2 is collected by the exhaust manifold 1 and is discharged through the exhaust heat exchanger 11 into the air intake of the internal combustion engine 15. In this operating mode, with the open valve 16 and the closed valve 4, the proposed device cleans the exhaust gases of the internal combustion engine of carbon monoxide and hydrocarbons.

При закрытом клапане подачи воздуха 16 и открытом клапане подачи воды 4 предлагаемое устройство работает следующим образом. Вода из резервуара 5 через клапан 4 подается в испаритель воды 8, водяной пар из испарителя 8 через теплообменник-нагреватель 9 и входной коллектор 3 поступает внутрь электрохимических модулей 2, где за счет электрического тока происходит электролиз воды с выделением водорода. Кислород переносится через твердый электролит и на внешней поверхности модулей 2 окисляет все недоокисленные продукты, содержащиеся в выхлопных газах ДВС, а образовавшийся внутри модулей 2 водород вместе с оставшимся водяным паром через выходной теплообменник 11 подается в воздухозаборник ДВС 15. Смешиваясь в воздухозаборнике 15 с наружным воздухом, водород поступает в ДВС, в котором увеличивает степень сгорания основного топлива, повышая таким образом эффективность ДВС. Второй режим работы предлагаемого устройства с подачей водорода в ДВС особенно эффективно применять при переходных режимах работы ДВС, например, в моменты пуска или резкого увеличения оборотов.With the closed air supply valve 16 and the open water supply valve 4, the proposed device operates as follows. Water from the reservoir 5 through the valve 4 is supplied to the water evaporator 8, water vapor from the evaporator 8 through the heat exchanger-heater 9 and the input collector 3 enters the electrochemical modules 2, where water is electrolyzed with hydrogen evolution due to electric current. Oxygen is transported through the solid electrolyte and on the outer surface of the modules 2 oxidizes all under-oxidized products contained in the exhaust gases of the internal combustion engine, and the hydrogen formed inside the modules 2 along with the remaining water vapor through the heat exchanger 11 is fed into the internal air intake of the internal combustion engine 15. Mixed in the air intake 15 with the external air , hydrogen enters the internal combustion engine, in which it increases the degree of combustion of the main fuel, thereby increasing the efficiency of the internal combustion engine. The second mode of operation of the proposed device with the supply of hydrogen to the internal combustion engine is especially effective in transient modes of operation of the internal combustion engine, for example, at the time of start-up or a sharp increase in speed.

Как видно из фиг.2, с учетом того, что рабочая температура ВПЭУ должна быть выше, чем температура выхлопных газов, именно предлагаемая последовательность расположения теплообменников и электрохимических модулей обеспечивает наиболее полную и эффективную рекуперацию тепла для поддержания рабочей температуры модулей выше, чем температура выхлопных газов.As can be seen from figure 2, taking into account the fact that the operating temperature of the HPE should be higher than the temperature of the exhaust gases, it is the proposed sequence of arrangement of heat exchangers and electrochemical modules that provides the most complete and efficient heat recovery to maintain the operating temperature of the modules higher than the temperature of the exhaust gases .

Claims (2)

1. Высокотемпературное полифункциональное электрохимическое устройство (ВПЭУ) для получения водорода из воды и окисления органических продуктов, включающее корпус с теплоизоляцией, входной и выходной патрубки, электрохимические модули, входной и выходной коллекторы электрохимических модулей, теплообменник-нагреватель водяного пара, выходной теплообменник, отличающееся тем, что дополнительно содержит клапан подачи воды, испаритель воды, теплообменник-нагреватель воздуха и клапан подачи воздуха, причем входной патрубок ВПЭУ соединен с выхлопным патрубком двигателя внутреннего сгорания (ДВС), а выходной патрубок ВПЭУ соединен с входным патрубком глушителя, входной коллектор электрохимических модулей соединен с одной стороны через теплообменник-нагреватель водяного пара, испаритель воды и клапан подачи воды с резервуаром для воды, а с другой стороны через теплообменник-нагреватель воздуха и клапан подачи воздуха с источником воздуха, например воздухозаборником, а выходной коллектор электрохимических модулей соединен через выходной теплообменник с воздухозаборником ДВС.1. High-temperature multifunctional electrochemical device (VPEU) for producing hydrogen from water and the oxidation of organic products, including a housing with thermal insulation, input and output pipes, electrochemical modules, input and output collectors of electrochemical modules, a water vapor heat exchanger-heater, and an output heat exchanger, characterized in which further comprises a water supply valve, a water evaporator, an air heat exchanger-heater and an air supply valve, wherein the inlet pipe of the HPEU is connected with the exhaust pipe of the internal combustion engine (ICE), and the output pipe of the HPE is connected to the inlet pipe of the muffler, the input collector of the electrochemical modules is connected on one side through a heat exchanger-heater of water vapor, a water evaporator and a water supply valve with a water tank, and on the other hand through a heat exchanger-air heater and an air supply valve with an air source, such as an air intake, and the output collector of the electrochemical modules is connected through an output heat exchanger with an air intake om ICE. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что за входным патрубком ВПЭУ последовательно по потоку выхлопных газов установлены теплообменник-нагреватель воздуха, выходной теплообменник, электрохимические модули, теплообменник-нагреватель водяного пара и испаритель воды.2. The device according to claim 1, characterized in that a heat exchanger-air heater, an output heat exchanger, electrochemical modules, a heat exchanger-heater of steam and a water evaporator are installed sequentially downstream of the exhaust gas behind the inlet nozzle of the HPPE.
RU2005135734/06A 2005-11-17 2005-11-17 High-temperature polyfunctional electrochemical device RU2301908C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005135734/06A RU2301908C1 (en) 2005-11-17 2005-11-17 High-temperature polyfunctional electrochemical device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005135734/06A RU2301908C1 (en) 2005-11-17 2005-11-17 High-temperature polyfunctional electrochemical device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2301908C1 true RU2301908C1 (en) 2007-06-27

Family

ID=38315558

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2005135734/06A RU2301908C1 (en) 2005-11-17 2005-11-17 High-temperature polyfunctional electrochemical device

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2301908C1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2008537055A (en) Energy recovery system
US9145849B2 (en) Engine fueled by ammonia with selective reduction catalyst
US20120036825A1 (en) Engine
WO2007115579A2 (en) A large turbocharged diesel engine with energy recovery arrangment
WO2008135059A1 (en) Large supercharged diesel engine with scr reactor
RU2373403C1 (en) Electric power station steam-gas unit
JP6122300B2 (en) Engine system and ship
EP1344977B1 (en) Method of operating a heat recovery boiler
CN112031935B (en) Multistage backheating fuel cell and gas turbine hybrid power generation system based on plasma catalysis
KR20140139143A (en) System for Improving Power Generation Efficiency Using Waste Heat of Air Independent Propulsion of Submarine
RU2301908C1 (en) High-temperature polyfunctional electrochemical device
CN211570115U (en) Membrane separation purification device heat exchange system for methanol-water hydrogenation station
RU2334113C1 (en) Microturbine
RU2272914C1 (en) Gas-steam thermoelectric plant
US8347634B1 (en) Combined cycle power plant
RU2194869C2 (en) Method of operation and design of gas turbine plant with complex system or deep recovery of heat and reduction of harmful effluents
CN220687460U (en) Engine system and vehicle
JP2001152846A (en) Engine equipped with fuel-reforming device
TR201619990A2 (en) INTEGRATED WASTE HEAT RECOVERY AND FUEL CELL SYSTEM
CN102562313A (en) Chemically recuperated cycle gas turbine
JP7199413B2 (en) Micro combustion device for power generation
RU2695555C1 (en) Gas generator
RU82472U1 (en) FUEL USING ENERGY SYSTEM ON GAS-CARBON-AND HYDROGEN-CONTAINING FUEL WITH WITHDRAWAL OF CARBON DIOXIDE
JPS6090915A (en) Exhaust emission control apparatus internal-combustion for engine
CN110790233A (en) Membrane separation purification device heat exchange system for methanol-water hydrogenation station

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20101118