SU53410A1

SU53410A1 - Device for feeding internal combustion engines with ammonia-nitrogen-hydrogen mixture

Info

Publication number: SU53410A1
Authority: SU
Inventors: Цавка Марио
Original assignee: Акц. о-во Аммониа Казале

Description

Предлагаемое устройство служит дл питани двигателей внутреннего горени смесью аммиака с водородом и азотом , к которым могут быть добавлены небольшие количества горючих или инертных газов.The proposed device serves to power the internal combustion engines with a mixture of ammonia with hydrogen and nitrogen, to which small amounts of combustible or inert gases can be added.

Эта смесь может быть получена из одного аммиака, дл чего часть последнего расщепл етс на водород и азот, причем дл такого расщеплени аммиак пропускаетс через вещества, аналогичные примен емым при синтетическом получении аммиака катализаторам .This mixture can be obtained from one ammonia, for which part of the latter is split into hydrogen and nitrogen, and for such a breakdown ammonia is passed through substances similar to the catalysts used in synthetic ammonia production.

На чертеже изображена, в качестве примера, одна из простейших форм выполнени устройства дл питани двигателей внутреннего горени аммиачно-азотно-водородной смесью.The drawing shows, as an example, one of the simplest forms of the device for feeding internal combustion engines with an ammonia-nitrogen-hydrogen mixture.

Баллон А, содержащий жидкий аммиак, соединен посредством трубы L с испарителем Б, помещенным в обогревательную рубашку О. Конец трубы L, наход щийс внутри испарител В, снабжен автоматическим обратным клапаном U, который позвол ет аммиаку итти из баллона А в испаритель Б, но не обратно из испарител В в баллон А. Трубой М с теплообменником Т испаритель В соединен с катализационным аппаратом С, помещенным в расширенной части J трубопроводов /, /j, 4, через которые выхлопные газы вывод тс наружу по направлению стрелки. Катализационный аппарат С посредством трубы N, теплообменника /С, помещенного в испарителе JS, соединен трубою R, через включенные в нее водоотделитель 5 и обратный клапан О, со всасывающей трубой Н двигател , в которую поступает необходимый дл горени воздух по трубе D через фильтр Е.Cylinder A containing liquid ammonia is connected via pipe L to evaporator B placed in heating jacket O. The end of pipe L inside the evaporator B is equipped with an automatic check valve U which allows ammonia to flow from cylinder A to evaporator B, but not back from the evaporator B to the cylinder A. A tube M with a heat exchanger T, the evaporator B is connected to the catalytic apparatus C placed in the extended part J of the pipelines /, / j, 4, through which the exhaust gases are led out in the direction of the arrow. Catalyst C, via pipe N, heat exchanger / C, placed in the evaporator JS, is connected by pipe R, through the water separator 5 and the check valve O included in it, to the engine intake pipe H, which receives the necessary air for combustion through pipe D through filter E .

Труба Р, снабженна вентилем Q, соедин ет верхнюю часть баллона А с трубой R между водоотделителем 5 и клапаном G. Испаритель В аммиака снабжен обогревательной рубашкой О, при помощи которой он кроме теплоты , отдаваемой теплообменником, может подогреватьс и другим источНИКОМ тепла. В промежутке между стенками испарител и рубашки протекает тепла жидкость или теплый газ, вступающие сверху и выход щие снизу, как показано стрелками. При такой форме выполнени в качестве нагревательного средства используютс обычно или отработавшие газы, часть которых ответвл етс , дл чего труба, по которой нагревательное вещество подаетс в рубащку О, соедин етс с любой точкой трубы /, /1, /2 или же в нее поступает из двигател нагрета вода охлаждени . У автомобилей и т. п. эта тепла вода может ответвл тьс от трубы, ведущей к радиатору , и затем снова направл тьс к последнему. Не указанный на чертеже клапан регулирует и прерывает циркул цию нагревательной жидкости. Циркул ци может также автоматически регулироватьс терморегул тором .Pipe P, fitted with valve Q, connects the upper part of cylinder A to pipe R between the water separator 5 and valve G. The ammonia evaporator B is equipped with a heating jacket O, with the help of which it can be heated by another heat source, besides the heat generated by the heat exchanger. Between the walls of the evaporator and the jacket, heat flows through a liquid or warm gas that enters from above and exits from below, as indicated by the arrows. In this form of implementation, either the exhaust gases, some of which branch off, are used as heating means, for which the pipe through which the heating substance is fed into the cleaning O is connected to any point of the pipe /, / 1, / 2 or into it. engine cooling water is heated. In automobiles, etc., this heat water may branch off from the pipe leading to the radiator and then again be directed to the latter. A valve not indicated in the drawing regulates and interrupts the circulation of the heating fluid. Circulation can also be automatically controlled by a thermostat.

При нормальной работе действие устройства происходит следующим образом. Если вентиль Q закрыт, то жидкий аммиак, благодар господствующему в баллоне А давлению, открывает клапан U и поступает из баллона Л в испаритель В, где испар етс . Полученный таким образом газообразный аммиак по трубе М направл етс к теплообменнику Т и оттуда в катализационный аппарат С. В теплообменнике Т газообразный аммиак доводитс до температуры, котора , лучше всего, почти равна рабочей температуре аппарата С.During normal operation, the device operates as follows. If valve Q is closed, then liquid ammonia, due to the pressure prevailing in cylinder A, opens valve U and flows from cylinder L to evaporator B, where it evaporates. The gaseous ammonia obtained in this way is directed through the tube M to the heat exchanger T and from there to the catalytic apparatus C. In the heat exchanger T, the gaseous ammonia is brought to a temperature that is best of all equal to the working temperature of the apparatus C.

В катализационном аппарате С часть аммака расщепл етс на водород и азот. Температура в аппарате С равна вообще 320-450°, но иногда может достигнуть и 600°. Теплообменник Т и аппарат С поддерживаютс на требуемой температуре омывающими их отработавшими газами двигател .In Catalyst C, part of the ammonium is split into hydrogen and nitrogen. The temperature in apparatus C is generally 320-450 °, but sometimes it can reach 600 °. The heat exchanger T and apparatus C are maintained at the required temperature by the engine exhaust gases washing them.

Эндотермическа реакци расщеплени аммиака происходит в аппарате С за счет содержащейс в продуктах горени теплоты. Часть этой теплоты получаетс , таким образом, обратно.The endothermic ammonia cleavage reaction occurs in apparatus C due to the heat contained in the combustion products. Some of this heat is thus obtained back.

Выход ща из аппарата С аммиачноводородно-азотна смесь направл етс по трубе N к теплообменнику К, где она охлаждаетс и отдает содержащемус в испарителе В аммиаку часть или всю теплоту, трзбующуюс дп его испарени . Как уже упоминалось, часть этой теплоты может доставл ть аммиаку обогревательна рубащка О.The ammonia-hydrogen-nitrogen mixture leaving apparatus C is directed through pipe N to heat exchanger K, where it is cooled and gives off part or all of the heat generated by evaporation to ammonia in ammonia B. As already mentioned, some of this heat can be delivered by ammonia heating jacket O.

Благодар этому охлаждению в трубе / может получитьс .конденсаци воды. Это наступает, разумеетс , тогда, когда примен емый аммиак не вполне свободен от воды или содержит растворенный кислород или же когда наход щийс в аппарате С катализатор содержит небольшие количества окислов, которые постепенно восстанавливаютс водородом. Эга вода в водоотделителе S выдел етс и собираетс , благодар чему она не попадает в клапан G и не нарушает ни его действи , ни правильной работы самого двигател .Due to this cooling in the pipe, water can be condensed. This occurs, of course, when the ammonia used is not completely free of water or contains dissolved oxygen, or when the catalyst in apparatus C contains small amounts of oxides, which are gradually reduced by hydrogen. The Ego water in the water separator S is isolated and collected, so that it does not get into valve G and does not violate either its action or the proper operation of the engine itself.

Из водоотделител 5 аммиачноводородно-азотна смесь поступает через клапан G во всасывающую трубу Н, где она расшир етс до атмосферного давлени и смешиваетс с воздухом, необходимым дл горени . Оттуда она поступает дл питани двигател .From the water separator 5, the ammonia-hydrogen-nitrogen mixture flows through valve G into the suction pipe H, where it expands to atmospheric pressure and mixes with the air necessary for combustion. From there it enters to power the engine.

Описанна форма выполнени применима больше всего у таких двигателей , у которых рабочее вещество и воздух дл горени ввод тс в цилиндры при давлении ниже атмосферного .The described embodiment is most applicable to such engines in which the working substance and combustion air are introduced into the cylinders at a pressure below atmospheric.

Така же форма выполнени , но с некоторыми изменени ми, может служить и дл таких двигателей, в цилиндры которых аммиачно-азотноводородна смесь должна подаватьс под сравнительно высоким давлением, как например, у дизельмоторов. В этом случае целесообразно, чтобы давление смеси в трубе R было выше давлени , при котором она должна поступать в цилиндры. При этом делаютс ненужными добавочные аппараты дл сжати смеси. Дл того, чтобы получить в трубе jR достаточно высокое давление, нужно только повысить температуру, при которой в испарителе В происходит испарение аммиака. Дл этого и используетс вспомогательное нагревание в виде рубашки О.The same form of execution, but with some changes, can also be used for such engines, in the cylinders of which ammonia-nitrogen-hydrogen mixture should be supplied under relatively high pressure, such as, for example, diesel motors. In this case, it is advisable that the pressure of the mixture in the pipe R be higher than the pressure at which it should flow into the cylinders. In this case, additional apparatus for compressing the mixture are made unnecessary. In order to obtain a sufficiently high pressure in the jR pipe, it is only necessary to raise the temperature at which ammonia evaporates in the evaporator B. For this, auxiliary heating in the form of a shirt O is used.

Давление в трубе Д а следовательно и в испарителе В, катализационном аппарате С и теплообменнике Т может быть и выше, чем упругость паров аммиака в баллоне А. При этом, однако, аммиак не смог бы сам итти из баллона А в испаритель В. Чтобы помочь этому, можно от времени до времени давать давлению в трубе R большую величину, чем это соответствует нормальным услови м. Дл этой цели достаточно нагревать испаритель -В сильнее, так чтобы испарившеес в испарителе Ъ и частично расш,епленное в аппарате С количество аммиака было больше, чем потребл емое в тот же промежуток времени двигателем.The pressure in the pipe D and consequently in the evaporator B, the catalytic apparatus C and the heat exchanger T may be higher than the vapor pressure of ammonia in the cylinder A. However, ammonia could not go from the cylinder A to the evaporator B. To help this, it is possible from time to time to give the pressure in the pipe R a greater value than is consistent with normal conditions. For this purpose, it is enough to heat the evaporator -B stronger, so that the amount of ammonia evaporated in the evaporator b and partially increased; than we consume o in the same time interval by the engine.

Этим приемом можно быстро повысить давление в трубе R. Открывают вентиль Q и получают таким образом в баллоне А то же давление что и в трубе R. Как только вентиль Q закроетс и давление в трубе R понизитс до своей нормальной величины , аммиак сможет снова перейти из баллона А в испаритель В. Этот прием дл повышени давлени в баллоне А может повтор тьс каждый раз, когда понадобитс повысить давление в баллоне Л во врем работы без вс кого вреда дл двигател .With this technique, it is possible to quickly increase the pressure in the pipe R. The valve Q is opened and thus the same pressure is obtained in the cylinder A as in the pipe R. the cylinder A to the evaporator B. This method to increase the pressure in the cylinder A may be repeated each time it is necessary to increase the pressure in the cylinder L during operation without causing any serious damage to the engine.

У дизельмоторов наход ща с под давлением аммиачно-азотно-водородна смесь может служить и дл того, чтобы часть аммиака направл ть в цилиндр в жидком виде. Дл этого обычно примен етс распылительное сопло. Подлежащий введению в жидком виде аммиак можно брать как из того же резервуара, из которого беретс и предназначенный дл частичного расш,еплени аммиак, так и из другого, давление в котором может быть в любой степени повышено приемом, описанным дл баллона А.In diesel engines, an ammonia-nitrogen-hydrogen mixture under pressure can also be used to direct part of the ammonia to the cylinder in a liquid form. A spray nozzle is usually used for this. The ammonia to be introduced in liquid form can be taken both from the same reservoir from which ammonia is supplied and intended for partial expansion, as well as from another, the pressure in which can be increased to any extent by the method described for cylinder A.

Если аммиачно-азотно-водородна смесь предназначена дл питани двигателей, воспламенение в которых производитс при помощи зажигательных свечей, то целесообразно снабдить эти свечи нагревательными приспособлени ми. Дл этого применимы электрические намотанные вокруг самих свечей нагревательные сопротивлени . Было установлено, что при пуске в ход двигател , продолжительное врем бездействовавшего , благодар чему цилиндры егоIf the ammonia-nitrogen-hydrogen mixture is intended to power engines that are ignited using spark plugs, it is advisable to provide these candles with heating devices. For this purpose, electrical heating resistors wound around the candles themselves are applicable. It was found that when starting up the engine, which had been idle for a long time, due to which its cylinders

остыли, часть образовавшихс от горени паров воды конденсируетс на свечах и может вывести их из стро . Дл устранени этого недостатка достаточно нагреть свечи незадолго до пуска двигател в ход. После пуска в ход нагревание делаетс излишним.cooled down, some of the water vapor formed from burning condenses on the candles and can take them out of service. To eliminate this drawback, it is enough to heat the spark plug shortly before the engine starts running. After starting up, the heating is made unnecessary.

Предлагаемое изобретение не ограничиваетс этими приведенными в качестве примеров формами выполнени . Устройство, в пределах изобретени , может быть выполнено и иначе.The present invention is not limited to these exemplary embodiments. The device, within the scope of the invention, can be made otherwise.

Так, например, теплообменник Т и катализационный аппарат С могут быть так соединены друг с другом, что они образуют один обш.ий аппарат . Кроме того клапан U может быть заменен, например, регул тором уровн , при помощи которого высота уровн жидкого аммиака в резервуаре испарител Б может поддерживатьс всегда посто нной. Клапан U дает, однако, практически лучшие результаты и дешевле регул тора. Он имеет то преимущество, что если, например, расход аммиачно-азотно-водородной смеси понижаетс и, следовательно, давление в испарителе В возрастает, то клапан U остаетс закрытым, в то врем как испарение аммиака в испарителе В продолжаетс .For example, the heat exchanger T and the catalytic apparatus C can be so connected with each other that they form one common apparatus. In addition, the valve U can be replaced, for example, by a level control with which the height of the level of liquid ammonia in the evaporator tank B can always be kept constant. Valve U gives, however, practically the best results and cheaper regulator. It has the advantage that if, for example, the flow rate of the ammonia-nitrogen-hydrogen mixture decreases and therefore the pressure in the evaporator B increases, then the valve U remains closed, while the evaporation of ammonia in the evaporator B continues.

Уровень аммиака в испарителе В понижаетс , и часть теплообменника приходит в соприкосновение вместо жидкого аммиака с газообразным. Передача тепла уменьшаетс , а следовательно , и количество испар ющегос аммиака автоматически понижаетс до соответствующего расходу двигател количества.The ammonia level in the evaporator B is reduced, and part of the heat exchanger comes in contact instead of liquid ammonia with gaseous. Heat transfer is reduced, and consequently, the amount of evaporating ammonia is automatically reduced to the amount corresponding to engine consumption.

Обратное этому получаетс , когда потребл емое двигателем количество увеличиваетс . Наконец, и воздух дл горени может также подогреватьс теплотой, полученной из отработавщих газов. Это может оказатьс выгодным , если нужно ограничить мощность двигател .The opposite of this is obtained when the amount consumed by the engine increases. Finally, the combustion air can also be heated by the heat generated from the exhaust gases. This can be beneficial if the engine power needs to be limited.

При помощи вспомогательных трубопроводов и клапанов можно, по желанию , регулировать количество циркулирующих вокруг теплообменника Т и аппарата С и внутри теплообменника К гор чих газов.With the help of auxiliary pipelines and valves it is possible, if desired, to regulate the amount of hot gases circulating around the heat exchanger T and apparatus C and inside the heat exchanger K.

Необходимо заметить, что, при остановке двигател теплообменник К и частично аппарат С остаютс наполненными аммиачно-азотно-водородной смесью, котора затем служит дл пуска двигател в ход.It should be noted that when the engine is stopped, the heat exchanger K and part of the apparatus C remain filled with an ammonia-nitrogen-hydrogen mixture, which then serves to start the engine in motion.

Часть этой смеси может быть сохранена и в верхней части баллона Л, дл чего, предварительно закрыв кран у баллона А, открывают клапан Q.A part of this mixture can also be stored in the upper part of the cylinder L, for which, after closing the valve at cylinder A, open valve Q.

Применение вспомогательного горючего , как например, бензина дл пуска в ход двигател , с целью приведени устройства в услови , необходимые дл работы, требуетс только при серьезных исправлени х, требующих разборки всего устройства. Пуск в ход может, впрочем, и при этих услови х производитьс смесью аммиака с воздухом. Можно таким образом за короткое врем довести аппарат С до необходимой дл расщеплени аммиака температуры и получить таким образом нормальные услови работы двигател .The use of auxiliary fuel, such as gasoline to start the engine, to bring the device to the conditions required for operation is required only for major corrections requiring disassembly of the entire device. The launch can, however, also be carried out under these conditions with a mixture of ammonia and air. In this way, it is possible in a short time to bring the apparatus C to the temperature required for the decomposition of ammonia and thus to obtain normal engine operating conditions.

Предмет изобретени .The subject matter of the invention.

Claims

1. A device for feeding internal combustion engines with an ammonia-nitrogen-hydrogen mixture, characterized by the use of an O-heated jacket O and a catalytic apparatus C heated by exhaust gases, which evaporator is connected to a tube L containing a liquid ammonia cylinder A with non-return valve U and a catalytic apparatus pipe through the heat exchanger T, the catalytic apparatus is connected by a tube L through the heat exchanger K placed in the evaporator B and the tube R through the water separator 5 included in it and the suction valve with suction pipe H engine.

2. In the device according to claim 1, use pipe P connecting cylinder A with pipe R between the water trap S and valve O and fitted with a valve Q, in order to increase the pressure in cylinder A. 53410