СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИСКУССТВЕННОЙ ГАЗОВОЙ СМЕСИ Российский патент 1995 года по МПК F02B47/10 

Изобретение относится к машиностроению и может быть реализовано на транспортном средстве, предназначенном для выполнения разведывательных, восстановительных и спасательных работ в чрезвычайных аварийных ситуациях (аварии на атомных станциях, химических предприятиях, аварийно-восстановительные работы в тоннелях, штольнях, взрывы на газо- и нефтепроводах, землетрясения, пожары и т.п.), временно ограничивающих или полностью исключающих забор воздуха из атмосферы и выброс туда отработавших газов (ОГ). Предлагаемый способ работы транспортной установки может быть также реализован на машинах при выполнении ими плановых работ в условиях ограниченного объема (тоннели, производственные помещения) или при отсутствии достаточной циркуляции окружающего воздуха (например, глубокие карьеры и т.п.).

Известен способ работы силовой установки на (ИГС) искусственных газовых смесях (Гордеев П. А. "Дизельные установки подводных аппаратов", журнал "Судостроение" N 10, 1982 г, с. 20-21), согласно которому ГС перед подачей в цилиндры двигателя подогревается ОГ. Приготовление ИГС происходит путем смешения с газообразным кислородом ОГ, которые предварительно подвергаются комплексной обработке (охлаждение и нейтрализация) жидким регенерируемым абсорбентом (водным раствором моноэтаноламина).

Наиболее принципиальным недостатком данного способа является низкая эффективность, обусловленная засорением подогревателя ИГС сажей и другими продуктами неполного сгорания топлива, а также необходимостью удаления из системы отработанного абсорбента без его дальнейшего использования (для дальнейшего использования абсорбента требуются дополнительные затраты энергии для его регенерации).

Известен также способ работы силовой установки (заявка Японии N 62-178709, кл. F 01 N 3/08, 1987), принятый за прототип. Согласно этому способу ИГС, необходимая для работы установки получается в результате смешения газообразного кислорода с предварительно охлажденными и нейтрализованными ОГ. Охлаждение и нейтрализация ОГ производится регенерируемым химическим поглотителем.

Данный способ работы силовой установки по тем же причинам, что и описанный выше, является низкоэффективным.

Целью предлагаемого изобретения является повышение эффективности работы силовой установки транспортного средства на ИГС.

Поставленная цель достигается тем, что ОГ до смешения с газообразным кислородом предварительно проходят очистку от твердых и жидких фракций и охлаждаются, отдавая часть своей энергии теплоаккумулирующему веществу, которое при этом изменяет свое агрегатное состояние, причем запасенная энергия фазового перехода используется в последующем для регенерации химического поглотителя, кроме того процесс регенерации протекает при принудительном сниженном парциальном давлении продуктов регенерации над химическим поглотителем за счет использования энергии ОГ.

Предлагаемый способ работы силовой установки транспортного средства может быть реализован по схеме, представленной на чертеже, включающей в себя следующие основные элементы: двигатель внутреннего сгорания (ДВС) 1, фильтр отработавших газов 2, тепловой аккумулятор 3, охладитель-нейтрализатор 4, смеситель 5, циркуляционный насос 6, фильтр жидкого регенерируемого химического поглотителя (РХП) 7, охладитель РХП 8, воздушный фильтр 9, глушитель 10, эжектор 11, кислородный редуктор 12, баллон запаса газообразного кислорода 13, регулятор подачи кислорода 14, трехходовые запорные устройства 15, 16, запорные устройства 17, 18, 19, 20.

Представленная на чертеже установка работает следующим образом. Высокотемпературные ОГ, получаемые в результате сгорания топлива в цилиндрах ДВС 1, направляются сначала в фильтр 2, где происходит их очистка от твердых и жидких включений (сажи, альдегидов, смолистых соединений, органики и т. п. ), а затем в тепловой аккумулятор 3, в котором охлаждаются, отдавая часть своей энергии теплоаккумулирующему веществу, например, эвтектической системе в составе по весу 77% FeCl₃ и 23% NaCl, которое при этом изменяет свое агрегатное состояние.

После чего ОГ поступают в охладитель-нейтрализатор контактного типа 4, где происходит их комплексная обработка (охлаждение и удаление из состава ОГ углекислого газа) водным раствором РХП, например, моноэтаноламина (МЭА). Нейтрализованные и очищенные таким образом ОГ подаются в смеситель 5, куда одновременно подается кислород из баллона 13 при открытом запорном устройстве 17 через редуктор 12 и регулятор 14, обеспечивающий поддержание требуемой концентрации кислорода в образовавшейся искусственной газовой смеси, которая из смесителя 5 подается во впускную систему и цилиндры ДВС 1. Абсорбирующий раствор МЭА хранится в охладителе-нейтрализаторе 4. Во время работы установки раствор РХП циркуляционным насосом 6 через открытое трехходовое запорное устройство 15 подается последовательно в фильтр жидкого РХП 7, в охладитель РХП 8, а затем в охладитель-нейтрализатор контактного типа 4, где вступает в реакцию нейтрализации с содержащимся в ОГ углекислым газом.

Запасы РХП рассчитываются, исходя из периода автономной работы силовой установки транспортного средства. Для повторного использования абсорбента предус- мотрена его регенерация. С этой целью установка переводится в обычный режим работы с забором атмосферного воздуха через воздушный фильтр и выбросом ОГ в атмосферу через предварительно открытое запорное устройство 18, глушитель 10 и эжектор 11. Затем отработанный раствор РХП через запорное устройство подается в жидкостную полость теплового аккумулятора 3, где происходит разогрев отработанного раствора РХП до температуры регенерации и удаление из него в атмосферу через эжектор 11 углекислого газа и паров воды. Создаваемое эжектором за счет энергии ОГ разрежение над регенерируемым химическим поглотителем в тепловом аккумуляторе 3 способствует повышению эффективности процесса регенерации, так как при этом происходит снижение парциального давления продуктов регенерации над РХП. Циркуляция РХП через тепловой аккумулятор 3 осуществляется насосом 6 через открытое соответствующим образом трехходовое запорное устройство 15. Утилизация энергии ОГ в тепловом аккумуляторе 3 за счет фазового перехода теплоаккумулирующего вещества происходит как при работе установки на ИГС, что позволяет снизить нагрузку на штатную систему охлаждения, так и в обычном режиме эксплуатации на атмосферном воздухе. В последнем случае выброс ОГ в атмосферу происходит через предварительно открытое запорное устройство 19, при этом запорное устройство 18 закрыто.

Таким образом, за счет введения очистки ОГ от твердых и жидких фракций, охлаждения их в тепловом аккумуляторе, где ОГ отдают часть своей энергии теплоаккумулирующему веществу, а также использование в последующем запасенной энергии фазового перехода теплоаккумулирующего вещества для регенерации РХП, эффек- тивность которой усиливается снижением парциального давления продуктов регенерации над РХП за счет использования энергии ОГ, позволяет достичь поставленной цели - повышения эффективности способа работы силовой установки транспортного средства на искусственной газовой смеси.

Технико-экономическая эффективность заявляемого способа работы силовой установки транспортного средства на искусственной газовой смеси по сравнению с прототипом заключается в следующем:
повышается экономичность способа работы за счет того, что О перед нейтрализацией охлаждаются, отдавая часть своей энергии теплоаккумулирующему веществу, которое при этом изменяет свое агрегатное состояние, в результате чего существенно снижается нагрузка на штатную систему охлаждения при работе установки на ИГС;
повышается экономичность способа работы в результате многократного использования РХП при его регенерации энергией ОГ, предварительно накопленной в тепловом аккумуляторе теплоаккумулирующим веществом;
повышается надежность способа работы за счет очистки ОГ от твердых и жидких фракций;
повышается надежность способа работы за счет улучшения эффективности процесса регенерации РХП, когда принудительно снижается парциальное давление продуктов над РХП в результате использования энергии ОГ.

Сущность изобретения: в способе получения искусственной газовой смеси отработавшие газы до смешения с газообразным кислородом предварительно проходят очистку от твердых и жидких фракций и охлаждаются, отдавая часть своей энергии теплоаккумулирующему веществу, которое при этом изменяет свое агрегатное состояние, причем запасенная энергия фазового перехода используется в последующем для регенерации химического поглотителя, а процесс регенерации протекает при принудительно сниженном парциальном давлении продуктов регенерации над химическим поглотителем за счет использования энергии отработавших газов. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИСКУССТВЕННОЙ ГАЗОВОЙ СМЕСИ силовой установки транспортного средства путем выпуска отработавших газов, их охлаждения, нейтрализации регенерируемым химическим поглотителем и смешивания последних с газообразным кислородом, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности, перед охлаждением отработавшие газы очищают от твердых и жидких фракций и вводят в контакт с теплоаккумулирующим веществом с образованием энергии фазового перехода последнего, а регенерацию химического поглотителя осуществляют посредством энергии фазового перехода теплоаккумулирующего вещества с образованием продуктов регенерации. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что парциальное давление продуктов регенерации принудительно снижают посредством эжекции отработавших газов.