СПОСОБ СЖИГАНИЯ ТОПЛИВА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1999 года по МПК F23C11/04 

Изобретение относится к технологии и оборудованию для сжигания твердого, жидкого и газообразного топлива и могут использоваться в энергетике, на транспорте и в других отраслях для повышения эффективности сгорания топлива.

Из уровня техники известен способ сжигания топлива, включающий его воспламенение и возбуждение в зоне горения колебаний (авторское свидетельство СССР N 802704, кл. F 23 C 11/04, 1981).

Известный способ предусматривает наложение на зону горения колебаний сравнительно низкой частоты, преимущественно, в акустической области, а эффект интенсификации горения связан с механическим воздействием колебаний на частицы топлива, что способствует их более интенсивному перемешиванию, активизации тепломассообмена, повышению скорости распространения теплового фронта, повышению полноты сгорания. Способ, таким образом, основан на макроскопических механических эффектах воздействия на зону горения. С этим связаны и его принципиальные недостатки: возможность приближения частот накладываемых колебаний к частотам собственных колебаний камеры сгорания, что может вызвать нежелательный резонансный эффект, повышенный, зачастую за пределами нормы, шум при горении. Кроме того, для инициирования колебаний в топочном пространстве необходимо предусмотреть специальное оборудование.

Из уровня техники известно также устройство для сжигания жидкого топлива, включающее камеру сгорания, на внутреннюю поверхность элементов, которой частично нанесен слой керамического покрытия, а также средства воспламенения топлива и средства отвода продуктов горения /см., например, Perugini G., Galante F. , Marcaccioli E., High reliabibiti protertive coatings for high temperarure, /Prec. 7th Metal Sprej Conf. - London, 1973, p. 143-150/.

Как указано в приведенном источнике информации, специальное керамическое покрытие выполняет, в основном, теплозащитную функцию, но, благодаря отражению части теплового фронта, способствует повышению средней температуры в камере сгорания, что в свою очередь интенсифицирует процесс горения и дает некоторый прирост КПД двигателей.

Однако, достигаемая при этом интенсификация процесса горения весьма незначительна, поскольку воздействие на зону горения носит опять-таки макроскопический и механический характер, сводясь, по существу, к некоторому увеличению средней скорости движения молекул топлива в зоне горения. Воздействия же на микроуровне, т.е. на уровне внутримолекулярных связей, известное устройство не обеспечивает, хотя именно в таком воздействии кроется существенный и принципиально новый резерв повышения эффективности процесса горения.

Указанные выше способ и устройство являются ближайшими аналогами способа и устройства согласно изобретениям.

Задачей изобретений как в части способа, так и в части устройства является дальнейшее и притом существенное повышение эффективности сжигания топлива на основе повышения его полноты сгорания, в результате чего достигается снижение расхода топлива, уменьшение доли несгоревших остатков топлива и продуктов сгорания, повышение КПД камеры сгорания и устройства, в котором она используется, а также уменьшение шумового фона и исключение опасности резонансного воздействия на стенки камеры сгорания. Кроме того, при использовании изобретений по сравнению с известными решениями, направленными на интенсификацию процесса горения топлива, например, в режиме пульсирующего горения / патент РФ N 2062945, кл. F 23 C 11/04, 1996/, не требуется создание специальных конструкций, отвечающих определенным размерным условиям, способ и устройство просты и надежны в применении, для их осуществления потребуются незначительные затраты при существенных технико-экономических результатах.

Указанная задача решается в части способа тем, что в способе сжигания топлива, включающем распыление топлива, его воспламенение и возбуждение в зоне горения колебаний, согласно изобретению, в зоне горения возбуждают электромагнитные колебания в спектре частот, перекрывающем спектр частот резонансного возбуждения атомных связей в молекулах топлива.

Указанная задача решается в части устройства тем, что в устройстве для сгорания топлива, включающем камеру сгорания, на внутреннюю поверхность элементов которой частично нанесен слой керамического покрытия, а также средства воспламенения топлива и средства отвода продуктов горения, согласно изобретению, керамическое покрытие выполнено из материала, спектр частот электромагнитного излучения которого при установившейся рабочей температуре в камере сгорания перекрывает спектр частот резонансного возбуждения атомных связей в молекулах топлива.

Указанные особенности способа и устройства дают возможность воздействовать на структуру топлива на внутримолекулярном уровне за счет такого состава и размеров наносимого в камере сгорания покрытия, которое при установившемся температурном режиме излучает спектр электромагнитных колебаний, перекрывающих спектр частот резонансного возбуждения атомных связей в молекулах топлива, что способствует их резонансному возбуждению и позволяет им при наличии искры или адиабатического сжатия легко распадаться на атомы, а это является условием более полного сгорания топлива.

Ниже способ и устройство согласно изобретению поясняется примером реализации.

При использовании в качестве жидкого топлива, например, бензина в двигателе внутреннего сгорания, следует принять во внимание, что основным компонентом бензина является изооктан, у которого линейчатый спектр собственных колебаний атомных связей "углерод - углерод" и "углерод - водород" лежит в диапазоне, соответствующем границам 750-1500 см^-1 /см. М.М.Сущинский. Комбинационное рассеяние света и строение вещества, М., "Наука", 1981, с.63/. Если в зоне горения возбуждать колебания, спектр частот которых перекрывает указанный диапазон, например, 700-1600 см^-1, то внутри молекул топлива возникают резонансные явления, способствующие разрушению атомных связей. Разложение молекул бензина на составляющие атомы интенсифицирует процесс взаимодействия атомов топлива с кислородом, т.е. сам процесс горения. Происходит более полное сгорание топлива и как следствие, уменьшается количество несгоревших остатков и снижается расход топлива. Такое воздействие на микроуровне не отражается на режиме эксплуатации оборудования, не возникает и нежелательного шумового эффекта.

Для реализации изобретений в конкретном случае внутренняя поверхность камеры сгорания двигателя ВАЗ была частично покрыта специальным керамическим слоем в составе окиси алюминия и окиси титана, толщиной 100-150 мкм. Особенность данного материала покрытия заключается в том, что при рабочей температуре камеры сгорания 250-350^oC он излучает электромагнитные волны частотой в указанном выше диапазоне. Следует отметить, что для напыления пленки, например, с помощью известной плазменной технологии, могут быть использованы любые другие соединения с таким же или более широким спектром излучения. После наступления установившегося процесса зафиксировано снижение токсичных выбросов примерно на 20% и снижение потребления топлива примерно на 8%. Расчетные данные составляли соответственно 80 и 13%, но не были достигнуты, очевидно по причине того, что не все компоненты состава были нанесены на поверхность камеры сгорания вследствие различной температуры плавления частиц и динамики движения их в плазме.

Изобретение используется во всех областях техники, связанных с процессами сжигания топлива. На зону горения воздействуют электромагнитными колебаниями, спектр которых перекрывает спектр резонансного возбуждения атомных связей в молекулах топлива. Особенностью устройства является нанесенный частично на внутреннюю поверхность камеры сгорания слой керамического покрытия, которое при рабочей температуре в камере сгорания излучает электромагнитные колебания в нужном спектре частот. 2 с.п. ф-лы.

1. Способ сжигания топлива, включающий распыление топлива, его воспламенение и возбуждение в зоне горения колебаний, отличающийся тем, что в зоне горения возбуждают электромагнитные колебания в спектре частот, перекрывающем спектр частот резонансного возбуждения атомных связей в молекулах топлива. 2. Устройство для сжигания топлива, включающее камеру сгорания, средство воспламенения топлива, средства отвода продуктов горения, отличающееся тем, что на внутреннюю поверхность камеры сгорания частично нанесен слой керамического покрытия, причем керамическое покрытие выполнено из материала, спектр частот электромагнитного излучения которого при установившейся рабочей температуре в камере сгорания перекрывает спектр частот резонансного возбуждения атомных связей в молекулах топлива.