СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ИСКУССТВЕННОЙ ГАЗОВОЙ СМЕСИ ДЛЯ ДВС, РАБОТАЮЩЕГО В РЕЖИМЕ РЕЦИРКУЛЯЦИИ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ Российский патент 2000 года по МПК F02B47/10 F02M25/10 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, и может быть использовано при организации работы дизелей на искусственной газовой смеси (ИГС).

Известно достаточно большое количество аппаратов, в которых производится обогащение отработавших газов (ОГ) дизеля кислородом и отбор из них углекислого газа. Например, известен способ получения ИГС, описанный в /1/. По этому способу ОГ дизеля охлаждаются впрыском в них воды и после отделения капельной влаги нейтрализуются раствором абсорбента (моноэтаноламина), смешиваются с газообразным кислородом из емкости запаса кислорода, подогреваются и подаются на впуск дизеля.

Недостатком способа является его низкая эффективность, обусловленная значительными затратами энергии на собственные нужды, а также значительными габаритами устройства, в котором он реализуется, связанные с необходимостью создания запасов хладагента (воды), абсорбента и кислорода.

Известен также способ получения ИГС для дизеля, описанный в /2/, являющийся наиболее близким аналогом. Суть данного способа заключается в том, что неохлажденные ОГ от дизеля пропускают через слой гранулированного кислородосодержащего продукта КПС (техническую надперекись натрия), при этом происходит поглощение углекислого газа и выделение кислорода. Далее полученную ИГС подают на впуск дизеля.

Основными недостатками указанного способа приготовления ИГС являются:
- низкая надежность, вызванная ростом аэродинамических сопротивлений потоку ОГ при прохождении через слой гранулированного кислородосодержащего продукта ввиду оплавления и спекания гранул при контакте с высокотемпературными ОГ, содержащими пары воды (концентрация водяных паров в ОГ при работе на эксплуатационных режимах лежит в пределах 10 - 15% весовых):
- низкая надежность работы в режиме полной рециркуляции ОГ (работа по замкнутому циклу) ввиду отсутствия охлаждения рециркулирующих газов.

- низкая экономичность из-за затруднения проникновения зоны реакции внутрь гранул, поскольку твердые продукты реакций поглощения углекислого газа и выделения кислорода с поверхности гранул практически не отводятся и препятствуют продолжению данных реакций. В связи с этим значительное количество кислородосодержащего продукта в реакцию не вступает;
Задачей, решаемой изобретением, является повышение надежности и эффективности приготовления ИГС для дизеля, работающего по замкнутому циклу (ЗЦ) путем наиболее полного использования КСП и создания более благоприятных условий для работы дизеля.

Сущность изобретения заключается в приготовлении ИГС для ДВС, работающего в режиме рециркуляции ОГ. Отходящий поток ОГ двигателя разделяют на две регулируемые части. Затем одну из них орошают путем дозированного впрыска воды и пропускают в турбулентном падающем потоке через набор пластин реагента (технической надперекиси натрия). Далее обогащенную кислородом и очищенную от углекислого газа ИГС очищают от твердых частиц, продуктов химических реакций и капельной влаги и подают на смешение со второй частью потока ОГ. Затем, после охлаждения, ИГС подают в двигатель.

Признаками, отличающими изобретение от наиболее близкого аналога, являются:
1. Разделение ОГ на две регулируемые части.

2. Искусственное увлажнение части ОГ водой.

3. Пропускание ОГ параллельно поверхности реагента.

4. Очистка газовой смеси.

5. Смешивание частей потока ОГ.

6. Охлаждение ИГС с одновременным удалением конденсата.

Искусственное увлажнение части ОГ водой и пропускание ОГ параллельно поверхности реагента не выявлено из существующего уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию "изобретательский уровень".

Способ приготовления рабочей газовой смеси для ДВС, работающего в режиме рециркуляции ОГ, изображен на фигуре. Способ включает отбор ОГ от дизеля 1, являющегося источником ОГ и потребителем ИГС, разделение потока ОГ на две регулируемые регулятором перепуска 2 части, орошение одной части потока водой внутри смесителя 3 посредством регулятора 4, пропуск через нейтрализатор 5, смешивание со второй частью потока ОГ в смесителе 6, пропуск через сепаратор-охладитель 7, возвращение ИГС в дизель 1.

Согласно заявленному способу нейтрализатор 5 выполнен таким образом, что поток увлажненных ОГ проходит вдоль поверхности КПС, в качестве которого может быть использована техническая надперекись натрия, реакция взаимодействия которой с увлажненными ОГ может быть описана следующими уравнениями:
2NaO₂+H₂O=2NaOH+3/2O₂ (1)
CO₂+2NaOH=Na₂CO₃+H₂O (2)
Таким образом, при взаимодействии ОГ с реагентом одновременно выделяется O₂ и поглощается CO₂. Турбулентный поток ОГ и развитая поверхность массообмена в сочетании с достаточным количеством воды в ОГ позволяет интенсивно проводить процесс обработки ОГ и удаления продуктов реакции. При этом весьма важно, что интенсивность реакций (1) и (2) может регулироваться путем изменения количества паров воды в ОГ, посредством регулятора 4, что компенсирует изменения в режимах работы дизеля (внешнее возмущение), вызванное изменением нагрузки, а также нейтрализатора 5 (внутреннее возмущение), вызванное раходованием реагента.

Реакция взаимодействия ОГ с реагентом идет постадийно. Наличие избытка воды в ОГ вызывает оплавление поверхности реагента с образованием кристаллогидратов и концентрированного раствора щелочи. Продукты реакции (1) срываются с поверхности реагента потоком ОГ в виде пены (капель). Таким образом, менее активная реакция (2) происходит в условиях развитой межфазной поверхности по типу взаимодействия газ-жидкость. При этом с поверхности реагента удаляются продукты реакций.

Как уже упоминалось, скорость реакций (1) и (2) различна.

Предлагаемый способ позволяет, благодаря делению потока ОГ на две части регулятором 2, решить на уровне массопереноса вопрос одновременного регулирования количества CO₂ и O₂ и ИГС.

Совокупность признаков, изложенных в изобретении, представляет собой новую комбинацию признаков, реализуемых в условиях современного производства, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию "промышленная применимость".

Список использованных источников
1. Т. Асада и Н. Масахи "Исследование полузамкнутого и замкнутого циклов дизельных двигателей", XII CIMAC, Токио, 1977 (англ.).

2. Авторское свидетельство N 1663222.

Изобретение может быть использовано в двигателестроении. Способ приготовления рабочей газовой смеси для двигателя внутреннего сгорания, работающего в режиме рециркуляции отработавших газов, включает в себя отвод отработавших газов от двигателя, обработку отработавших газов посредством реагента, состоящую из поглощения углекислого газа и выделения кислорода, и подачу искусственной газовой смеси на впуск двигателя. Обработку отработавших газов производят посредством разделения отработавших газов на две регулируемые части. Одну из частей орошают путем дозированного впрыска воды, пропускают падающий поток отработавших газов через набор пластин реагента, очищают от твердых частиц, продуктов химических реакций и капельной влаги. После чего смешивают со второй частью потока отработавших газов и охлаждают. Технический результат заключается в повышении надежности и эффективности приготовления искусственной газовой смеси для дизеля. 1 ил.

Способ приготовления рабочей газовой смеси для двигателя внутреннего сгорания, работающего в режиме рециркуляции отработавших газов, включающий в себя отвод отработавших газов от двигателя, обработку отработавших газов посредством реагента, состоящую из поглощения углекислого газа и выделения кислорода, подачу искусственной газовой смеси на впуск двигателя, отличающийся тем, что обработку отработавших газов производят посредством разделения отработавших газов на две регулируемые части, одну из которых орошают путем дозированного впрыска воды, пропускают падающий поток отработавших газов через набор пластин реагента, очищают от твердых частиц, продуктов химических реакций и капельной влаги, смешивают со второй частью потока отработавших газов и охлаждают.