СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО ВОДОРОДА И ЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В ДВИГАТЕЛЯХ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2002 года по МПК F02B43/12 

Изобретение относится к способам получения технического водорода и его использования в качестве топлива в двигателях внутреннего сгорания.

Известны способы получения водорода путем взаимодействия воды с амальгамой алюминия или металла, выбранного из группы - бериллий, цирконий, марганец, титан, хром при повышенной температуре [1]; а также алюминий и добавки галлия, индия, олова [2]; и сплавы, содержащие литий, натрий или калий [3].

Основными недостатками этих способов является большой расход дорогостоящих сплавов и редких металлов, хранение их в герметичных сосудах или под слоем инертного газа.

Известен термохимический процесс производства водорода из воды с подводом теплоты извне при температуре 800-1000^oC [4].

Основными недостатками этого способа являются наличие автономного источника теплоты, необходимость переработки и хранения водорода, что значительно удорожает его стоимость.

Наиболее близким техническим решением к заявленному изобретению является способ получения технического водорода и его использования в двигателях внутреннего сгорания, содержащий термохимический цикл разложения воды, причем источником теплоты для термохимической реакции и потребителем водорода является двигатель внутреннего сгорания [5]. Однако известное техническое решение не обеспечивает эффективной работы двигателя внутреннего сгорания.

Задачей изобретения является получить дешевое и экологически чистое топливо для автомобильного транспорта; сократить выбросы в атмосферу вредных веществ от выхлопных газов автомобилей; сократить на 50-70% расход углеводородного топлива на каждом автомобиле; удешевить автотранспортные перевозки.

Поставленная задача решается тем, что способ получения технического водорода и его использования в двигателях внутреннего сгорания содержит термохимический цикл разложения воды, причем источником теплоты для термохимической реакции и потребителем водорода является двигатель внутреннего сгорания, согласно изобретению отработанные газы двигателя нагревают реактор до температуры 900-950^oC, сокращают подачу углеводородного топлива и включают подачу воды из бака, а выделенный водород охлаждается до температуры 450-480^oC и поступает во впускной трубопровод двигателя, где смешивается с обедненной горючей смесью.

На чертеже изображена принципиальная схема устройства для реализации способа получения и использования водорода.

Принципиальная схема устройства содержит двигатель внутреннего сгорания 1; впускной трубопровод горючей смеси 2; воздушный фильтр 3; впускной трубопровод водорода 4; термохимический реактор 5; трубопровод подачи воды 6; бак для воды 7; выпускной трубопровод отработанных газов 8.

При запуске и прогреве двигателя 1 отработанные газы, имеющие температуру около 1200^oC, из цилиндров двигателя по выпускному трубопроводу 8 поступают в рубашку термохимического реактора 5, нагревают его до температуры 900-950^oC и поступают далее в выпускной трубопровод.

При нагреве реактора до 900-950^oC сокращают подачу углеводородного топлива и включают подачу воды из бака для воды 7 по трубопроводу 6. Вода, подогретая до 450-500^oC, поступает в камеру термохимического реактора.

При прохождении пара через слой реагента выделяется технический водород с температурой выхода около 900^oC. Технический водород охлаждается до температуры 450-480^oC и по трубопроводу 4 поступает во впускной трубопровод двигателя 2, где смешивается с обедненной горючей смесью, поступающей в трубопровод 2.

Горючая смесь с содержанием от 4 до 18% водорода в зависимости от требуемой нагрузки поступает в цилиндры двигателя.

Применение данного способа получения и использования технического водорода обеспечено доступным и надежным источником теплоты, получаемой от двигателя внутреннего сгорания, при минимальных затратах.

Оптимальные размеры реактора обеспечивают достаточный выход водорода для того, чтобы сократить расход углеводородного топлива на 50-70%. Имеется доступный выбор дешевых реагентов с высокой степенью регенерации. Восстановление реагента осуществляется отработанными при работе двигателя газами, содержащими 1-2% CO и 1-1,5% CO₂, которые поступают в реактор.

Предлагаемый способ является достаточно простым в технологическом отношении, легко управляемым и безопасным, так как регулировка объема выхода водорода регулируется объемом подачи воды в реактор, а для выключения реактора достаточно выключить двигатель или отключить подачу воды.

Применение данного способа получения и использования водорода позволяет получить дешевое и экологически чистое топливо для автомобильного транспорта; сократить выбросы в атмосферу вредных веществ от выхлопных газов автомобилей; сократить на 50-70% расход углеводородного топлива на каждом автомобиле; удешевить автотранспортные перевозки.

Источники информации
1. Патент США N 3540854, НКИ 23-282, 17.11.1970.

2. Авторское свидетельство СССР N 535364, МПК С 22 С 21/00, 22.06.1976.

3. Авторское свидетельство СССР N 681674, МПК С 01 В 3/08 от 23.12.1981.

4. Шпильрайн Э.Э. Введение в водородную энергетику (стр. 113-123). М.: Энергоиздат, 1984.

5. Патент Российской Федерации N 2070978, МПК F 02 В 43/10, 27.12.1996.

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Способ получения технического водорода и его использования в двигателях внутреннего сгорания содержит термохимический цикл разложения воды, причем источником теплоты для термохимической реакции и потребителем водорода является двигатель внутреннего сгорания. Отработанные газы двигателя нагревают реактор до 900-950^oС, сокращают подачу углеводородного топлива и включают подачу воды из бака. Выделенный водород охлаждается до 450-480^oС и поступает во впускной трубопровод двигателя, где смешивается с обедненной горючей смесью. Технический результат заключается в получении дешевого и экологически чистого топлива для автомобильного транспорта и в увеличении мощности автомобиля и удешевлении автотранспортных перевозок. 1 ил.

Способ получения технического водорода и его использования в двигателях внутреннего сгорания, содержащий термохимический цикл разложения воды, причем источником теплоты для термохимической реакции и потребителем водорода является двигатель внутреннего сгорания, отличающийся тем, что отработанные газы двигателя нагревают реактор до 900-950^oС, сокращают подачу углеводородного топлива и включают подачу воды из бака, а выделенный водород охлаждается до 450-480^oС и поступает во впускной трубопровод двигателя, где смешивается с обедненной горючей смесью.