ГЛУШИТЕЛЬ-ГЕНЕРАТОР ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2003 года по МПК F01N5/02 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к глушителям шума, преимущественно двигателей внутреннего сгорания.

Известен глушитель, содержащий корпус, разделенный на две камеры, причем первая выполненная герметичной, заполнена хладагентом и содержит змеевик, в котором поток газа резко замедляет движение и резко охлаждается [1]. Выделившаяся тепловая энергия отдается через замкнутую циркуляционную систему к радиатору, которым может быть радиатор охлаждения двигателя. Так как выделившаяся тепловая энергия в дальнейшем не используется, приведенный ниже технический результат не может быть достигнут.

Известен глушитель шума, содержащий корпус с патрубками, размещенные в нем шумопоглощающие элементы, имеющие группы углублений равных диаметров и глубин, причем глубины углублений в смежных группах соотнесены как взаимно простые числа [2]. Причем шумопоглощающие элементы образуют резонансные полости, соединенные при помощи проходных отверстий, объемы полостей соотнесены в геометрической прогрессии.

Однако при такой конструкции глушителя происходит лишь заглушение звука без использования тепловой составляющей, характеризуемой достаточно большой величиной.

Изобретение позволяет получить дополнительный источник постоянного тока, предназначенный для питания приборов электрооборудования. Технический результат заключается в повышении степени использования внутренней энергии потока отработавших газов двигателя внутреннего сгорания.

Технический результат достигается тем, что в глушителе-генераторе, содержащем корпус с впускным и выпускным патрубками и соосный проходной канал, образованный шумопоглощающими элементами, имеющими группы углублений равных диаметров и глубин, снабженный резонансными полостями, расположенными со стороны внутренней поверхности корпуса, ограниченными осевым размером, равным длине соответствующей группы углублений одной глубины, соединенных при помощи проходных отверстий и углублений с проходным каналом, с объемами полостей, соотнесенных в геометрической прогрессии, шумопоглощающие элементы выполнены из разнородных термоэлектрических материалов с р- и n-проводимостью, соединенных в одну электрическую цепь. Кроме того, корпус глушителя может быть снабжен радиатором либо рубашкой охлаждения.

В паре соединенных между собой шумопоглощающих элементов, изготовленных из разнородных термоэлектрических материалов с р- и n-проводимостью, под воздействием тепла отработавших газов возникает разность потенциалов Е. При воздействии тепловой энергии заглушаемого потока отработавших газов, характеризуемой температурой Т_Г, в термоэлектрических материалах, одновременно охлаждаемых со стороны корпуса до температуры Т_Х, генерируется постоянный ток.

Появление разности потенциалов в термопаре, характеризуемой средней величиной коэффициента термо-ЭДС α, носит название термоэлектрического эффекта (эффекта Зеебека), описываемого следующим выражением:

Таким образом, соединенные между собой в одну электрическую цепь шумопоглощающие элементы представляют собой дополнительный источник постоянного тока, предназначенный для питания приборов электрооборудования - термоэлектрический генератор.

На фиг. 1 представлен общий вид глушителя-генератора и его разрез; на фиг.2 - аксонометрическая проекция глушителя-генератора в разрезе.

Глушитель-генератор содержит корпус 1 произвольной формы, например прямоугольной, с впускным 2 и выпускным 3 патрубками и соосный проходной канал 4, образованный шумопоглощающими элементами 5, представляющими собой блоки из разнородных термоэлектрических материалов. Блоки шумопоглощающих элементов 5 имеют группы углублений 6 равных диаметров и глубин. Глушитель-генератор снабжен резонансными полостями 7, расположенными со стороны внутренней поверхности корпуса 1, ограниченными осевым размером, равным длине соответствующей группы углублений 6 одной глубины, соединенных при помощи проходных отверстий 8 и углублений 6 с проходным каналом 4, а объемы полостей соотнесены в геометрической прогрессии.

Для повышения перепада температур между отработавшими газами и шумопоглощающими элементами 5 корпус глушителя-генератора может быть снабжен радиатором 10 произвольной конструкции (фиг. 1) либо рубашкой охлаждения 9 (фиг. 2). Между шумопоглощающими элементами и корпусом глушителя находится изолирующий слой 11. Для подключения к потребителю разнородных термоэлектрических материалов с р- и n-проводимостью, образующих термоэлектрический генератор, выведены контакты 12.

Глушитель-генератор работает следующим образом.

Поток газа, характеризуемый температурой Т_Г, проходя через впускной патрубок 2 по каналу 4, возбуждает в группах углублений 6 одинаковой глубины колебания в противофазе, в результате чего происходит заглушение звука в широкой полосе частот на высоких и в некоторой области средних частот. Через углубление 6 с проходным отверстием одновременно происходит отсос звуковой энергии на низких частотах, определяемых в основном объемом полостей 7, представляющих собой по существу резонаторы. При этом углубления 6 с проходным отверстием 8 благодаря тому, что диаметр отверстий 8 меньше диаметра углубления 6, выполняют и роль углублений 6, и роль горла резонаторов. Благодаря взаимодействию присоединенных масс углублений 6 с отверстиями 8, расположенными вдоль оси волновода на расстоянии друг от друга, малом по сравнению с длинной звуковой волны, полосы заглушения на низких, средних и высоких частотах расширяются и имеют значительную величину затухания.

Расширению полос заглушения способствует и то, что величины объемов резонансных полостей 7 относятся к геометрической прогрессии. При таком выполнении глушителя-генератора каждый объем полостей 7 заглушает определенную полосу частот, которые взаимно перекрываются.

Расширению полос заглушения и увеличению затухания способствует также при прочих равных условиях увеличение коэффициента перфорации шумопоглощающих элементов 5 за счет увеличения числа углублений, а не их диаметра. Это связано с тем обстоятельством, что большее число углублений 6 отбирает от звукового поля достаточно большую часть энергии в диапазоне частот, примыкающих к собственным частотам системы. Также при резком затухании колебаний звука отработавших газов происходит интенсивный нагрев шумопоглощающих элементов с потерей части тепла потока, что снижает выброс вредных веществ в атмосферу, что обосновано в [1].

Помимо этого, при прохождении отработавших газов сквозь углубления 6 шумопоглощающих элементов 5 происходит нагрев данных элементов, изготовленных из термоэлектрических материалов с р- и n-проводимостью, например на основе РbТе. Вследствие термоэлектрического эффекта в термопарах, соединенных в одну электрическую цепь, генерируется постоянный ток, подводимый к потребителю с помощью контактов 12. Изоляция 11 шумопоглощающих элементов предотвращает короткое замыкание одного из них на корпус глушителя, тем самым повышая разность потенциалов при переходе от одной термопары к другой. Генерируемый электрический ток может использоваться для питания приборов электрооборудования, например для подзарядки стартерных аккумуляторных батарей.

Применение предлагаемого глушитель-генератора позволяет:
получить дополнительный источник постоянного тока;
повысить степень использования выделяющегося при сгорании топлива тепла в ДВС, тем самым частично снизить затраты топлива на привод основного генератора;
обеспечить электроэнергией потребителей постоянного тока на минимальных оборотах коленчатого вала ДВС и при аварийных ситуациях, когда выходные параметры источника тока нестабильны;
за счет накопления тепла шумопоглощающими элементами возможно генерирование электроэнергии в течение 5-10 минут с момента остановки двигателя.

Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР 1225903, МКИ F 01 N 1/08, опубликованное 23.04.1986, БИ 15.

2. Авторское свидетельство СССР 1728506, МКИ F 01 N 1/02, G 10 К 11/00, опубликованное 23.04.1992, БИ 15.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к глушителям шума, преимущественно двигателей внутреннего сгорания. Глушитель-генератор позволяет получить дополнительный источник постоянного тока, предназначенный для питания приборов электрооборудования, путем повышения степени использования внутренней энергии потока отработавших газов двигателя внутреннего сгорания. Глушитель содержит шумопоглощающие элементы, изготовленные из разнородных термоэлектрических материалов с р- и n-проводимостью, соединенные в одну электрическую цепь, которые под воздействием тепла отработавших газов генерируют постоянный электрический ток. Тем самым обеспечено повышение степени использования энергии отработавших газов двигателя внутреннего сгорания и получен дополнительный источник электроэнергии. 2 ил.

1. Глушитель шума, содержащий корпус с впускным и выпускным патрубками и соосный проходной канал, образованный шумопоглощающими элементами, имеющими группы углублений равных диаметров и глубин, снабженный резонансными полостями, расположенными со стороны внутренней поверхности корпуса, ограниченными осевым размером, равным длине соответствующей группы углублений одной глубины, соединенных при помощи проходных отверстий и углублений с проходным каналом, с объемами полостей, соотнесенных в геометрической прогрессии, отличающийся тем, что шумопоглощающие элементы выполнены из разнородных термоэлектрических материалов с р- и n-проводимостью, соединенных между собой в одну электрическую цепь. 2. Глушитель по п. 1, отличающийся тем, что корпус глушителя снабжен радиатором, либо снабжен рубашкой охлаждения.