СИСТЕМА ПИТАНИЯ СИЛОВОЙ УСТАНОВКИ ЖИДКИМ И ГАЗООБРАЗНЫМ ТОПЛИВОМ Российский патент 2006 года по МПК F02B69/04 

Изобретение относится к системам питания жидким и газообразным топливом силовых установок.

Известна автономная система питания газообразным топливом двигателя внутреннего сгорания, содержащая топливную емкость, заполненную жидким углеводородным топливом и соединенную с поверхностным пиролитическим реактором, имеющим топливную полость и полость, подключенную к линии отработавших газов двигателя. На топливной линии внутри реактора установлен смеситель паров топлива и водяного пара, а за реактором (на той же линии) установлен закалочно-испарительный агрегат, соединенный со смесителем воздуха и продуктов пиролиза. Агрегат имеет паровую полость, выход которой сообщен с входом в смеситель паров воды и топлива. Внутри полости реактора, сообщенной с линией отработавших газов двигателя, размещен окислительный катализатор. Система снабжена устройством наддува двигателя, содержащим компрессор и приводную паровую турбину (см. пат. РФ №2120556, F 02 B 43/00, F 02 B 37/00, заявлено 18.07.1996, опубликовано 20.10.1998).

Недостатками системы являются: использование в качестве топлива лишь жидких углеводородов бензиновых фракций, необходимость дожигания отработавших газов.

Известна система питания газообразным топливом силовой установки, содержащая емкость, заполненную твердым углеводородным топливом, соединенную через дозатор с пиролитическим реактором, связанным на выходе с потребителем газообразного топлива. Ёмкость выполнена в виде кассеты, а твердое углеводородное топливо выполнено в виде ленты (см. пат. РФ №2131521, F 02 В 43/08, F 02 С 3/28, заявлено 25.07.1997, опубликовано 10.06.1999).

Недостатками системы являются: необходимость стандартизации углеводородного топлива и оборудования заправки, ведущие к удорожанию топлива; наличие фильтров для очистки пиролизного газа; негибкость и неуниверсальность системы по отношению к углеводородному топливу; наличие дополнительного подогрева горелками.

Наиболее близкой к предложенной системе питания по совокупности существенных признаков и достигаемому результату и выбранной за прототип является генераторная установка для питания двигателя внутреннего сгорания, содержащая двигатель, в котором линия газовыпуска подключена к входу заполненной углеродсодержащим топливом реакционной камеры, а линия питания подведена через очиститель-охладитель к выходу реакционной камеры, при этом линия газовыпуска двигателя сообщена с полостью реакционной камеры непосредственно, а от линии питания отведен транспортный трубопровод, связывающий реакционную камеру с дополнительным потребителем(см. пат. РФ №2099553, F 02 В 43/08, заявлено 26.12.1995, опубликовано 20.12.1997).

Недостатками прототипа являются: использование лишь твердого углеводородного топлива для переработки (торф, древесные отходы, бурый и каменный уголь); наличие накапливающихся зольных и смольных остатков; неэффективность работы реакционной камеры вследствие использования выхлопных газов для нагрева углеродсодержащего топлива; неполная переработка углеродсодержащего топлива; необходимость остановки работы системы на время загрузки реакционной камеры; питание силовой установки только газообразным топливом.

Для устранения этих недостатков предложена система питания силовой установки жидким и газообразным топливом, содержащая первую реакционную камеру и выходной газоход, согласно изобретению последовательно с первой реакционной камерой может быть установлена, по крайней мере, еще одна реакционная камера, аналогичная первой, при этом выходной газоход каждой предыдущей реакционной камеры, кроме последней, соединен с внутренним объемом последующей через вентиль, а выходной газоход последней реакционной камеры также через вентиль соединен с внутренним объемом первой реакционной камеры, при этом вторые выходы вентилей объединены и через компрессор соединяются с заполненным катализатором реактором синтеза, соединенным через холодильник с отстойником, причем внутри каждой камеры, в зоне выхода размещен газоотвод-нагреватель с находящимся внутри него фильтром-катализатором, погруженный в слой активного угля и сообщающийся с внутренним объемом реакционной камеры, при этом реакционная камера имеет устройство подачи воды в ее внутренний объем, при этом отстойник имеет выход для подачи через вентиль жидкого топлива в двигатель внутреннего сгорания, при этом отстойник имеет выход для подачи через вентиль топливного газа в двигатель внутреннего сгорания, при этом у отстойника имеется выход для подачи через вентиль образующейся в нем воды на дальнейшее использование. Параллельно вентилю, через который топливный газ подается из отстойника в двигатель внутреннего сгорания, может быть установлена линия, состоящая из последовательно соединенных вентиля, компрессора с ресивером и второго вентиля.

Изобретение поясняется чертежом, на котором схематично изображена заявляемая система питания.

Система питания силовой установки жидким и газообразным топливом состоит из первой и второй реакционных камер, каждая из которых содержит герметично закрывающийся корпус 1, куда загружается углеводородное сырье 2. Внутри корпуса 1 расположен газоотвод-нагреватель 3 с размещенным внутри него фильтром-катализатором 4, погруженный в слой мелкодисперсного активного угля 5. При этом внутренний объем реакционной камеры соединяется с полостью газоотвода-нагревателя 3 через слой активного угля 5. Для подачи во внутренний объем корпуса 1 реакционной камеры воды используется подсоединенное к нему устройство подачи воды 6. Газоотвод-нагреватель 3 первой реакционной камеры с помощью выходного газохода 7 через вентиль 8 соединяется с зоной загруженного углеводородного сырья 2 второй реакционной камеры. Выходной газоход 9 второй реакционной камеры через вентиль 10 соединяется с зоной загруженного углеводородного сырья 2 первой реакционной камеры. Вторые выходы вентилей 8 и 10 объединены и через компрессор 11 соединены с реактором синтеза 12, заполненным катализатором 13. Выход реактора 12 соединяется через холодильник 14 с отстойником 15. Отстойник 15 имеет выход для подачи жидкого топлива 16 через вентиль 17 в двигатель внутреннего сгорания 18. Вентиль 19 служит для подачи непрореагировавшего топливного газа из отстойника 15 в двигатель внутреннего сгорания 18. Параллельно вентилю 19 может быть установлена линия, состоящая из последовательно установленных вентиля 20, компрессора 21 с ресивером 22 и вентиля 23. Вентиль 25 служит для подачи конденсирующейся в отстойнике 15 воды 24 на дальнейшее использование.

Система работает следующим образом. В корпуса 1 первой и второй реакционных камер загружается углеводородное сырье 2, после чего камеры герметизируются. Затем вентиль 8 устанавливается в положение, при котором выходной газоход 7 соединяется с внутренним объемом второй реакционной камеры, куда загружено углеводородное сырье 2. Вентиль 10 устанавливается в положение, при котором выходной газоход 9 второй реакционной камеры соединяется с компрессором 11. Вентили 17 и 19 закрываются. Для запуска двигателя внутреннего сгорания 18 можно использовать либо предварительно накопленный в ресивере 22 топливный газ, для чего открывается вентиль 23, а вентиль 20 закрывается, либо предварительно накопленное в отстойнике 15 жидкое топливо 16, для чего вентиль 17 открывается, а вентиль 23 закрывается. На газоотвод-нагреватель 3 первой реакционной камеры подается питание. Температура в корпусе 1 первой реакционной камеры увеличивается, и происходит процесс газификации углеводородного сырья 2, из которого также испаряется влага. Образовавшаяся смесь паров воды и топливного газа проходит через разогретый слой мелкодисперсного активного угля 5 и фильтр-катализатор 4 первой реакционной камеры, образуя синтез-газ. Последний через газоотвод-нагреватель 3 первой реакционной камеры, ее выходной газоход 7 и вентиль 8 попадает в корпус 1 второй реакционной камеры, где охлаждается, проходя через слой загруженного углеводородного сырья 2, и очищается, проходя через слой активного угля 5 и фильтр-катализатор 4, следуя затем через газоотвод-нагреватель 3 второй реакционной камеры, ее выходной газоход 9, вентиль 10, компрессор 11 в реактор синтеза 12, заполненный катализатором 13. В реакторе синтеза 12 поддерживается определенная температура, при которой из поступающего в него синтез-газа в присутствии катализатора 13 образуются пары синтезированного жидкого топлива (бензин, метанол). Из реактора синтеза 12 образовавшиеся пары жидкого топлива и непрореагировавший топливный газ поступают через холодильник 14 в отстойник 15, где происходит разделение газовой и жидкой фаз. Из отстойника 15 через открытый вентиль 20 непрореагировавший топливный газ закачивается с помощью компрессора 21 в ресивер 22. К этому времени двигатель внутреннего сгорания 18 работает либо на предварительно накопленном в ресивере 22 топливном газе, когда вентиль 23 открыт, а вентили 17 и 19 закрыты, либо на предварительно накопленном жидком топливе 16, когда вентиль 17 открыт, а вентили 19 и 23 закрыты. В первом случае вентиль 23 закрывается, вентиль 17 открывается, и питание двигателя внутреннего сгорания 18 переводится на жидкое топливо 16. Во втором случае продолжается питание двигателя внутреннего сгорания 18 жидким топливом 16 с одновременным накоплением непрореагировавшего топливного газа из отстойника 15 через открытый вентиль 20, компрессор 21 в ресивере 22. Сконденсировавшаяся вода 24, обладая большей плотностью, находится ниже уровня жидкого топлива 16 и направляется на дальнейшее использование через вентиль 25. При испарении всей влаги, содержащейся в загруженном углеводородном сырье 2 в первой реакционной камере, производится порционная подача воды с помощью устройства подачи воды 6 первой реакционной камеры. При этом вода переходит в газообразное состояние, увеличивая свой объем и механически воздействуя на загруженное углеводородное сырье 2. Сконденсировавшаяся в отстойнике 15 вода 24 может быть направлена для использования в устройствах подачи воды 6 реакционных камер.

При завершении переработки углеводородного сырья 2 в первой реакционной камере питание от ее газоотвода-наревателя 3 отключается, а на газоотвод-нагреватель 3 второй реакционной камеры питание подается. Вентиль 8 переключается в положение, при котором выходной газоход 7 первой реакционной камеры соединяется с компрессором 11. Затем в корпус 1 первой реакционной камеры загружают новую порцию углеводородного сырья 2, после чего она герметизируется. Затем вентиль 10 переключается в положение, при котором выходной газоход 9 второй реакционной камеры соединяется с внутренним объемом первой реакционной камеры, куда загружено углеводородное сырье 2. Теперь синтез-газ образуется внутри корпуса 1 второй реакционной камеры, проходит через газоотвод-нагреватель 3 второй реакционной камеры, ее выходной газоход 9 и попадает во внутренний объем первой реакционной камеры, куда загружено углеводородное сырье 2. Синтез-газ проходит этот слой, слой активного угля 5, фильтр-катализатор 4 и газоотвод-нагреватель 3 первой реакционной камеры, поступая через выходной газоход 7 и вентиль 8 в компрессор 11. Далее процесс повторяется.

При достаточном количестве поступающего из отстойника 15 непрореагировавшего топливного газа питание двигателя внутреннего сгорания 18 может осуществляться непосредственно этим топливным газом через вентиль 19. При этом происходит одновременное накопление жидкого топлива в отстойнике 15.

Таким образом, заявляемая система по сравнению с прототипом обеспечивает возможность работы на любом углеводородном сырье: газообразном, жидком, вязкотекучем, твердом (вплоть до промышленных и бытовых отходов) с полной переработкой углеводородного сырья в топливо при отсутствии зольных и смольных остатков, позволяя более полным образом использовать топливные возможности получаемого газа, синтезируя топливный газ и жидкое топливо. К тому же, выработка жидкого топлива и топливного газа для питания силовой установки осуществляется непрерывно, без остановки процесса на время загрузки новой порции сырья.

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к системам питания жидким и газообразным топливом. Изобретение позволяет обеспечить работу силовой установки на любом углеводородном сырье с полной переработкой этого сырья в топливо. Система питания силовой установки жидким и газообразным топливом содержит первую реакционную камеру и выходной газоход. Последовательно с первой реакционной камерой может быть установлена, по крайней мере, еще одна реакционная камера, аналогичная первой. Выходной газоход каждой предыдущей реакционной камеры, кроме последней, соединен с внутренним объемом последующей через вентиль, а выходной газоход последней реакционной камеры также через вентиль соединен с внутренним объемом первой реакционной камеры. Вторые выходы вентилей объединены и через компрессор соединяются с заполненным катализатором реактором синтеза, соединенным через холодильник с отстойником. Внутри каждой камеры, в зоне выхода размещен газоотвод-нагреватель с находящимся внутри него фильтром-катализатором, погруженный в слой активного угля и сообщающийся с внутренним объемом реакционной камеры. Реакционная камера имеет устройство подачи воды в ее внутренний объем. Отстойник имеет выход для подачи через вентиль жидкого топлива в двигатель внутреннего сгорания, выход для подачи через вентиль топливного газа в двигатель внутреннего сгорания и выход для подачи через вентиль образующейся в нем воды на дальнейшее использование. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Система питания силовой установки жидким и газообразным топливом, содержащая первую реакционную камеру и выходной газоход, отличающаяся тем, что последовательно с первой реакционной камерой может быть установлена, по крайней мере, еще одна реакционная камера, аналогичная первой, при этом выходной газоход каждой предыдущей реакционной камеры, кроме последней, соединен с внутренним объемом последующей через вентиль, а выходной газоход последней реакционной камеры также через вентиль соединен с внутренним объемом первой реакционной камеры, при этом вторые выходы вентилей объединены и через компрессор соединяются с заполненным катализатором реактором синтеза, соединенным через холодильник с отстойником, причем внутри каждой камеры в зоне выхода размещен газоотвод-нагреватель с находящимся внутри него фильтром-катализатором, погруженный в слой активного угля и сообщающийся с внутренним объемом реакционной камеры, при этом реакционная камера имеет устройство подачи воды в ее внутренний объем, при этом отстойник имеет выход для подачи через вентиль жидкого топлива в двигатель внутреннего сгорания, при этом отстойник имеет выход для подачи через вентиль топливного газа в двигатель внутреннего сгорания, при этом у отстойника имеется выход для подачи через вентиль образующейся в нем воды на дальнейшее использование.2. Система питания по п.1, отличающаяся тем, что параллельно вентилю, через который топливный газ подается из отстойника в двигатель внутреннего сгорания, может быть установлена линия, состоящая из последовательно соединенных вентиля, компрессора с ресивером и второго вентиля.