СПОСОБ ПОДГОТОВКИ ИСКУССТВЕННОЙ ГАЗОВОЙ СМЕСИ ДЛЯ ДИЗЕЛЬНОЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2009 года по МПК F02B47/10 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в двигателестроении, энергетике и других областях, в частности к дизельным двигателям, работающим на искусственной газовой смеси по замкнутому циклу в замкнутом пространстве. Предлагаемые технические решения объединены единым изобретательским замыслом. Изобретение позволяет повысить качество искусственной газовой смеси (ИГС), увеличить ее запасы, повысить безопасность устройства, а также расширить диапазон работы дизелей в замкнутом изолированном пространстве как в режимах его работы на атмосферном воздухе, так и при полной изоляции от него.

Известен аналог - способ подготовки искусственной смеси для дизеля по Авт. свид. СССР №1645580 "Способ приготовления газокислородной смеси для питания двигателя внутреннего сгорания, работающего по замкнутому циклу», МПК F02В 47/10, опубликованному 30.04.1991 г., Бюл. №16, по которому отработавшие газы (ОГ) двигателя внутреннего сгорания (ДВС) очищаются от диоксида углерода и охлаждаются в охладителе-поглотителе, проходят через устройство осушения от влаги, затем очищенные отработавшие газы (ООГ) подаются в смеситель газов, где ООГ смешивается с чистым кислородом, который генерируется в генераторе кислорода (ГК) из твердого кислородосодержащего продукта путем воздействия на него водой, подаваемой через регулятор расхода воды в ГК, а полученная в смесителе газов ИГС подается на вход двигателя внутреннего сгорания (дизельного). Через другой регулятор вода подается в устройство подготовки щелочи для получения щелочи нужной концентрации.

При сравнительной простоте способа приготовления газокислородной смеси для питания ДВС, работающего по замкнутому циклу, он имеет следующие недостатки: низкое качество подготовки ИГС и малый объем запаса готовой ИГС, малая безопасность по указанным причинам. Эти недостатки приводят к неизбежному ухудшению работы ДВС на переходных режимах при изменениях нагрузки на него, в конечном итоге приводящие к ухудшению качества вырабатываемой электроэнергии.

Известен аналог - способ подготовки искусственной смеси для ДВС по Авт. свид. СССР №1638335 "Способ приготовления газовой смеси для питания двигателя внутреннего сгорания», МПК F02В 47/10, опубликованному 30.03.1991 г., Бюл. №12. По этому способу отработавшие газы ДВС по коллектору через ускоряющее сопло подаются в совмещенные в одном корпусе охладитель-нейтрализатор, генератор кислорода и смеситель газов. Полученная готовая ИГС подается на вход ДВС.

Данный способ имеет те же недостатки, что и предыдущий способ.

Известно устройство для приготовления ИГС, см. авторское свидетельство СССР №1645580, МПК F02В 47/10, опубликованное 30.04.1991 г., Бюл. №16, "Способ приготовления газокислородной смеси для питания двигателя внутреннего сгорания, работающего по замкнутому циклу". Оно содержит ДВС, охладитель-поглотитель диоксида углерода из отработавших газов ДВС, устройство осушения очищенных отработавших газов, генератор чистого кислорода, смеситель ООГ с чистым кислородом, бак с продуктами реакции, два регулятора подачи воды в генератор кислорода и в блок подготовки щелочи.

Недостатками данного устройства являются малый объем запаса и низкое качество подготовки ИГС, малая безопасность вследствие указанных недостатков и больших протяженностей трубопроводов, приводящие к неустойчивости работы ДВС на переходных процессах при изменении нагрузки на него и приводящих к ухудшению качества электроэнергии.

Известно устройство для подготовки ИГС, см. авторское свидетельство СССР №1638335, МПК F02В 47/10, опубликованное 30.03.1991 г., Бюл. №12. Оно реализует "Способ приготовления газовой смеси для питания двигателя внутреннего сгорания» и содержит совмещенные в одном корпусе бункер хранения кислородосодержащего продукта, узел подачи продукта в реактор, реактор разложения продукта, реактор поглощения диоксида углерода и охлаждения отработавших газов (совмещенный охладитель-нейтрализатор), ускоритель потока ОГ при подаче их на нейтрализацию, подводящие и отводящие газы и жидкость патрубки.

Данное устройство, по сравнению с вышеприведенным устройством, компактен, практически не имеет времен транспортных запаздываний, устраняет ряд недостатков, но сохраняются недостаточность объема запаса подготовленной готовой ИГС, малая безопасность по причине трудности регулировки концентрации кислорода в ИГС, ухудшающие переходные характеристики ДВС.

Наиболее близким по своей технической сущности к заявленному способу и устройству подготовки ИГС для ДВС является «Двигатель внутреннего сгорания для работы по замкнутому циклу», авторское свидетельство СССР №1719683, МПК F02В 47/10, опубликованное 15.03. 1992 г., Бюл. №10. Способ-прототип реализован в устройстве-прототипе. Суть способа подготовки ИГС заключается в следующем: с выхода ДВС ОГ проходят через охладитель-нейтрализатор, который совмещен в одном корпусе с охладителем, нейтрализатором и со смесителем очищенных отработавших газов (ООГ) с чистым кислородом (в дальнейшем охладитель-нейтрализатор). Чистый кислород получают из твердого кислородосодержащего продукта (ТКСВ) в ГК путем воздействия на ТКСВ водой. Полученные кислород и щелочь в смеси из ГК по газожидкостному трубопроводу подаются в охладитель-нейтрализатор. Отработавшие газы очищаются щелочью от механических примесей, диоксида углерода, смешиваются с чистым кислородом, а готовая ИГС охлаждается в теплообменнике, расположенном в том же охладителе-нейтрализаторе, и подается через эжектор и буферную емкость на вход ДВС. Газы, выделяющиеся из жидкости в накопителе отработавших реагентов, через эжектор поступают в ИГС. Буферная емкость незначительно увеличивает запасы готовой ИГС, качество ее подготовки, а также безопасность работы ДВС. Однако этот способ, реализованный в данном устройстве, имеет недостатки, присущие аналогам: малый объем запаса готовой ИГС, низкое качество подготовки ее, малая безопасность по причине трудности точной регулировки подаваемого кислорода в смеситель газов, и, как следствие, неустойчивая работа ДВС на переходных режимах.

Устройство-прототип, по авторскому свидетельству СССР №1719683, МПК F02В 47/10, опубликованному 15.03.04.1992 г., Бюл. №10, содержит ДВС, генератор кислорода, охладитель-нейтрализатор, который совмещен в одном корпусе с охладителем, нейтрализатором и смесителем чистого кислорода с ООГ, накопитель отработавших реагентов, эжектор, буферную емкость, три теплообменника и три регулятора: генерации кислорода, температуры и уровня жидкости в охладителе-нейтрализаторе. Выхлопной патрубок ДВС соединен с входным патрубком охладителя-нейтрализатора, второй газожидкостный вход которого соединен через теплообменник с выходом генератора кислорода, жидкостный вход последнего через регулятор воды генерации кислорода в ГК соединен с входом регулятора температуры ИГС и выходом последовательно соединенных теплообменников охладителя-нейтрализатора, теплообменника перед ним и радиатора в ДВС. Газовый выход охладителя-нейтрализатора (ОХН) соединен через эжектор и буферную емкость с входным патрубком ДВС, а второй вход эжектора соединен с газовым выходом накопителя отработавших реагентов, жидкостный вход которого соединен через регулятор уровня жидкости с выходом охладителя-нейтрализатора.

Устройство-прототип работает следующим образом: отработавшие газы ДВС подаются на вход охладителя-нейтрализатора, где ОГ очищаются от механических примесей, например сажи, диоксида углерода щелочью и охлаждаются, смешиваются с кислородом, который вместе с щелочью из ГК через теплообменник на выходе генератора кислорода подается в охладитель-нейтрализатор. ИГС через эжектор и буферную емкость подается на вход ДВС. Охлаждающая вода подается последовательно на вход радиатора ДВС, с его выхода - на вход теплообменника охлаждения кислорода с щелочью на выходе из ГК, с его выхода подается на вход теплообменника внутри охладителя-нейтрализатора, а из его выхода подогретая вода подается через регулятор воды генерации кислорода в ГК. Расход воды через регулятор температуры определяет температуру в устройстве, в частности, температуру ИГС.

Устройство-прототип по сравнению с аналогами имеет несколько увеличенный объем запаса готовой ИГС за счет объема буферной емкости, однако этого запаса недостаточно для устойчивой работы ДВС на переходных процессах при набросе и сбросе нагрузки, поэтому оно имеет те же недостатки, как и аналоги.

Целью заявленных технических решений является разработка и создание способа и устройства подготовки ИГС для ДВС (дизеля), которые обеспечивают устойчивую работу дизеля во всех режимах его работы за счет создания высококачественного состава искусственной газовой смеси (ИГС) с большим объемом ее запаса и повышение безопасности устройства.

В заявленном способе поставленная цель достигается тем, что в известном способе подготовки ИГС отработавшие газы дизеля подают на вход охладителя-нейтрализатора, очищают от механических примесей и диоксида углерода в растворе щелочи, смешивают эти отработавшие газы с чистым кислородом, охлаждают в охладителе-нейтрализаторе и полученную готовую ИГС подают через буферную емкость на вход дизеля, причем кислород и щелочь получают в генераторе кислорода из твердого кислородосодержащего продукта путем воздействия на него подогретой водой, которая подается с выхода теплообменника-радиатора дизеля. Эта вода проходит также через теплообменник охладителя-нейтрализатора, а с его выхода через регулятор температуры удаляется из системы. Вода, подаваемая в генератор кислорода через регулятор воды генерации кислорода, воздействует на твердый кислородосодержащий продукт, в результате чего получают чистый кислород и щелочь, которые в виде газожидкостной смеси подаются в ОХН для очистки ОГ от диоксида углерода и смешивания кислорода с ООГ и охлаждения. Продукты реакции щелочи и ОГ в виде раствора соли удаляются через регулятор уровня жидкости в охладителе-нейтрализаторе.

В предложенном способе подготовленная готовая ИГС в буферной емкости дополнительно подается на вход центробежного вентилятора для распределения полученной готовой ИГС и размешивания ее с находящимися в ней газами.

По первому варианту чистый кислород подается из баллонов со сжатым или жидким кислородом в ОХН, полученная ИГС подогревается и подается на вход вентилятора.

По второму варианту полученная ИГС подается на вход вентилятора через влагоотделитель и регулятор расхода ИГС из охладителя-нейтрализатора.

По третьему варианту полученная ИГС с выхода охладителя-нейтрализатора подается в ГК во встречном потоке газожидкостной смеси для дополнительной очистки ООГ и генерации кислорода, смешивания ИГС с дополнительно выработанным кислородом и через регулятор расхода ИГС из генератора кислорода также подается на вход вентилятора. ИГС может подаваться на вход вентилятора одновременно с выходов обоих регуляторов расхода ИГС или раздельно.

По четвертому варианту для подготовки ИГС от другого очередного генератора кислорода после выработки ТКСВ в первом генераторе в процессе генерации кислорода при работающем дизеле по замкнутому циклу открывают запорный вентиль отвода газожидкостной смеси на выходе генератора кислорода, регулятора воды генерации кислорода и регулятора расхода ИГС на выходе ГК.

В заявленном устройстве дополнительно введены центробежный вентилятор, воздуховод вентилятора, регуляторы расхода ИГС из генератора кислорода и из ОХН, запорные вентили газожидкостной смеси, влагоотделитель, три регулируемых тройника.

Для обеспечения работы дизельной энергетической установки (ДЭУ) по замкнутому циклу ИГС из буферной емкости через первый вход первого управляемого вентиля-тройника или атмосферный воздух через другой вход этого же вентиля-тройника и первый выход второго управляемого вентиля-тройника подается на вход дизеля. Отработавшие газы дизеля через первый выход третьего вентиля-тройника подаются на вход ОХН или отработавшие газы дизеля через второй выход третьего вентиля-тройника выбрасываются в атмосферу. Охлаждающая вода с выхода радиатора охлаждения дизеля через вентиль подается на вход регулятора воды генерации кислорода. Кроме того, в буферную емкость готовая ИГС подается последовательно или параллельно из нескольких генераторов кислорода по мере выработки в каждом из них ТКСВ путем дистанционного переключения запорных вентилей на входе и выходе генератора кислорода и соответствующего регулятора расхода ИГС из ГК.

Новая совокупность существенных признаков способа позволяет достичь указанные технические результаты за счет улучшения качества подготовки ИГС при применении дополнительного вентилятора для дополнительного смешивания ИГС, дополнительного очищения ООГ в ГК и их смешивания с кислородом при прохождении ИГС через генератор кислорода, увеличения запасов готовой ИГС за счет большой буферной емкости, в которой размещено все устройство подготовки искусственной газовой смеси, разомкнутости выхода охладителя-нейтрализатора от входа дизеля. Таким образом, создаются квазиатмосферные условия работы дизеля с большим запасом ИГС.

Поставленная цель в заявленном устройстве подготовки искусственной газовой смеси для дизельной энергетической установки достигается тем, что в известном устройстве, содержащем дизель с радиатором его охлаждения, охладитель-нейтрализатор с охладителем, нейтрализатором и смесителем газов, буферную емкость готовой искусственной газовой смеси, регулятор уровня жидкости в охладителе-нейтрализаторе, регулятор воды охлаждения искусственной газовой смеси, регулятор воды генерации кислорода, причем выхлопной патрубок дизеля соединен с входом охладителя-нейтрализатора, его газожидкостный вход соединен с таким же выходом генератора кислорода, выход радиатора дизеля соединен с входом теплообменника охладителя-нейтрализатора, выход которого соединен с регулятором расхода воды охлаждения охладителя-нейтрализатора, жидкостный вход генератора кислорода соединен выходом регулятора воды генерации кислорода. При этом в известное устройство дополнительно введены три запорно-регулирующих тройника, запорные вентили газожидкостной смеси, регуляторы расхода искусственной газовой смеси (ИГС) из охладителя-нейтрализатора (ОХН) в буферную емкость и регулятора ИГС из генератора кислорода (ГК), влагоотделитель, который соединен с входом регулятора расхода ИГС из ОХН, причем жидкостный выход влагоотделителя соединен с таким же входом охладителя-нейтрализатора, газовый выход которого соединен с газовым входом влагоотделителя, а газожидкостный выход генератора кислорода через запорный вентиль газожидкостной смеси соединен с таким же входом охладителя-нейтрализатора. Вход регулятора расхода ИГС из ГК соединен с газовым выходом генератора кислорода, жидкостный вход которого через регулятор воды генерации кислорода и запорный вентиль воды соединен с входом теплообменника внутри охладителя-нейтрализатора и выходом радиатора дизеля. Выхлопной патрубок дизеля в первом варианте через первый выход третьего запорно-регулирующего тройника соединен с газовым входом охладителя-нейтрализатора; во втором варианте через второй выход третьего запорно-регулирующего тройника соединен через запорный вентиль с оголовком выхлопа газов в атмосферу. Всасывающий патрубок дизеля в первом варианте через первый вход первого запорно-регулирующего тройника соединен с буферной емкостью; во втором варианте через второй вход первого запорно-регулирующего тройника, через первый выход второго запорно-регулирующего тройника и через запорный вентиль соединен с всасывающим оголовком воздуха из атмосферы, в третьем варианте всасывающий оголовок воздуха из атмосферы через запорный вентиль оголовка, через второй выход второго запорно-регулирующего тройника соединен с буферной емкостью. Кроме того, все элементы системы подготовки ИГС для дизеля расположены внутри буферной емкости, изолированы от дизеля и атмосферы запорной арматурой, а вход дизеля внутри буферной емкости разомкнут относительно системы подготовки ИГС. Буферная емкость в совокупности с генераторами кислорода является складом хранения кислородосодержащего продукта и готовой ИГС, причем генераторов кислорода может быть n-единиц. Их включение в работу параллельно или последовательно осуществляется дистанционно.

Благодаря новой совокупности существенных признаков устройства за счет дополнительно введенных элементов в заявленное устройство: регуляторов расхода ИГС из ОХН и ГК, вентилятора, воздуховода вентилятора, запорных вентилей газожидкостной смеси на выходе генератора кислорода, влагоотделителя, запорно-регулирующих тройников и рациональное размещение элементов системы подготовки ИГС в замкнутой буферной емкости, а также новых связей между элементами устройства, разомкнутости входа дизеля от выхода элементов подготовки ИГС, реализован новый способ подготовки ИГС и увеличены запасы готовой ИГС, повышено ее качество, улучшена технология подготовки и применения ИГС, обеспечена безопасность всей установки.

Проведенный заявителем анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественных всем признакам, заявленных способа и устройства подготовки искусственной газовой смеси для дизельной энергетической установки, отсутствуют.

Заявленные объекты изобретения поясняются чертежом. На чертеже приведена технологическая схема подготовки ИГС для дизеля, работающая по замкнутому, полузамкнутому и открытому циклам.

Реализация заявленного способа заключается в следующем (см. чертеж.) Отработавшие газы (ОГ) дизеля, расположенного в другом помещении (помещение №2), поступают на вход третьего запорно-регулирующего тройника. В зависимости от положения этого тройника возможны два варианта работы дизеля: в замкнутом, полузамкнутом и открытом циклах. В открытом цикле ОГ дизеля выбрасываются через запорный вентиль оголовка выхлопа в атмосферу. В замкнутом цикле ОГ дизеля подается на вход охладителя-нейтрализатора, где они очищаются и охлаждаются раствором щелочи, например NaOH. Она вступает в реакцию нейтрализации диоксида углерода по схеме:

Щелочь поступает из генератора кислорода (ГК) в виде газожидкостной смеси вместе с кислородом, который получают при воздействии на твердый кислородосодержащий продукт, например NaO₂, водой. Она поступает через регулятор воды генерации кислорода с выхода радиатора дизеля. Реакция разложения проходит по схеме:

Полученный кислород смешивается с очищенными отработавшими газам (ООГ) и получают искусственную газовую смесь (ИГС), в составе которой могут быть азот, кислород, непрореагировавший диоксид углерода и другие газы. По первому варианту способа, при закрытых регуляторах расхода искусственной газовой смеси (РРИГС) на выходе ГК и открытых РРИГС на выходе влагоотделителя, ИГС подается на вход вентилятора, который активно перемешивает и разносит предварительно готовую ИГС по всему помещению, тем самым устраняются локальные неоднородности концентрации кислорода в ИГС и создает сотни кубометров запаса готовой ИГС в соответствии с объемом помещения №3. Однородная по составу смесь газов подается на вход дизеля через первый вход первого запорно-регулирующего тройника. Суть этого способа заключается в том, что даже при сильном отклонении концентрации кислорода на выходе из регулятора расхода ИГС, например, на 100% или 21±21% содержания кислорода в одном кубометре ИГС, после перемешивания этого объема ИГС, например, в 100 м³ ИГС общая концентрация кислорода в ИГС будет близкой к нормальной, для приведенного примера составит не более 21,4%. Такой состав ИГС является безопасным и не нарушает режима работы дизеля на переходных процессах. В другом варианте РРИГС на выходе влагоотделителя закрыт, но открыты на выходе одного или нескольких из ГК. Очищенная в охладителе-нейтрализаторе от механических примесей ООГ во встречном потоке щелочи и кислорода из ГК через открытый запорный вентиль газожидкостной смеси проходит в ГК, дополнительно вступают в реакцию поглощения диоксида углерода, дополнительно генерируется кислород и смешиваются с готовой ИГС в ГК, создается ИГС иного состава, которая через открытый РРИГС подается на вход центробежного вентилятора для дополнительного перемешивания ИГС. Причем вентилятор установлен всасывающим соплом, направленным к выходу из РРИГС. Далее готовая ИГС через открытый первый тройник подается на вход дизеля. В третьем варианте открыты и регулируются оба РРИГС на выходах ГК и влагоотделителя. Эти варианты позволяют оперативно регулировать концентрацию кислорода в ИГС по результатам ее измерения непосредственно на выходе вентилятора. Количество воды, подаваемой через регулятор воды генерации кислорода, позволяет расширить диапазон объема производства кислорода в ГК при выборе его рабочего режима. Большой объем буферной емкости не накладывает ограничений на быстродействие анализаторов кислорода и исполнительных механизмов регуляторов.

В варианте открытого цикла ОГ дизеля через второй выход третьего запорно-регулирующего тройника и запорный вентиль оголовка выбрасывается в атмосферу, а всасываемый атмосферный воздух через запорный вентиль оголовка и второй выход второго запорно-регулирующий тройника подается на вход вентилятора, который разносит атмосферный воздух по всему помещению буферной емкости, замещая застоявшуюся ИГС или воздух свежим и по известной схеме подается на вход дизеля. Регулятор уровня жидкости в охладителе-нейтрализаторе обеспечивает качество поглощения диоксида углерода в последнем. Охлаждающая вода подается на вход охладителя-нейтрализатора с выхода радиатора дизеля и через регулятор температуры в ОХН удаляется из системы.

Заявленный способ подготовки ИГС обеспечивает безопасную подготовку ИГС высокого качества и обеспечивает оперативную регулировку ее состава.

Правомерность теоретических предпосылок проверялась на экспериментальной базе ВИТУ на реальных стендах.

Устройство (см. чертеж) состоит из дизеля 1 с электрическим генератором 2, теплообменника-радиатора 3 дизеля, генератора кислорода 4 (4-1, 4-2,… 4-n), охладителя-нейтрализатора 5, теплообменника 6 охладителя-нейтрализатора, вентилятора 7, запорных вентилей 8 и 9 всасывающего и выхлопного оголовков соответственно, первого 10, второго 11, третьего 12 запорно-регулирующих тройников, регулятора 13 охлаждения ОХН, регулятора 14 уровня жидкости в охладителе-нейтрализаторе, запорного вентиля 15 воды, выходных запорных вентилей газожидкостной смеси 16 (16-1, 16-2,… 16-n), регуляторов 17 (17-1, 17-2,… 17-n) расхода ИГС из генератора кислорода, регуляторов воды 18 (18-1, 18-2,… 18-n) генерации кислорода, регулятора 19 расхода ИГС из ОХН, влагоотделителя 20, воздуховода 21, буферной емкости 22, нейтрализатора 23, смесителя газов 24, входных патрубков 25, 30, 32, выходных патрубков 26, 27, 28, 29, 31, 33.

Элементы устройства соединены между собой следующим образом. Дизель 1 через вал соединен с валом электрического генератора 2. Входным и выходным патрубками охлаждения дизель 1 соединен с выходным и входным патрубками теплообменника-радиатора 3, один вход последнего подключен к патрубку подачи воды в устройство, а его выход подключен к входу теплообменника 6 охладителя-нейтрализатора и к входу запорного вентиля 15 воды. Его выход подключен к входам регуляторов воды 18 (18-1, 18-2,… 18-n) генерации кислорода, которые своими выходами соединены с жидкостными входами генераторов кислорода 4 (4-1, 4-2,… 4-n), газовые выходы которых соединены с входами регуляторов 17 (17-1, 17-2,… 17-n) расхода ИГС из генератора кислорода, а они выходами соединены между собой и буферной емкостью 22, их общий выход направлен к входу вентилятора 7, выход которого подсоединен к воздуховоду 21. Газожидкостные выходы генераторов кислорода 4 (4-1, 4-2,… 4-n) соединены через запорные вентили 16 (16-1, 16-2,… 16-n) газожидкостной смеси между собой и входом охладителя-нейтрализатора 5, другой его вход соединен с жидкостным выходом влагоотделителя 20, газовый вход которого соединен с газовым выходом охладителя-нейтрализатора 5, а газовый выход влагоотделителя 20 соединен со входом регулятора 19 расхода ИГС из ОХН и выходит в буферную емкость 22 в направлении входа вентилятора 7. С буферной емкостью 22 соединены первый вход первого 11 и второй выход второго 10 запорно-регулирующих тройников. Выход первого 11 запорно-регулирующего тройника соединен с входным патрубком дизеля 1, выхлопной патрубок которого соединен с входом третьего 12 запорно-регулирующего тройника, его первый выход соединен с газовым входом охладителя-нейтрализатора 5, а второй выход третьего 12 запорно-регулирующего тройника соединен через запорный вентиль 9 с выхлопным оголовком 33. Всасывающий оголовок 32 через запорный вентиль 8 соединен с входом второго 10 запорно-регулирующего тройника, первый выход которого соединен со вторым входом первого 11 запорно-регулирующего тройника. Жидкостный выход охладителя-нейтрализатора 5 через регулятор 14 уровня жидкости в охладителе-нейтрализаторе соединен с накопителем продуктов реакции через патрубок 27 (на чертеже не показан), выход теплообменника 6 соединен через регулятор 13 охлаждения охладителя-нейтрализатора со сливной емкостью (на схеме не показана) через патрубок 26.

Дизель 1 предназначен для преобразования скрытой энергии топлива во вращательное движение вала дизеля и электрического генератора 2. В качестве дизель-генераторной установки может применяться агрегат АС 814 Д с электрическим генератором 2 и со встроенным теплообменником 3.

Генератор кислорода 4 предназначен для получения из твердого кислородосодержащего продукта чистого кислорода и попутной щелочи. В качестве ГК может быть использован ГК, примененный в авторском свидетельстве №1719683 (прототип), разработанный и испытанный в ВИТУ.

Охладитель-нейтрализатор 5 предназначен для нейтрализации диоксида углерода по уравнению (1), охлаждения ОГ, смешивания ООГ с чистым кислородом. Он может быть эрлифтного типа, как в прототипе, широко применяемого в разработках ВИТУ.

Теплообменник 6 предназначен для охлаждения растворов щелочи, соды, полученных по уравнениям (1) и (2), и газовой смеси. Он может быть верхнего или нижнего расположения или вместе. В качестве теплообменника могут быть использованы стальные широко применяемые теплообменники.

Вентилятор 7 вместе с воздуховодом 21 предназначен для механического перемешивания ИГС с содержащейся в буферной емкости газовой смесью по всему ее объему с целью получения однородной газовой смеси. Они могут быть реализованы на основе широко используемых в системе вентиляции средств.

Запорные вентили 15, 16 предназначены для управления потоками жидкостей и газожидкостной смеси в положениях «открыто-закрыто». Ими могут быть шаровые вентили с электроприводом.

Регуляторы 13, 14, 17, 18, 19 предназначены для регулирования расхода в системе управления материальными потоками жидкостей и газов, включая положения «открыто-закрыто». Они могут быть с шаровыми исполнительными органами с электроприводами, широко используемыми на практике, имеющими линейные характеристики.

Запорно-регулирующие тройники 11, 10, 12 (первый, второй, третий) предназначен для управления направлениями движения потоков ОГ, ИГС и воздуха в зависимости от режима работы дизеля в замкнутом, полузамкнутом и открытом циклах. Они снабжены электроприводами и применяются известные тройники, проходное сечение которых выбирается в зависимости от мощности дизеля.

Запорные вентили 8 и 9 предназначены для управления режимами работы дизеля в замкнутом и открытом циклах. Они имеют специальное назначение и исполнение, могут использоваться имеющиеся специально разработанные вентили.

Влагоотделитель 20 предназначен для отделения капельной влаги из полученной ИГС. Он выполнен в виде емкости с отбойниками капель влаги.

Буферная емкость 22 предназначена для подготовки и хранения ИГС с большим запасом, для размещения в ней всех элементов устройства, кроме дизель-генераторной установки, а также для создания и хранения запасов твердого кислородосодержащего продукта, в качестве последнего может быть использован продукт типа Б-2. В качестве буферной емкости 22 используется помещение проходов, штреков, объем ее может достичь нескольких сот кубических метров, она изолирована от других помещений, в ней расположены анализаторы концентрации кислорода, азота, диоксида углерода и температуры, влажности и другие приборы.

Устройство снабжается системой автоматического регулирования и управления.

Устройство работает в замкнутом цикле (ЗЦ) следующим образом (см. чертеж). В зависимости от положения запорных вентилей 8 и 9 автоматически устанавливаются положения первого, второго, третьего запорно-регулирующих тройников 10, 11, 12. Нажимается кнопка «Пуск», по которой выполняются все операции по подготовке устройства для работы по режиму ЗЦ. Из буферной емкости 22 ИГС через первый вход запорно-регулирующего тройника 11 подается на вход дизеля. ОГ дизеля через первый выход запорно-регулирующего тройника 12 подаются на вход охладителя-нейтрализатора 5, где ОГ дизеля вступают в реакцию нейтрализации по уравнению (1), охлаждаются с помощью теплообменником 6, смешиваются с чистым кислородом, поступающим из ГК 4 через запорный вентиль 16. Выбор порядкового номера ГК 4 производится автоматически по наличию продукта Б-2 в ГК, в котором идет реакция получения кислорода и щелочи по уравнению (2). По первому варианту ИГС, полученная в охладителе-нейтрализаторе 5, через влагоотделитель 20, РРИГС 19 и патрубок 29 поступает в буферной емкости 22 на вход вентилятора 7. Последний с помощью воздуховода перемешивает и перераспределяет полученную ИГС по всему объему буферной емкости, устраняя локальные отклонения концентрации кислорода в ИГС. Эта ИГС через первый вход запорно-регулирующего тройника 11 поступает на вход дизеля 1. По второму варианту ИГС, полученная в охладителе-нейтрализаторе 5 при зарытом РРИГС 19 через открытый запорный вентиль 16 подается на вход ГК 4 в противопотоке с раствором щелочи из ГК 4 в охладитель-нейтрализатор 5. По пути транспортировки готовой ИГС и в процессе дополнительной генерации кислорода в ГК диоксид углерода в составе ИГС вступает в дополнительную реакцию по уравнению (1), улучшая ход процесса нейтрализации диоксида углерода. Готовая ИГС с выхода ГК 4 через РРИГС 17 и патрубок 28 в буферной емкости 22 поступает на вход вентилятора 7. Разрежение, создаваемое на его входе, способствует отсасыванию ИГС из ГК 4. По третьему варианту оба РРИГС 17 и 19 открыты и регулируются по заданному закону (это относится к системе автоматического регулирования).

Охлаждающая вода, подаваемая из выход радиатора 3, подается на входы теплообменника 6 и через запорный вентиль воды 15 на вход регуляторов воды генерации кислорода 18, последние определяют количество вырабатываемого кислорода и концентрацию щелочи и ее температуру на выходе ГК 4. Качество и скорость нейтрализации в охладителе-нейтрализаторе 5 зависят от уровня раствора щелочи в нем, который регулируется регулятором уровня 14. Отработавший раствор из охладителя-нейтрализатора 5 удаляется в накопитель продуктов реакции (не показан), выделяющийся из него кислород поступает в буферную емкость (связь не показана). Охлаждающая вода удаляется из системы.

В режиме ОЦ в первом варианте при открытых запорных вентилях 8 и 9 воздух через второй выход второго запорно-регулирующего тройника 10 поступает на вход вентилятора 7 и через первый вход первого запорно-регулирующего тройника 11 поступает на вход дизеля 1. По второму варианту воздух через первый выход второго запорно-регулирующего тройника 10 поступает на второй вход первого запорно-регулирующего тройника 11 и на вход дизеля 1.

Предлагаемые способ и устройство являются промышленно применимыми, так как устройство не содержит элементов, которые невозможно было бы изготовить промышленным способом, а также не имеет элементов, не возможных выпускать промышленностью.

Изобретение относится к области машиностроения. Способ заключается в том, что отработавшие газы дизеля очищают в растворе щелочи от механических примесей и диоксида углерода, смешивают эти очищенные отработавшие газы с чистым кислородом и охлаждают в охладителе-нейтрализаторе и полученную готовую искусственную газовую смесь подают через буферную емкость на вход дизеля. Кислород и щелочь получают в генераторе кислорода из твердого кислородосодержащего продукта путем воздействия на него подогретой водой, которая подается с выхода теплообменника-радиатора дизеля, а полученную в генераторе газожидкостную смесь кислорода и щелочи подают на вход охладителя-нейтрализатора. Подготовленную искусственную газовую смесь в охладителе-нейтрализаторе дополнительно подают на вход вентилятора внутри буферной емкости для распределения полученной готовой искусственной газовой смеси и перемешивания ее с находящимися в ней газами. В устройство подготовки искусственной газовой смеси для дизельной энергетической установки дополнительно введены влагоотделитель и регулятор расхода искусственной газовой смеси из охладителя-нейтрализатора, соединенные между собой и включенные между выходом искусственной газовой смеси из охладителя-нейтрализатора и буферной емкостью. Выходной патрубок регулятора расхода искусственной газовой смеси охладителя-нейтрализатора в буферной емкости направлен на вход вентилятора, расположенного в буферной емкости, жидкостный выход влагоотделителя соединен с дополнительным входом охладителя-нейтрализатора. Дополнительно введенный запорный вентиль газожидкостной смеси подключен между газожидкостным входом охладителя-нейтрализатора и таким же выходом генератора кислорода. Запорный вентиль воды подключен между выходом теплообменника-радиатора дизеля и входом регулятора воды генерации кислорода. Первый запорно-регулирующий тройник подключен между буферной емкостью и входным патрубком дизеля, причем своим первым входом соединен с буферной емкостью, а выходом соединен с входным патрубком дизеля, своим вторым входом соединен с первым выходом второго запорно-регулирующего тройника, второй выход которого соединен с буферной емкостью, причем этот выход направлен на вход вентилятора, а вход второго запорно-регулирующего тройника через дополнительно введенный запорный вентиль оголовка всасываемого воздуха соединен с атмосферой. Третий запорно-регулирующий тройник включен между выхлопным патрубком дизеля и газовым входом охладителя-нейтрализатора, который соединен с первым выходом этого запорно-регулирующего тройника, а его второй выход соединен через дополнительный запорный вентиль оголовка выхлопных газов с атмосферой, а вход третьего запорно-регулирующего тройника соединен с выхлопным коллектором дизеля. Целью изобретения является повышение качества подготавливаемой искусственной газовой смеси, увеличение запасов искусственной газовой смеси и повышение безопасности устройства. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ подготовки искусственной газовой смеси для дизельной энергетической установки, заключающийся в том, что отработавшие газы дизеля очищают в растворе щелочи от механических примесей и диоксида углерода, смешивают эти очищенные отработавшие газы с чистым кислородом и охлаждают в охладителе-нейтрализаторе и полученную готовую искусственную газовую смесь подают через буферную емкость на вход дизеля, причем кислород и щелочь получают в генераторе кислорода из твердого кислородосодержащего продукта путем воздействия на него подогретой водой, которая подается с выхода теплообменника-радиатора дизеля, а полученную в генераторе газожидкостную смесь кислорода и щелочи подают на вход охладителя-нейтрализатора, отличающийся тем, что для повышения качества подготавливаемой искусственной газовой смеси, увеличения запасов искусственной газовой смеси и повышения безопасности устройства, подготовленную искусственную газовую смесь в охладителе-нейтрализаторе дополнительно подают на вход вентилятора внутри буферной емкости для распределения полученной готовой искусственной газовой смеси и перемешивания ее с находящимися в ней газами.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что по первому варианту кислород в охладитель-нейтрализатор подается из баллонов со сжатым или жидким кислородом, полученная искусственная газовая смесь подогревается и подается на вход вентилятора.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что по второму варианту полученная искусственная газовая смесь подается на вход вентилятора через влагоотделитель капельной влаги и регулятор расхода искусственной газовой смеси из охладителя-нейтрализатора.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что по третьему варианту полученная искусственная газовая смесь с выхода охладителя-нейтрализатора подается во встречном газожидкостном потоке в генератор кислорода и через регулятор расхода искусственной газовой смеси из генератора кислорода подается на вход вентилятора.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что для подготовки искусственной газовой смеси от очередного нового генератора кислорода в процессе работы дизеля по замкнутому циклу открывают запорный вентиль отвода газожидкостной смеси из нового генератора кислорода в охладитель-нейтрализатор, регулятор воды генерации кислорода и регулятор расхода искусственной газовой смеси из генератора кислорода, и искусственная газовая смесь подается на вход вентилятора.

6. Устройство подготовки искусственной газовой смеси для дизельной энергетической установки, содержащее дизель-генератор электрического тока, буферную емкость, теплообменник-радиатор охлаждения дизеля, генератор кислорода, охладитель-нейтрализатор с теплообменником охлаждения, нейтрализатором диоксида углерода, смесителем газов, регулятор уровня жидкости в охладителе-нейтрализаторе, регулятор воды генерации кислорода и регулятор охлаждения охладителя-нейтрализатора, причем выхлопной патрубок дизеля соединен с газовым входом охладителя-нейтрализатора, который входом охлаждения соединен с выходом теплообменника-радиатора дизеля, а выход охлаждения охладителя-нейтрализатора соединен с входом регулятора охлаждения охладителя-нейтрализатора, газожидкостной вход охладителя-нейтрализатора соединен с таким же выходом генератора кислорода, жидкостной вход которого соединен с выходом регулятора воды генерации кислорода, вход регулятора уровня жидкости соединен с другим жидкостным выходом охладителя-нейтрализатора, который газовым выходом через буферную емкость соединен с всасывающим патрубком дизеля, отличающееся тем, что дополнительно введенный влагоотделитель и регулятор расхода искусственной газовой смеси из охладителя-нейтрализатора соединены между собой и включены между газовым выходом охладителя-нейтрализатора и буферной емкостью, причем выходной патрубок регулятора расхода искусственной газовой смеси из охладителя-нейтрализатора в буферной емкости направлен на вход дополнительно введенного вентилятора, расположенного в буферной емкости, жидкостной выход дополнительного влагоотделителя соединен с дополнительным входом охладителя-нейтрализатора, а дополнительно введенный запорный вентиль газожидкостной смеси подключен между газожидкостным входом охладителя-нейтрализатора и таким же выходом генератора кислорода, а дополнительно введенный запорный вентиль воды подключен между выходом теплообменника-радиатора дизеля и входом регулятора воды генерации кислорода, газовый выход генератора кислорода через регулятор расхода кислорода соединен с буферной емкостью, причем выходной патрубок регулятора направлен на вход вентилятора, и дополнительно введенный второй запорно-регулирующий тройник подключен между буферной емкостью и входным патрубком дизеля, причем своим первым входом соединен с буферной емкостью, а выходом соединен с входным патрубком дизеля, своим вторым входом соединен с первым выходом дополнительно введенного первого запорно-регулирующего тройника, второй выход которого соединен с буферной емкостью, причем этот выход направлен на вход вентилятора, а вход первого запорно-регулирующего тройника через дополнительно введенный запорный вентиль оголовка всасываемого воздуха соединен с атмосферой, а между выхлопным патрубком дизеля и газовым входом охладителя-нейтрализатора включен третий дополнительный запорно-регулирующий тройник, который своими выходами соединен соответственно с газовым входом охладителя-нейтрализатора и через дополнительный введенный запорный вентиль оголовка выхлопных газов соединен с атмосферой.

7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что все элементы устройства подготовки искусственной газовой смеси, кроме дизель-генераторной установки и запорных вентилей оголовков, входов и выходов жидкостей и газов, расположены внутри замкнутой буферной емкости, имеющей большой объем.

8. Устройство по п.6, отличающееся тем, что буферная емкость одновременно служит складом хранения готовой искусственной смеси и твердого кислородосодержащего продукта, где расположены n-емкостей генераторов кислорода, которые соединены между собой определенным образом: выходы газожидкостных запорных вентилей соединены вместе и с таким же входом охладителя-нейтрализатора, входы регуляторов воды генерации кислорода соединены вместе и с выходом запорного вентиля воды, выходы регуляторов расхода искусственной газовой смеси генератора кислорода соединены между собой и их общий выходной патрубок в буферной емкости направлен на вход вентилятора.