Энергетическая установка Советский патент 1990 года по МПК F01K13/00 F02B41/02 

I Изобретение относится к транспорт- н1ому двигателестроению, в частности к энергоустановкам, предназначенным дпя привода силовьтх и функциональных бортовых систем различных видов транс|порта. : Целью изобретения является повыше} е КПД энергоустановки и улучшение

4е удельных характеристик.

I На чертеже показана энергоуста1 овка, общий вид. I Энергетическая установка для пре(| бразования химической энергии топлийа-окислителя в электрическую энергию содержит газогенератор 1, выполненный в виде высокопараметрического

двухтактного дизельного модуля и под- слюченный по кислороду и водороду через электронасосы-дозаторы 2 и 3 к топливному водородному и кислородо- окислительному бакам (не показаны) трубопроводами 4 и 5. В головках 6 щшиндра дизельного модуля (газогенератора 1) установлены кислородные электрические форсунки 7, сообщенные с электронасосом-дозатором 2 кислорода. Дизельный модуль 1 по пару подключен к турбине 8, сообщенной с конденсатором-накопителем 9. Вал 10 ди- зельного модуля 1 соединен с ротором 11 турбины 8 и ротором 12 электрического генератора 13 и якорной обмоткой 14 и системой 15 охлаждения, а последняя сообщена с испарителем 1 водорода. Якорная обмотка 14 выполнена из сверхпроводящего материала.

Установка снабжена последовательн соединенными между собой электротурбкомпрессором 17, регенеративным теплообменником 18 и магнитоциклонным испарителем-разделителем 19 воздуха с тангенциальным дросселем 20, а nor следний сообщен с электронасосом-дозатором 2 кислорода. Установка снабжена тепловой изоляцией 21. Дизельный модуль 1 содержит поршень 22 ,и впускное и выпускное окна 23 и 24 з цилиндре 25. Вьшускные окна 24 из-под казкдо- го поршня 22 модуля 1 соединены в коллектор (не показан), сообщенный с турбиной 8 .

Магнитоциклонный испаритель-разделитель 19 имеет испарительную полость 26, заключенную в обечайке 27, на которой навит змеевик (теплообменные трубы) 28.

Электроустановка работает следую- вщм образом.

Жидкий переохлажденный водород из тоштивоводородного бака по трубопроводу 4 под избыточным давлением поступает в Магнитоциклонный испаритель- разделитель 1, где, переохлаждая жидкий кислород, газифицируется. Через электронасос-дозатор 3 газообразный водород подается в якорную обмотку 14, электрического генератора 13, где, нагреваясь и поддерживая температуру генератора 13 в заданном состоянии , (например, на уровне температуры , сверхпроводящего состояния материала якорной обмотки 14), подается через впускные окна 23 в цилин,дры 25 дизельного модуля 1, вытесняя из них водяной газ высоких параметров в турбину 8 и одновременно заполняя при этом

5 . 1.Ы54016

цилиндровьй объем над поршнем 22. денсируется и накапливается в виде

После отсечки поршнем 22 впускныхводы.

окон 23 заканчивается процесс продув- Р Работе установки в атмосфере

ки 1щлиндра 25, а после перекрытияЗемпи атмосферный воздух засасывается

поршнем 22 выпускных окон 24 начина- « сжимается электротурбокомпрессором

ется процесс адиабатического сжатия 17, а затем охлаждается до субкритиводорода.ческих температур обратным потоком

}Кидкий кислород, поступающий пообедненного кислородом воздуха в ре- трубопроводу 5 из кислородоокисли- 0 енеративном теплообменнике 18. За- тельного бака в магнитоциклонныйтем холодный воздух поступает в магни- испаритель-разделитель 19, переохлаж-тоциклонный испаритель-разделитель дается испаряю1 91мся водородом, пода-19, где ожижается и через тангенци- ется к электронасосу-дозатору 2 и на-альный дроссель 20 подается для по- гнетается под гипердавлением к кисло-15 следующего расширения и испарения, родным электрическим форсункам 7.Потенциальная энергия давления потоФорсунки 7 управляются бортовойка, разгоняясь в тангешщальном дросэлектронной системой (не показана),селе 20, превращается в кинетичесвпрыскивают кислород под гипердавле-кую энергию струи жидкого воздуха,

нием в соответствующую каме ру сгора-20 тангенциально входящей и раскручиваю- ния дизельного модуля 1 таким образом, Щей себя, а кубовой остаток - в вихчтобы процесс соотношения параметровревой циклон обогащенного кислородом сжатого в цилиндре 25 водорода, впрыс- тащкого воздуха.

киваемого кислорода, положения порт-Тепло, подводимое к вращающемуся ня 22, температуры горения и нагрузки25 жидкому воздуху, от конденсирующегося был всегда оптимальным. Горение про-воздуха прямого потока через змее-- изводится одновременно с распирением, 28, от вязкостного трения слоев соотнося доли изометрического и адиа-циклонного вращения жидкости и от батического расширения таким образом,тепла подкручивающей циклон электри- что на входе в турбину 8 бып практи-30 ческой обмотки (не показана) вращаю- чески водяной газ, а водород и кисло-щегося магнитного поля передается пре- род в процессе изотермического расши-имущественно легко кипящей компоненте рения прореагировали стехиометри-жидкого воздуха - азоту. Поэтому по чески. При этом тепловая энергия топ-мере перемещения по испарительной полива-окислителя в дизельном модуле лости 26 от тангенциального дросселя и турбине 8 преобразуется в механи-20 к выходу из полости 26, жидковоз- ческую энергию вращения ротора 12 ге-душньш циклон обедняется азотом и по нератора 13. Постоянные магниты, на-пути становится жидким кислородом, пример кобальт-самарий-ниобиевые, ус-который и переохлажден испаряющимся тановленные в роторе 12, создают маг-до здесь же в змеевике 28 на обечайке 27 нитное поле, которое, вращаясь, пере-жидким водородом. секает якорную обмотку 14 и индуцирует в ней электродвижущую силу генера-Далее жидкий переохлажденный кис- тора 13, преобразуя механическую энер- лород (трубопровод 5 перекрыт, а кис- гию привода (дизельного модуля 1 ид5 лородоокислительнь1й бак отсутствует) турбины 8} ротора 13 в электрическуюпосредством электронасоса-дозатора 2 энергию.под гипердавлением поступает в дизель- Высокопараметрический водяной газный модуль 1, а испарившийся азот из дизельного модуля 1 поступает в(с захваченным в процессе бурного ис- турбину 8, где расширяется до состоя-50 парения кислородом) в виде холодного ния отработанного пара при давлении,и обедненного кислородом воздуха по- близком к давлению насыщения, соот-ступает в теплообменник 18. ветствующего оптимальной разнице тем-В магнитоциклонном испарителе-раз- ператур пара и окружающей среды. От-делителе 19 разделение воздуха на кис- работанный водяной пар из турбины 8гс лород и обедненный кислородом воздух поступает в конденсатор-накопитель 9,происходит аналогично разделению воз- где отдает свою скрытую теплоту паро-духа в ректификационных колонках уста- образования охиаледающей окружающейновок воздухоразделения. Высокая эф- среде (вентилируемому воздуху), кон-, фективность однократного испарения

достигается высокой скоростью потока и центробежным ускорением.

I Далее установка работает аналогич- нс| режиму экологически чистого функ- ци онирования. Однако при этом обрат- ньй поток обедненного кислородом хо- лсдного воздуха (испарившийся газообразный азот), отдав свою энергию воз- Д31ху прямого потока в регенеративном теплообменнике 18 и подогреваясь, поступает в конденсатор-накопитель 9. Здесьj принимая на себя скрытую теплоту парообразования конденсирующегося шра, выбрасьшается в атмосферу в

ее стоянии, близком к параметрам окру- жгющей среды.

При тепловом разбалансе расходов обратного потока и конденсирующегося пгра по сигналу бортовой электронной

ср;стемы управления может быть произведено байпасирование прямого потока

вс

здуха непосредственно в конденсатор- копитель 9.

25

Ф|ормула изобретения

1, Энергетическая установка, со- д ржащая газогенератор, подключенный Щ кислороду и водороду через элект- рс насосы-дозаторы к топливному водо-- родному и кислородоокислителъному

0

5

0

5

0

бакам, а по пару - к турбине, сообщенной с конденсатором-накопителем, испаритель водорода и электрический генератор с якорной обмоткой, снабженной системой охлаяодения, отличающаяся тем, что, с целью повышения КПД, газогенератор выполнен в виде высокопараметрического двухтактного дизельного модуля, в головках цилиндра которого установлены кислородные электрические форсунки, вал которого соединен с роторами турбины и генератора, а система охлаждения последнего сообщена с испарителем водорода.

2.Установка по п. 1, о т л и - чающаяся тем, что с целью улучшения удельных характеристик, установка снабжена последовательно соединенными между собой воздушным электротурбокомпрессором, регенеративным теплообменником и магнитоцик- лонным испарителем-разделителем воздуха с тангенциальным дросселем, а последний сообщен с электронасосом- дозатором кислорода.

3.Установка по п. 1, отличающаяся тем, что якорная обмотка электрического генерггтора выполнена из сверхпроводящего материала .

Изобретение относится к транспортному двигателестроению, а также к энергоустановкам, работающим на основе тепловых двигателей внутреннего и внешнего сгорания, может быть применено для привода силовых и функциональных бортовых систем различных видов транспорта и позволяет принципиально увеличить КПД установки. Газогенератор 1 энергоустановки выполнен в виде высокопараметрического двухтактного дизельного модуля с кислородными электрофорсунками 7 в головках 6 цилиндров 25, который механически и газодинамически соединен с электрическим генератором 13 и турбиной 8. В криопотоке газообразного водорода на входе дизельного модуля 1 установлен электрический генератор 13, якорная обмотка 14 которого выполнена из сверхпроводящего материала. При функционировании в атмосфере Земли установка снабжена воздухоразделительным модулем, выполненным в виде последовательно соединенных между собой воздушного электротурбокомпрессора 17 с регенеративным теплообменником 18 и магнитоциклонным испарителем-разделителем 19 с тангенциальным дросселем 20, установленным перед насосом дозатором 2 кислорода. Использование высокопараметрического двухтактного дизельного модуля 1, сообщенного с системой 15 охлаждения генератора 13 по водороду и с турбиной 8, позволяет повысить КПД установки. 2 з.п. ф-лы. 1 ил.