Плазмотрон для обогащения водородом газовой смеси дизельного двигателя

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ПЛАЗМОТРОН ДЛЯ ОБОГАЩЕНИЯ ВОДОРОДОМ ГАЗОВОЙ СМЕСИ ДИЗЕЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт тепло- и массообмена имени А.В.Лыкова Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Васильев Глеб Михайлович Иванов Валентин Евгеньевич Млявый Вадим Викторович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт тепло- и массообмена имени А.В.Лыкова Национальной академии наук Беларуси(57) Плазмотрон для обогащения водородом газовой смеси дизельного двигателя, содержащий корпус цилиндрической формы с расположенными внутри корпуса потенциальным электродом и разрядной камерой, впускные патрубки для топлива и воздуха, выпускной патрубок, керамический изолятор, отличающийся тем, что снабжен реакционной камерой, Фиг. 1 77942011.12.30 которая образована коаксиально установленными в корпусе внутренней и наружной трубами и соединена с разрядной камерой, при этом корпус выполнен в виде заземленного электрода, а внутренняя труба с установленной в ее торце термопарой выполнена с отверстиями камерой предварительного подогрева воздуха, которая образована корпусом и наружной трубой и снабжена разделителем потока воздуха, включающим впускной патрубок для воздуха и дополнительный патрубок для подачи части воздуха в разрядную камеру камерой смесеобразования с нагревательным элементом внутри нее и впускным патрубком для топлива, которая с одной стороны связана дополнительным впускным патрубком для подачи горячего воздуха с камерой предварительного подогрева воздуха, а с другой стороны присоединена к разрядной камере.(56) 1.(Бортовой плазмотрон генерации богатого водородом газа для доочистки выхлопных газов дизельных двигателей и других применений). . , , . , . ..02139.,2002. 2. Патент на полезную модель РБ 2291, МПК 01 3/02, 2005 (прототип). Полезная модель относится к области машиностроения, а именно к системам питания дизельных двигателей, снижающих выбросы токсичных компонентов отработавших газов,что улучшает экологическую обстановку, и может быть использована в автомобилестроении и тракторостроении. Известен плазмотрон для обогащения водородом газовой смеси дизельного двигателя 1, содержащий корпус с впускными патрубками для топлива и воздуха, выпускной патрубок, расположенный внутри корпуса центральный электрод, подключенный к источнику высокого напряжения. Центральный электрод выполнен в виде свечи зажигания бензинового двигателя и является потенциальным коронирующим. Корпус устройства является заземленным электродом и выполнен из нержавеющей стали. Центральный потенциальный коронирующий электрод изолирован от корпуса с помощью керамического изолятора. Воздух и топливо непрерывно поступают в межэлектродный промежуток,образованный между внутренними стенками корпуса плазмотрона и центральным электродом, который расширяется конусом. Смесь топлива с воздухом впрыскивается и перемешивается. Разряд, сопровождаемый внезапными пробоями в различных местах между электродами, непрерывно ионизирует смесь топлива с воздухом. Недостатками указанного устройства являются недостаточная эффективность ионизации потока смеси топлива с воздухом, а как следствие, некачественное разложение углеводородов и недостаточная генерация водорода. Кроме этого, имеет место недостаточная долговечность работы центрального потенциального коронирующего электрода вследствие эрозии из-за высоких температур и небольшой площади поверхности. Наиболее близким по технической сущности и выбранным в качестве прототипа является плазмотрон для обогащения водородом газовой смеси дизельного двигателя 2,обеспечивающий электроразрядный способ разложения углеводородов, содержащий корпус цилиндрической формы, являющийся заземленным электродом, впускные патрубки для топлива и воздуха, выпускной патрубок для обогащенной водородом газовой смеси,патрубок для слива конденсата, жиклер для распыления топлива, разрядную камеру, где происходит разложение топлива, расположенный внутри корпуса потенциальный электрод, выполненный в виде длинного шнека, что способствует приданию потоку смеси топлива с воздухом вращательного движения. По периферии шнек выполнен с треугольными зубьями, образуя таким образом в межэлектродном промежутке импульс 2 77942011.12.30 ный стримерный коронный разряд многоигольчатой электродной системы типа остриеплоскость, керамические изоляторы. Плазмотрон для обогащения водородом газовой смеси дизельного двигателя работает следующим образом. Высокое напряжение поступает от источника питания на электродную систему плазмотрона. При этом в межэлектродном промежутке генерируется низкотемпературная неравновесная плазма, создавая активную зону ионизации во всем объеме разрядной камеры, предназначенном для пропуска смеси топлива с воздухом. Через впускные патрубки топливо и воздух поступают к жиклеру, впрыскиваются в разрядную камеру, перемешиваются и подвергаются воздействию стримерного коронного разряда. В плазме стримерного коронного разряда активно проходит реакция частичного окисления,в которой углеводороды топлива преобразуются в обогащенную водородом газовую смесь. Непрореагировавшая часть топлива в виде конденсата по стенкам корпуса стекает к патрубку для слива конденсата, а через выпускной патрубок обогащенная водородом газовая смесь поступает в систему питания дизельного двигателя. Недостатком данного устройства является низкая эффективность работы плазмотрона из-за низкой генерации водорода вследствие интенсивного обгорания рабочей кромки потенциального электрода при высокой температуре разложения углеводородов в разрядной камере. Задачей полезной модели является повышение эффективности работы плазмотрона за счет увеличения генерации водорода. Известный плазмотрон для обогащения водородом газовой смеси дизельного двигателя содержит корпус цилиндрической формы с расположенными внутри корпуса потенциальным электродом и разрядной камерой, впускные патрубки для топлива и воздуха,выпускной патрубок, керамический изолятор. Согласно предлагаемому техническому решению плазмотрон снабжен реакционной камерой, которая образована коаксиально установленными в корпусе внутренней и наружной трубами и соединена с разрядной камерой,при этом корпус выполнен в виде заземленного электрода, а внутренняя труба с установленной в ее торце термопарой выполнена с отверстиями камерой предварительного подогрева воздуха, которая образована корпусом и наружной трубой и снабжена разделителем потока воздуха, включающим впускной патрубок для воздуха и дополнительный патрубок для подачи части воздуха в разрядную камеру камерой смесеобразования с нагревательным элементом внутри нее и впускным патрубком для топлива, которая с одной стороны связана дополнительным впускным патрубком для подачи горячего воздуха с камерой предварительного подогрева воздуха, а с другой стороны присоединена к разрядной камере. Снабжение плазмотрона реакционной камерой обеспечивает повышение эффективности разложения углеводородов за счет создания двух областей, в которых происходит реакция. В камере предварительного подогрева происходит нагрев потока воздуха, который при смешивании с топливом в камере смесеобразования позволяет тяжелым фракциям углеводородов легче испаряться. В камере смесеобразования происходит испарение углеводородного топлива и создание смеси топлива с воздухом для дальнейшего протекания реакции. На фиг. 1 приведена схема общего вида плазмотрона для обогащения водородом газовой смеси дизельного двигателя. На фиг. 2 показано расположение патрубков в устройстве. На фиг. 3 представлена схема питания дизельного двигателя обогащенной водородом газовой смесью. Плазмотрон для обогащения водородом газовой смеси дизельного двигателя содержит цилиндрический корпус 1, выполненный в виде заземленного электрода с расположенными внутри корпуса 1 потенциальным электродом 10 и разрядной камерой 12. Потенциальный электрод 10 изолирован снаружи от корпуса 1 керамическим изолятором 11. 3 77942011.12.30 Плазмотрон содержит реакционную камеру, которая образована коаксиально установленными в корпусе 1 внутренней и наружной трубами 13, 14 и соединена с разрядной камерой 12. В торце внутренней трубы 13, выполненной с отверстиями 15, установлена термопара 17. Камера 5 предварительного подогрева воздуха образована корпусом 1 и наружной трубой 14 и снабжена разделителем 2 потока воздуха. Разделитель 2 потока воздуха содержит впускной патрубок 4 для воздуха и дополнительный патрубок 6 для подачи части воздуха в разрядную камеру 12. Плазмотрон также содержит камеру 8 смесеобразования с нагревательным элементом 9, установленным внутри нее, и впускным патрубком 3 для топлива. Камера 8 смесеобразования связана с одной стороны дополнительным впускным патрубком 7 для подачи горячего воздуха с камерой 5 предварительного подогрева воздуха, а с другой стороны присоединена к разрядной камере 12. Реакционная камера снабжена выпускным патрубком 16 для выхода водородсодержащей газовой смеси. Плазмотрон для обогащения водородом газовой смеси дизельного двигателя работает следующим образом. Воздух поступает в плазмотрон через впускной патрубок 4. Разделитель 2 потока воздуха разделяет поток воздуха на две части и направляет одну часть потока воздуха в камеру 5 предварительного подогрева воздуха, а другую часть потока воздуха через дополнительный патрубок 6 для подачи части воздуха - в разрядную камеру 12. Горячий воздух через дополнительный впускной патрубок 7 из камеры 5 предварительного подогрева воздуха и топливо через впускной патрубок 3 в камеру 8 смесеобразования. В камере 8 происходит испарение топлива с помощью нагревательного элемента 9, перемешивание с воздухом и дальнейшее поступление смеси воздуха с топливом в разрядную камеру 12. В разрядной камере 12 с помощью потенциального электрода 10, изолированного керамическим изолятором 11, генерируется низкотемпературная неравновесная плазма стримерного разряда, создающая активную зону ионизации. В неравновесной плазме активно происходят реакции частичного окисления, в которой углеводороды топлива преобразуются в обогащенную водородом газовую смесь. Затем газовая смесь поступает в реакционную камеру, образованную коаксиально установленными в корпусе 1 внутренней и наружной трубами 13, 14, разделяющими камеру на внутреннюю и внешнюю зоны, где происходит процесс дальнейшего разложения смеси воздуха с топливом. Внутренняя и внешняя зоны реакционной камеры соединяются между собой перепускными отверстиями 15, выполненными во внутренней трубе 13. Обогащенная водородом газовая смесь выходит из реакционной камеры через выпускной патрубок 16. Процесс разложения углеводородного топлива контролируется с помощью термопары 17, установленной в торце внутренней трубы 13. Система питания дизельного двигателя на обогащенной водородом газовой смеси работает по следующей схеме (фиг. 3). Топливо из бака поступает в фильтр грубой очистки,затем поступает в подкачивающий насос, после чего - в фильтр тонкой очистки. После фильтра тонкой очистки топливо поступает в топливный насос высокого давления и через форсунку впрыскивается в цилиндр двигателя. Часть топлива из бака поступает в плазмотрон, в котором смешивается с воздухом, при этом происходит разложение углеводородов на водородсодержащую газовую смесь, состоящую из водорода, оксида углерода и азота(22). Затем водородсодержащая газовая смесь смешивается с основным потоком воздуха и поступает в цилиндры двигателя. Наличие водорода в топливной смеси в количестве 2-10 обеспечивает более полное сгорание в цилиндрах двигателя и, соответственно, снижает содержание токсичных компонентов в отработавших газах, повышает мощность и надежность работы двигателя. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5