Силовая установка

02 43/02, 02 43/10 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ(73) Патентообладатель Шлыков Михаил Яковлевич(57) 1. Силовая установка, содержащая двигатель внутреннего сгорания с системой питания, устройство для генерирования топлива, включающее емкость для воды, соединенную с теплообменником для ее нагрева,размещенные в теплоизолированном корпусе теплообменник нагрева смеси газообразного топлива и водяного пара, смеситель и камеру нагрева, причем наружные поверхности теплообменных элементов теплообменника нагрева воды размещены в камере, сообщенной с выхлопным коллектором двигателя и глушителем, а внутренние полости указанных теплообменных элементов сообщены со смесителем, отличающаяся тем,что в камере теплообменника нагрева воды установлен теплообменник для подогрева газообразного топлива, вход которого соединен с емкостью для газообразного топлива, а выход - со смесителем, причем упомянутая камера размещена в теплоизолированном корпусе. 2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что выходной патрубок смесителя сообщен с внутренними полостями теплообменника нагрева смеси газообразного топлива и водяного пара. 3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что теплообменник нагрева смеси газообразного топлива и водяного пара выполнен в виде коаксиально установленных труб, причем внутренняя полость наружной трубы сообщена с камерой нагрева. 1878 1 4. Установка по пп.1-3, отличающаяся тем, что камера нагрева разделена газонепроницаемой перегородкой на две полости, в одной из которых размещены наружные поверхности теплообменных элементов внутренних труб теплообменника нагрева смеси газообразного топлива и водяного пара, причем указанная полость заполнена галькой и снабжена соплом, соединенным через запорно-дроссельное устройство с емкостью для газообразного топлива, патрубком, соединенным с источником сжатого воздуха, например компрессором двигателя, и свечой зажигания, соединенной с системой зажигания двигателя. 5. Установка по пп.1-4, отличающаяся тем, что вторая полость снабжена патрубком, соединенным с системой питания двигателя, заполнена керамзитом и сообщена с внутренними полостями теплообменных элементов внутренних труб теплообменника нагрева смеси газообразного топлива и водяного пара. 6. Установка по п.5, отличающаяся тем, что патрубок, соединяющий вторую полость с системой питания двигателя, снабжен отводящей трубкой, имеющей запорно-дроссельное устройство, причем указанная отводящая трубка соединена с соплом.(56) 1. А.с. СССР 1321872, 1987. Изобретение относится к области машиностроения, а более конкретно - к двигателям внутреннего сгорания, работающим на газообразном топливе. Заявляемое изобретение направлено на решение задачи повышения коэффициента полезного действия силовой установки, включающей устройство для генерирования топлива. Известна силовая установка, содержащая двигатель внутреннего сгорания с системой питания, устройство для генерирования топлива, включающее емкость для воды, соединенную с теплообменником для ее нагрева, размещенные в теплоизолированном корпусе теплообменник нагрева смеси газообразного топлива и водяного пара, смеситель и камеру нагрева, причем наружные поверхности теплообменных элементов теплообменника нагрева воды размещены в камере, сообщенной с выхлопным коллектором двигателя и глушителем, а внутренние полости указанных теплообменных элементов сообщены со смесителем 1. Недостатком установки является низкий коэффициент полезного действия. При использовании предлагаемого изобретения выхлопные газы ДВС, направляемые в устройство для генерирования топлива, обеспечивают предварительный подогрев газообразного топлива и воды, превращаемой в пар. Указанное, а также наличие тепловой изоляции камеры, где осуществляется генерирование топлива, обусловливают повышение коэффициента полезного действия предлагаемой комбинации устройств. Для получения указанного технического результата установка содержит ДВС, снабженный устройством для работы на газообразном топливе, например, на природном газе, баллон для газообразного топлива, емкость для воды, устройство для генерирования топлива, включающее теплообменники, камеру нагрева, смеситель. Устройство для генерирования топлива выполнено в виде теплоизолированной камеры с возможностью размещения в последней теплообменника предварительного нагрева газообразного топлива и воды, теплообменника нагрева смеси газообразного топлива и водяного пара, смесителя и камеры нагрева, причем указанная теплоизолированная камера снабжена патрубками с возможностью их соединения с выхлопным коллектором ДВС, емкостью для воды, баллоном для газообразного топлива и глушителем ДВС. Наружные поверхности теплообменных элементов теплообменника предварительного нагрева газообразного топлива и воды размещены в камере, снабженной патрубками для подвода и отвода выхлопных газов ДВС, а внутренние полости указанных теплообменных элементов сообщены с баллоном для газообразного топлива, емкостью для воды и со смесителем. Выходной патрубок смесителя размещен с возможностью сообщения с внутренними полостями теплообменных элементов теплообменника смеси газообразного топлива и водяного пара, причем часть наружной поверхности всех указанных теплообменных элементов размещена в камере нагрева. Теплообменник смеси газообразного топлива и водяного пара выполнен в виде теплообменника труба в трубе так, что внутренняя полость наружной трубы сообщена с камерой нагрева. Камера нагрева разделена газонепроницаемой перегородкой, образуя полость, в которой размещены наружные поверхности тепловых элементов теплообменника смеси газообразного топлива и водяного пара,причем эта полость заполнена галькой и снабжена соплами, соединенными через запорно-дроссельные устройства с баллоном для газообразного топлива, указанная полость снабжена патрубком, соединенным с источником сжатого воздуха, например, компрессором ДВС, и свечей зажигания, соединенной с системой зажигания ДВС. Образованная в камере нагрева полость с другой стороны газонепроницаемой перегородки снабжена патрубком, сообщенным с топливной системой ДВС, заполнена керамзитом и сообщена с внутренними по 2 1878 1 лостями теплообменных элементов внутренних труб теплообменника смеси газообразного топлива и водяного пара. Патрубок, соединяющий с топливной системой ДВС полость, заполненную керамзитом, снабжен отводящей трубкой, имеющей запорно-дроссельное устройство, причем указанная отводящая трубка размещена с возможностью сообщения внутренних полостей патрубка и сопла. Силовая установка снабжена датчиком давления газообразного топлива, который соединен с запорнодроссельными устройствами на отводящей трубке и патрубке сопла. Устройство для генерирования газообразного топлива, состоящего из СО 32, из природного газа, осуществляет предварительный подогрев газообразного топлива и подогрев поступающей в устройство воды,превращая ее в пар. Указанные компоненты смешиваются в смесителе, откуда направляются в теплообменник нагрева смеси газообразного топлива и водяного пара. При этом осуществляется реакция 2449 ккал Образующийся газ СО 32 направляется в двигатель. Благодаря тому, что наружные поверхности теплообменных элементов теплообменника предварительного нагрева газообразного топлива и воды размещены в камере, снабженной патрубками для подвода и отвода выхлопных газов ДВС, а внутренние полости указанных теплообменных элементов сообщены с баллоном для газообразного топлива, емкостью для воды и со смесителем, - нагрев газообразного топлива и превращение воды в пар осуществляется выхлопными газами ДВС. Иными словами, для предварительного подогрева не надо дополнительно использовать топливо. Выходной патрубок смесителя размещен с возможностью сообщения с внутренними полостями теплообменных элементов теплообменника смеси газообразного топлива и водяного пара, причем часть наружной поверхности всех указанных теплообменных элементов размещена в камере нагрева. Такое взаимное расположение элементов устройства генерирования топлива обеспечивает достижение температуры смеси до 8001000 С, при которой генерируется дополнительный объем топлива, обладающего увеличенной калорийностью. Калорийность увеличивается на 7. Теплообменник смеси газообразного топлива и водяного пара выполнен в виде теплообменника труба в трубе так, что внутренняя полость наружной трубы сообщена с камерой нагрева. Такая форма выполнения обусловливает компактность устройства для генерирования газообразного топлива. Камера нагрева устройства для генерирования газообразного топлива разделена газонепроницаемой перегородкой, образуя полость, в которой размещены наружные поверхности тепловых элементов теплообменника смеси газообразного топлива и водяного пара, причем эта полость заполнена галькой и снабжена соплом, соединенным через запорно-дроссельное устройство с баллоном для газообразного топлива, указанная полость снабжена патрубком, соединенным с источником сжатого воздуха, например, компрессором ДВС, и свечей зажигания, соединенной с системой зажигания ДВС. Это обеспечивает быстрый и эффективный разогрев смеси топлива и водяного пара. Образованная в камере нагрева полость с другой стороны газонепроницаемой перегородки снабжена патрубком, сообщенным с топливной системой ДВС, заполнена керамзитом и сообщена с внутренними полостями теплообменных элементов внутренних труб теплообменника смеси газообразного топлива и водяного пара. Это обеспечивает окончательное перемешивание смеси газообразного топлива и пара, и завершает реакцию образования СО 32. Патрубок, соединяющий с топливной системой ДВС полость, заполненную керамзитом, снабжен отводящей трубкой, имеющей запорно-дроссельное устройство, причем указанная отводящая трубка размещена с возможностью сообщения внутренних полостей патрубка и сопла. Это позволяет генерированное газообразное топливо частично сжигать. Благодаря тому, что предлагаемая силовая установка снабжена датчиком давления газообразного топлива, который соединен с запорно-дроссельными устройствами на отводящей трубке и патрубке сопла - обеспечивается отключение системы нагрева смеси при необходимости, т.е. если возникает избыточное давление- свыше 2-2,5 кг/см 2. Предлагаемая силовая установка позволяет генерировать газообразное топливо 1) 24 49 ккал Из 1 м 3 природного газа получается 3-3,5 м 3 смеси 32. Другую часть реакции 2) СО 2 ОСО 22 - не используют (идет только при катализаторе) Реакция сгорания 3 1878 1 1) част. СН 42 О 2 О 222213 ккал. 2) 2 СО 22 СО 2135 ккал. 3) 22222137 ккал. Пределы воспламенения по объему СО 2 СН 4 6-71 6-71 5-13 Увеличение энергоемкости газа после генерирования. Если мы сжигаем 2 СН 4, то получим 2213426 ккал. Из этих 2 СН 4 получим 2 СО и 6 Н 2, которые при сжигании дадут 2 СО - 135 ккал, а 6 Н 2 - 3 х 137411 ккал. 2 СО 62135 411546 ккал. Следовательно, энергоемкость газа увеличится в 54642610028. 426 281 м 37. 4 Таким образом, предлагаемое устройство позволяет увеличить емкость газа в 3-3,5 раза увеличить энергоемкость газа на 7. Сущность изобретения поясняется графическими материалами на фиг.1 - устройство для генерирования топлива (разрез),на фиг.2 - разрез по Б-Б на фиг.1,на фиг.3 - разрез по В-В на фиг.1,на фиг.4 - вид по А на фиг.1 (теплоизоляция снята). на фиг.5 - функциональная схема силовой установки, включающей устройство для генерирования топлива. Заявляемая силовая установка с устройством для генерирования топлива содержит Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) снабжен устройством для работы на газообразном топливе (на чертежах не показано), например, на природном газе. Силовая установка содержит также баллон для газообразного топлива, емкость для воды (фиг. 5). Устройство для генерирования топлива выполнено в виде теплоизолированной камеры 1 с возможностью размещения в последней теплообменника 2 предварительного нагрева газообразного топлива и воды, теплообменника 3 нагрева смеси газообразного топлива и водяного пара, смесителя 4 и камеры 5 нагрева. Камера 1 снабжена теплоизоляцией 6 и патрубками 7 - для соединения с выхлопным коллектором ДВС 8 - для соединения с емкостью для воды 9 - для соединения с баллоном для газообразного топлива 10- для соединения с глушителем ДВС. Наружные поверхности теплообменных элементов 11 и 12 размещены в камере 13, снабженной патрубками 7 и 10 для подвода и отвода выхлопных газов ДВС, а внутренние полости 14 и 15 сообщены с баллоном для газообразного топлива, емкостью для воды и со смесителем 4. Выходной патрубок 16 смесителя 4 размещен с возможностью сообщения с внутренними полостями 17 теплообменных элементов 18, причем часть наружной поверхности всех теплообменных элементов 18 размещена в камере 5 нагрева. Теплообменник 3 нагрева смеси газообразного топлива и водяного пара выполнен в виде теплообменника труба в трубе так, что внутренняя полость 19 наружной трубы 20 сообщена с камерой 5 нагрева. Камера 5 нагрева разделена газонепроницаемой перегородкой 21, образуя полость 22, в которой размещены наружные поверхности теплообменных элементов 18 теплообменника 3. Полость 22 заполнена галькой 23 и снабжена соплом 24, соединенным через запорно-дроссельное устройство 25 с баллоном для газообразного топлива. Полость 22 снабжена патрубком 26, соединенным с источником сжатого воздуха,например, компрессором ДВС. Полость 22 снабжена также свечой зажигания 27, соединенной с системой зажигания ДВС (на чертежах не показана). Образованная в камере 5 нагрева полость 28 с другой стороны перегородки 21 снабжена патрубком 29, сообщенным с топливной системой ДВС (на чертеже не показаны). Полость 28 заполнена керамзитом 30 и сообщена с внутренними полостями 17 теплообменных элементов 18 внутренних труб теплообменника 3 смеси газообразного топлива и водяного пара. Патрубок 29 снабжен отводящей трубкой 31, имеющей запорно-дроссельное устройство 32. Отводящая трубка 31 размещена с возможностью сообщения внутренних полостей патрубка 29 и сопла 24. Силовая установка с устройством для 1878 1 генерирования топлива снабжена датчиком давления (на чертеже не показан), который соединен с запорнодроссельными устройствами 25 и 32 на отводящей трубке 31 и патрубке сопла 24. Патрубок 9 соединяет камеру 1 с баллоном 33 через блок 34, включающий электромагнитный газовый клапан с фильтром и редуктор-испаритель (фиг.5). Патрубок 29 подводит газ СО, 3 Н 2 и частично СН 4 в карбюратор 35 (фиг.5). Силовая установка имеет емкость 36 для воды со змеевиком 37, воздухоподогреватель 38, а также запорно-дроссельные устройства 39 (фиг.5). При запуске ДВС 40 на природном газе, последний поступает к соплам 24 из баллона 33. От системы зажигания работающего ДВС возникает напряжение на свечах 27, которые искрой зажигают выходящий из сопла 24 газ. От компрессора работающего двигателя в полость 22 поступает сжатый воздух, обеспечивая устойчивое горение газа. Пламя горящего газа разогревает наружные поверхности 18 концов труб теплообменника 3. Вместе с концами труб теплообменника 3 нагревается галька 23 и керамзит 30 в полости 28. Горячие газы через внутренние полости 19 наружных труб 20 поступают в камеру 13 и при этом интенсивно нагревают теплообменные элементы 18, внутри которых проходит смесь газообразного топлива и паров воды. Указанные горячие газы, поступающие в камеру 13 вместе с выхлопными газами ДВС нагревают теплообменные элементы 11 и 12, в которых осуществляется предварительный нагрев газообразного топлива и воды, превращая ее в пар. Образующийся пар и подогретое газообразное топливо поступают в смеситель 4,где они смешиваются в пропорции 11 (по объему). Смесь природного газа и пара выходит через патрубок 16, поступает во внутренние полости 17 теплообменных элементов 18 и нагревается до температуры 800-850. Указанная смесь природного газа и пара в полости 22 нагревается до температуры 1000. Выходящая из полостей 17 нагретая до 1000 смесь поступает в полость 28, заполненную нагретым керамзитом 30, где указанная смесь газообразного топлива и пара окончательно перемешивается, обеспечивая окончательное протекание реакции 2449 ккал Полученный газ, состоящий в основном из СО 32 (частично может быть и СН 4) поступает в патрубок 29, сообщенный с топливной системой ДВС. При постоянной работе двигателя в сопло 5 через отводящую трубку 31 поступает СО 32. Учитывая то,что калорийность СО 32 более высокая, увеличивается тепловой эффект работающих сопел 24 (увеличение- на 7). При избыточном давлении (свыше 2-2,5 кг/см 2) датчик давления воздействует на запорно-дроссельные устройства 25 и 32, прекращая подачу газообразного топлива к соплам 24. Автором выполнен расчет устройства для генерирования топлива для комбинации с ДВС, устанавливаемом на легковом автомобиле ГАЗ 24 Волга. Функциональная схема (фиг.5) силовой установки с устройством для генерирования топлива разработана применительно для автомобиля типа ГАЗ 24 Волга. Автором определены конструктивные размеры конвертора. Чертеж-схема конвертора автомобиля ГАЗ 24 в масштабе 12 имеется в материалах заявки. оставитель А.К. Карачун Редактор В.Н. Позняк Корректор С.А. Тикач Заказ 9012 Тираж 20 экз. Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 6