Пристрій для отримання газоподібного кисню, що забезпечує роботу поршневого двигуна
Запропонований пристрій відноситься до галузі двигунобудування. Пристрій для отримання газоподібного кисню складається з герметичного реактора з кришкою, всередині порожнини якого по осьової лінії із зазором розміщена ємність з твердим джерелом кисню, перфорована з боків і спирається на стійки в донній частині реактора. Пристрій має відвід з вентилем у донній частині реактора та трубопровід з вентилем у верхній частині реактора. При цьому у верхній частині реактора змонтовано додаткове відведення з вентилем. Крім того, пристрій має форсунку, встановлену на кришці і приєднану до трубопроводу з вентилем. Даний пристрій забезпечує ефективне поділ газоподібних та рідких продуктів реакції, рівномірність перебігу реакції та можливість регулювання виходу кисню, необхідного для газових сумішей під час роботи двигунів внутрішнього згоряння під час роботи по замкнутому циклу. 1 іл.
ОПИС ВИНАХОДУ ДО ПАТЕНТУ
Винахід відноситься до двигунобудування, зокрема, пристроїв отримання кисню для приготування газових сумішей, що використовуються для забезпечення роботи поршневих двигунів внутрішнього згоряння (ДВС), що працюють по замкнутому циклу.
При замкненому циклі роботи ДВС немає зв'язку із зовнішньої атмосферою, тобто. замкнутим є газовий тракт ДВС (можливий також варіант такої роботи, коли тільки випускний або впускний колектор не пов'язаний з атмосферою). У цьому випадку потрібно вирішити два технічні завдання: охолодити і поглинути відпрацьовані гази (ОГ) ДВС (повністю або частково) і отримати кисень для створення газової суміші, що використовується для спалюванняпалива у циліндрах ДВС.
Відомі різні пристрої для вирішення зазначених завдань. Зокрема, як кисень для газових сумішей можна використовувати стислий кисень у балонах, або газоподібний кисень, одержуваний термічним розкладанням або гідролізом твердого джерела кисню (ТІК). Наприклад, ряд оксидів (пероксидів, супероксидів) лужноземельних металів розкладається водою з отриманням кисню та лугу. Такий ТВК є технічно вигідним для реалізації ЗЦ ДСВ, оскільки продукти розкладання ТВК можуть бути використані як для утворення газової суміші, так для поглинання діоксиду вуглецю зі складу ОГ ДВЗ [Баданін В.А. Підводні човни із єдиним двигуном. СПб.: Гангут, 1998; Кривов В.Г. та ін Експериментальні дослідження роботи дизеля на штучних газових сумішах, що відрізняються за складом від повітря. Двигунобудування, 1989, 12, с.3, 4, 9].
Недоліками зазначеного пристрою є нерівномірне розкладання ТВК у бункері-реакторі внаслідок прискореного розкладання біля перфорованого трубопроводу. Це веде до свідоутворення з ТЕК, що не прореагував, і його налипання до стінок бункера-реактора. Крім того, при відведенні продуктів реакції через перфорований трубопровід газоподібні та рідкі продукти не поділяються. В результаті пристрій вимагає додаткових технічних засобів для розділення продуктів реакції та регулювання виходу кисню з бункера-реактора.
Завданням запропонованого технічного рішення є усунення зазначених недоліків.
Технічний результат полягає у забезпеченні ефективного регулювання виходу кисню, необхідного для газових сумішей під час роботи ДВС з ЗЦ.
Зазначений технічний результат досягається тим, що у пристрої для отримання газоподібного кисню,забезпечує роботу двигуна внутрішнього згоряння по замкнутому циклу, що складається з герметичного реактора з кришкою з твердим джерелом кисню, форсунки, відведення з вентилем в донній частині реактора і трубопроводу з вентилем у верхній частині реактора, згідно винаходу форсунка встановлена на кришці з вентилем, у верхній частині реактора змонтований додатковий відвід з вентилем, а всередині порожнини реактора з його осьової лінії з зазором розміщена ємність з твердим джерелом кисню, перфорована з боків і спирається на стійки в донній частині реактора.
Сутність винаходу пояснюється кресленням, на якому пристрій представлений у розрізі. Пристрій являє собою герметичний реактор 1, що має кришку 2, центром якої змонтована форсунка 3, приєднана до трубопроводу 4 з вентилем 5. По осьової лінії реактора 1, в його порожнині розташована ємність 6 з отворами 7 з боків, заповнена ТВК 8. Ємність 6 розміщена в реакторі 1 із зазором 9 на стійках (ніжках) 10 в донній частині 11 реактора 1. Крім того, в донній частині 11 реактора 1 змонтований відвід 12 з вентилем 13, а у верхній частині 14 реактора 1 встановлений додатковий відвід 15 з вентилем 16.
У перфоровану ємність 6 завантажують ТВК 8, при цьому розмір отворів 7 ємності 6 не повинен перевищувати розмір частинок (гранул) ТВК. Ємність 6 розміщують по осьової лінії всередині реактора 1. В якості ТВК, що розкладаються водою, використовуються різні речовини, у тому числі оксиди (пероксиди, супероксиди) лужноземельних металів, наприклад надпероксид калію і натрію (КС2 і NaO2). Їх гідроліз описується узагальненою формулою 2МO2+H2O=2MOH+3/2O2, де М - метал (К, Na). Можлива також поява проміжних продуктів реакції -пероксиду водню Н2О2, який у зоні реакції від високої температури розкладається на газоподібний кисень та воду, оскільки реакція гідролізу є екзотермічною. В якості рівномірного розпилювача використовують форсунку 3 відцентрового або вихрового типу, або з розпилювачем, що обертається, які володіють великим кутом (до 180 o ) конуса розпилювання. Газоподібний кисень отримують після того, як відкривають вентиль 5 на трубопроводі 4 і вода розпорошується форсункою 3 на шар ТВК 8 в ємності 6. Шар ТВК рівномірно вступає в реакцію з водою, при цьому рідкі продукти реакції (розчин лугу) стікають через отвори 7 в донну частину реактора 11 і їх видаляють по відводу 12 при відкритому вентилі 13. Розчин лугу може бути використаний при роботі ДВС по ЗЦ для поглинання діоксиду вуглецю. Газоподібний кисень безперешкодно піднімається у верхню частину 14 реактора, в тому числі через перфорацію 7 в ємності 6, і його видаляють з реактора через додатковий відвід 15 при відкритому вентилі 16. Відведення 15 у разі роботи ДВС по ЗЦ з'єднаний з системою підготовки газової суміші, використовується для спалювання палива в циліндрах ДВЗ. При такій організації розташування ТВК вихід кисню пропорційний кількості води, що підводиться, що дозволяє регулювати кількість кисню, що утворюється, кількістю води, що підводиться. При необхідності збільшення періоду генерації кисню є можливість встановлення групи аналогічних реакторів.
Технічна ефективність пристрою обумовлена використанням добре відомих у техніці матеріалів та обладнання. Технічна ефективність способу використання пристрою була підтверджена дослідною експлуатацією описаного реактора, який забезпечував підготовку газової суміші для дизель-генератора, що працює по замкнутомуциклу.
ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
Пристрій отримання газоподібного кисню, що забезпечує роботу двигуна внутрішнього згоряння по замкнутому циклу, що складається з герметичного реактора з кришкою з твердим джерелом кисню, що піддається гідролізу, форсунки, відведення з вентилем в донній частині реактора і трубопроводу з вентилем у верхній частині реактора, встановлена на кришці і приєднана до трубопроводу з вентилем, у верхній частині реактора змонтований додатковий відвід з вентилем, а всередині порожнини реактора з його осьової лінії з зазором розміщена ємність з твердим джерелом кисню, перфорована з боків і спирається на стійки в донній частині реактора.