БЛОК ПОДГОТОВКИ ВОЗДУХА В КАЧЕСТВЕ ОСНОВНОГО КОМПОНЕНТА ТОПЛИВА

Техническое решение относится к области систем подачи горючей смеси для устройств, работающих на энергии сжигаемого топлива, в частности, области поршневых, роторных, реактивных двигателей, и их комбинаций, а также тепловых электростанций и нагревательных систем, и может быть использовано при подготовке топливно-воздушной смеси для сгорания.
Известные в настоящий момент блоки подготовки, применяемые для обработки воздуха при подаче его в устройства, работающие на энергии сжигаемого топлива, в основном направлены на обогащение подаваемого воздуха кислородом или озоном, что улучшает условия сгорания органического топлива и уменьшает выброс токсичных газов.
В частности, известно устройство для обработки воздуха в двигателях внутреннего сгорания (US, патент 4434771 F 02 М 27/04, 1984), содержащее импульсный генератор дугового разряда с электродами, расположенными на впускной воздушной магистрали. При прохождении воздуха через указанные электроды часть кислорода переходит в озон.
Недостатком известного устройства следует признать его невысокую эффективность, что подтверждает малое увеличение кпд и малое снижение расхода органического топлива.
Известно также устройство предварительной обработки воздуха при подаче его в двигатель внутреннего сгорания (GB, патент 2052627 F 02 М 17/28, 1981). Известное устройство содержит патрубок с высоковольтной коронирующей системой, размещенный
между воздушным фильтром и карбюратором. Коронирующая система выполнена в виде набора параллельных зубчатых дисков, расположенных на коронодержателе с образованием межэлектродного пространства между вершинами зубцов и внутренней поверхностью патрубка. При использовании данного устройства воздух предварительно пропускают через коронирующую систему с образованием из кислорода воздуха молекул озона.
Недостатком известного устройства следует признать его невысокую эффективность, что подтверждает малое увеличение кпд и малое снижение расхода органического топлива.
Известно также устройство подготовки воздуха при подаче его в тепловой двигатель (RU, патент 2136944 F 02 М 27/04, 1999). Известное устройство содержит корпус, имеющий расширенную и суженную части. Перед расширенной частью установлен нагнетатель воздуха, а на суженной части установлен набор магнитомягких колец, на которых коаксиально установлен кольцевой магнит с образованием бегущего магнитного поля. При прохождении воздуха через данное устройство происходит разделение его на составные компоненты с удалением части азота и, соответственно, обогащением кислородом.
Недостатком известного устройства также следует признать его недостаточную эффективность, что подтверждает малое увеличение кпд и малое снижение расхода органического топлива.
Известно также устройство подготовки воздуха при подаче его в двигатель внутреннего сгорания (RU, патент 2051289 F 02 М 27/00, 1995). Известное устройство содержит каналы подвода топлива и воздуха, а также последовательно соединенные дуговой плазмотрон, плазмохимический реактор и всасывающий патрубок двигателя, к которому подведены канал подачи топлива и частично канал подачи воздуха, причем канал подачи воздуха разделен на два параллельных
тракта, один из которых соединен с входом плазмотрона, а второй подсоединен к всасывающему патрубку. Воздух, проходя плазмотрон и плазмохимический реактор, частично переходит в низкотемпературную плазму, содержащую активированные молекулы составляющих воздух газов.
Недостатком известного устройства признать его недостаточную эффективность, что подтверждает малое увеличение кпд и малое снижение расхода органического топлива.
Техническая задача, решаемая посредством заявленного технического решения, состоит в повышении экономичности применения устройств, работающих на энергии сгораемого топлива.
Технический результат, получаемый при реализации заявленного технического решения, состоит в уменьшении расхода органического топлива, а также уменьшении содержания оксидов углерода в выхлопных газах.
Для достижения указанного технического результата предложено использовать блок подготовки воздуха в качестве основного компонента топлива, содержащий последовательно установленные узел предварительной активации воздуха, узел ионизации, узел обработки магнитным полем, узел каталитической обработки и узел ввода подготовленного воздуха в устройство.
Узел предварительной активации воздуха в предпочтительном варианте реализации представляет собой электронагревательный элемент, установленный на входе воздушного фильтра. Также для предварительной активации воздуха может быть использован теплообменник, через который пропущен горячий воздух от выходного коллектора. Возможно использование и других вариантов предварительной активации воздуха, известных из области
каталитических физико-химических процессов с использованием воздуха в качестве одного из реагентов.
Узел ионизации воздуха обычно представляет собой устройство генерирования коронного разряда с использованием двух электродов, причем отрицательный электрод, предпочтительно, выполнен в виде острийного полиэлектрода и соединен с корпусом блока, а положительный электрод выполнен в виде перфорированного полого металлического цилиндра, изолированного от корпуса блока. Характеристики создаваемого между электродами электрического поля, вызывающего коронный разряд, зависят от условий реализации блока. Обычно величина подаваемого на электроды потенциала составляет от 13 до 22 кВ, а расстояние между электродами составляет от 10 до 22 мм. Поскольку корпус блока соединен с отрицательным электродом, то перемещающиеся с потоком ионизированного воздуха отрицательно заряженные ионы, не касаясь стенок воздуховода, проходят в зону формирования магнитного поля, а положительно заряженные ионы, в основном, притягиваются к стенкам воздуховода и нейтрализуются на указанных стенках.
Узел обработки магнитным полем обычно представляет собой пару постоянных магнитов, предпочтительно ориентированных относительно друг друга разноименными полюсами. Это могут быть соосно расположенные кольцевые магниты. Однако возможно использование и магнитного поля соленоидов. Характеристики используемого магнитного поля зависят от места применения блока.
В качестве катализатора обычно цели используют металлы платиновой группы, или соединения олова, предпочтительно, со свинцом для предотвращения оловянной чумы. Слой катализатора может быть нанесен любым известным способом на твердую
поверхность, касающуюся предварительно обработанной указанными узлами воздушной струи.
Узел ввода подготовленного воздуха в устройство, работающее на энергии сжигаемого топлива, зависит от вида указанного устройства. В любом случае указанный узел должен содержать средство воспламенения подготовленной из исходного воздуха газовой смеси.
При применении предложенного технического решения в устройствах, работающих на энергии сжигаемого топлива, обычно предлагаемый блок размещают перед средством, в котором происходит смешение воздуха с топливом, но, желательно, после системы очистки воздуха.
На чертеже приведена блок-схема предложенного технического решения, при этом использованы следующие обозначения: узел 1 предварительной активации воздуха, узел 2 ионизации, узел 3 обработки магнитным полем, узел 4 каталитической обработки и узел 5 ввода подготовленного воздуха в устройство.
Применительно к двигателю внутреннего сгорания предлагаемое техническое решение может быть реализовано следующим образом. На входе в воздушный фильтр устанавливают в качестве узла 1 предварительной активации нагревательный элемент, подключенный к аккумулятору и размещенный по ходу потока подогреваемого воздуха. После прохождения нагревательного элемента при полностью прогретом двигателе температура воздуха на входе в камеру ионизации воздуха составляет примерно 120-130°С. Узел 2 ионизации воздуха представляет собой изолированный от корпуса двигателя стальной тонкостенный перфорированный цилиндр, на который от катушки зажигания подают положительный потенциал, внутри указанного цилиндра размещен отрицательный
острийный полиэлектрод, выполненный из набора стальных игл, подключенных к общей шине и соединенный с корпусом двигателя. Расстояние между электродами примерно составляет 11 мм. Величина потенциала составляет 16500 В. Отрицательные аэроионы поступают в зону узла 3 формирования магнитного поля, образованного двумя постоянными кольцевыми магнитами, ориентированными разноименными полюсами навстречу друг другу. Движущиеся с указанной скоростью отрицательные аэроионы соприкасаются с поверхностью каталитического слоя (узел 4), выполненного из металлов платиновой группы или соединений олова. Затем обработанная указанным образом смесь газов поступает в узел 5 ввода, представляющую форкамеру, дополняющую обычную свечу зажигания.
Экономия углеводородного топлива при использовании предлагаемого блока составляет до 75-78%, при этом содержание оксидов углерода в выхлопных газах уменьшается на 78-79%..
Применение предложенного блока позволяет уменьшить расход органического топлива, а также уменьшить содержания оксидов углерода в выхлопных газах.