МАНЕВРОВЫЙ ЛОКОМОТИВ
SHUNTING LOCOMOTIVE

Изобретение относится к рельсовым транспортным средствам, в частности к маневровым локомотивам с первичными двигателями.
Известен маневровый локомотив с кузовом капотного типа, содержащий дизель с впускным, выпускным и топливным коллекторами и шахту холодильника [Тепловозы: Механическое оборудование: Устройство и ремонт. Учебник для техн. школ. / А.А.Пойда, Н.М.Хуторянский, В.Е.Кононов. М.: Транспорт, 1988. - 23-27 с.: ил., табл.].
Недостатком маневрового локомотива является низкая эффективность его работы и большое содержание вредных веществ в выхлопных газах дизеля.
Известен маневровый локомотив с кузовом капотного типа, содержащий дизель с впускным, выпускным и топливным коллекторами и шахту холодильника [Нотик З.Х. Тепловозы ЧМЭ3, ЧМЭ3Т, ЧМЭ3Э: Пособие машинисту. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Транспорт, 1996. 444 с.].
Недостатком маневрового локомотива является низкая эффективность его работы и большое содержание вредных веществ в выхлопных газах дизеля.
Данное техническое решение выбрано авторами в качестве прототипа.
Техническим результатом является повышение эффективности маневрового локомотива, за счет получения водорода на его борту для обеспечения его работы на водороде или с добавкой водорода к топливу и обезвреживания выхлопных газов дизеля.
Технический результат достигается тем, что в маневровый локомотив с кузовом капотного типа, содержащий дизель с впускным, выпускным и топливным коллекторами и шахту холодильника, дополнительно под капот между дизелем и шахтой холодильника установлен генератор водорода с магистралью его выхода, который работает на гидролизе твердого реагента с щелочным раствором, и содержит водородный коллектор, систему подачи реагентов в генератор водорода и емкость хранения продуктов гидролиза, причем магистраль выхода водорода соединена через водородный коллектор с впускным и топливным коллекторами, а емкость хранения продуктов гидролиза соединена параллельно выпускному коллектору.
Постановка генератора водорода, работающего на гидролизе твердого реагента с щелочным раствором натрия на борт маневрового тепловоза, позволяет получить водород на борту тепловоза, тем самым решить проблему безопасного хранения водорода на борту тепловоза.
Подсоединение емкости хранения продуктов гидролиза генератора водорода параллельно выпускному коллектору позволит обезвредить выхлопные газы от токсичных составляющих.
Наличие водородного коллектора и его соединение с топливным и впускным коллекторами обеспечивает подачу водорода под необходимым давлением в топливный и впускной коллекторы и образование гомогенной водородовоздушной и водородотопливной смеси, а также обеспечивает возможность подачи водорода в дизель одновременно с топливом и надувочным воздухом.
На чертеже представлен маневровый локомотив.
Маневровый локомотив содержит кузов капотного типа 1, дизель 2, впускной коллектор 3, шахту холодильника 4, топливный коллектор 5, выпускной коллектор 6, генератор водорода 7, который работает на гидролизе водного раствора щелочи с энергоаккумулирующими материалами и содержит магистраль выхода водорода 8, водородный коллектор 9, систему подачи реагентов 10 в генератор водорода, емкость хранения продуктов гидролиза 11.
Маневровый локомотив работает следующим образом.
Генератор водорода 7, работающий на гидролизе водного раствора щелочи с энергоаккумулирующими материалами, например алюминием, размещен на локомотиве под кузовом капотного типа 1 между дизелем 2 и шахтой холодильника 4.
Перед запуском дизеля 2 запускают генератор водорода 7. Для этого из системы подачи реагентов 10 в генератор водорода подают щелочной раствор гидрооксида натрия и энергоаккумулирующий материал. После чего в генераторе водорода происходит реакция гидролиза водного раствора щелочи с энергоаккумулирующим материалом с выделением водорода, при этом водород по магистрали выхода водорода 8 поступает в водородный коллектор 9, а продукты гидролиза сливаются в емкость хранения продуктов гидролиза 11.
Подачу водорода в цилиндр дизеля возможно осуществить тремя способами: подавать водород совместно с надувочным воздухом, подавать водород совместно с топливом и подавать водород одновременно с топливом и воздухом.
Для этого водородный коллектор 9 соединен с топливным коллектором 5 и впускным коллектором 3.
При достижении определенного давления в водородном коллекторе запускают дизель, при этом подают добавку водорода во впускной коллектор дизеля, таким образом, осуществляют работу дизеля с добавкой водорода в количестве до 2% от массы топлива.
Подача водорода во впускной коллектор в количестве до 2% от массы основного топлива ограничена порогом взрываемости водородовоздушной смеси.
Подачу водорода в дизель более 2% необходимо осуществлять с топливом. Для этого водород подают в топливный коллектор. Таким образом, водород с топливом взрывобезопасно подают в дизель в количестве более 2%.
При необходимости водород можно подавать одновременно во впускной и топливный коллекторы. В этом случае водород в цилиндр дизеля будет поступать с надувочным воздухом и топливом одновременно.
Для обезвреживания выхлопных газов дизеля от токсичных составляющих емкость хранения продуктов гидролиза 11 подсоединена параллельно выпускному коллектору 6. При этом выхлопные газы проходят частично или полностью через отработанный раствор щелочи, который находится в емкости хранения продуктов гидролиза 11.
2
3
При генерировании водорода гидролизом алюминия в водном растворе щелочи (например, NaOH), в отработанном растворе содержится исходная щелочь (NaOH) и алюминат натрия (NaAlO). При неблагоприятных условиях (например, если щелочи недостаточно) может образоваться также гидроокись алюминия (Al(OH)). Все эти вещества имеют щелочную реакцию и способны связывать токсичные компоненты выхлопных газов.
Например, связывание углекислого газа происходит в соответствии с уравнениями
Таким образом, продукты гидролиза, образующиеся при получении водорода, могут использоваться для обезвреживания выхлопных газов дизеля от токсичных составляющих. При этом, как видно из уравнений (1-3) по молярному соотношению, емкость такого раствора по углекислоте весьма высока.
При необходимости вместо щелочного раствора щелочи в генераторе водорода может использоваться отработанный щелочной аккумуляторный электролит, имеющийся в достаточном количестве в цехах локомотивных депо.
Предлагаемый маневровый локомотив позволяет решить проблему хранения водорода на борту тепловоза за счет получения водорода на его борту, снизить расход топлива на 5-40% за счет питания дизеля добавкой водорода 1-10% от массы основного топлива, обезвреживать токсичные составляющие выхлопных газов продуктами гидролиза, такие как оксид углерода (не менее 65%), монооксид углерода (не менее 85%), оксиды азота (не менее 45%), сажу (не менее 90%) и утилизировать отработанный аккумуляторный электролит.